Bioverfahrenstechnische Untersuchung der absatzweisen und kontinuierlichen Produktion von Zitronensäure im Hubstrahl-Bioreaktor:
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| Sprache: | Deutsch |
| Veröffentlicht: |
Düsseldorf
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1994
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Titel: Bioverfahrenstechnische Untersuchung der absatzweisen und kontinuierlichen Produktion von Zitronens
Autor: Daniel, Stephan
Jahr: 1994
V Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung 1 2 Verfahren zur Produktion von Zitronensäure 3 2.1 Gewinnung aus natürlichen Quellen 3 2.2 Synthetische Produktion 3 2.3 Mikrobielle Produktionsverfahren 4 2.3.1 Das Oberflächen verfahren 4 2.3.2 Das Submersverfahren 6 2.3.3 Kontinuierliche Produktion 7 3 Mikrobiologische und biochemische Grundlagen 11 3.1 Einordnung des Pilzes Aspergillus niger 11 3.2 Morphologie des Pilzes 12 3.3 Abbau der Kohlenstoffquelle 13 3.4 Abbau der Stickstoffquellen 14 3.5 Abbau der Phosphatquelle 14 3.6 Biosynthese von Zitronensäure 15 3.7 Einflußgrößen auf die mikrobielle Zitronensäureproduktion 16 4 Verfahrenstechnische Grundlagen 20 4.1 Aufbau des Hubstrahl-Bioreaktors 20 4.2 Strömungsverhältnisse im Hubstrahl-Bioreaktor 21 4.3 Stofftransport im Hubstrahl-Bioreaktor 24 4.4 Membranfiltration 27 5 Ziel der Arbeit 30
VI 6 Beschreibung der Versuchsanlagen und der Meßeinrichtungen 31 6.1 Die Versuchsanlagen 31 6.2 Die Meßverfahren 33 6.2.1 Kontinuierliche Messungen am Reaktor 33 6.2.1.1 Bestimmung der Temperatur 33 6.2.1.2 Bestimmung des Luftdrucks 33 6.2.1.3 Bestimmung der transmembranen Druckdifferenz 34 6.2.1.4 Bestimmung des Volumenstroms 34 6.2.1.3 Bestimmung des Abstroms 34 6.2.1.6 Bestimmung des Zustroms 33 6.2.1.7 Bestimmung der Hubfrequenz 35 6.2.1.8 Bestimmung des pH-Wertes 35 6.2.1.9 Bestimmung der bezogenen Sauerstoffkonzentration 36 6.2.2 Messsungen zur Analyse der Proben des Fermentationsfluids 36 6.2.2.1 Bestimmung der Biomassekonzentration 37 6.2.2.2 Bestimmung der Biomassezusammensetzung 37 6.2.2.3 Bestimmung des Aschegehaltes der Biomasse 38 6.2.2.4 Bestimmung der Pelletanzahl und Pelletgröße 38 6.2.2.5 Bestimmung der rheologischen Eigenschaften des Fermentationsfluids 39 6.2.2.6 Bestimmung des pH-Wertes 39 6.2.2.7 Bestimmung der Gesamtsäurekonzentration 39 6.2.2.8 Bestimmung der Zitronensäurekonzentration 40 6.2.2.9 Bestimmung der Saccharose-, Glucose-, und Fructosekonzentration 41 6.2.2.10 Bestimmung der Phosphatkonzentration 42 6.2.2.11 Bestimmung der Ammoniumkonzentration 42 6.2.2.12 Bestimmung der Nitratkonzentration 42 6.2.2.13 Bestimmung der Eisenkonzentration 43 6.2.3 Lichtmikroskopische Untersuchungen 43
VH 7 Vorbereitung und Durchführung der Versuche 44 7.1 Anzucht der Vorkulturen 44 7.2 Durchführung der Fermentationen 45 7.2.1 Absatzweise betriebene Fermentationen 45 7.2.2 Kontinuierliche Fermentationen 46 7.3 Durchführung von Versuchen in Schüttelkolben 47 8 Darstellung und Diskussion der Ergebnisse 48 8.1 Größen zur Beschreibung von Fermentationen 48 8.1.1 Reaktionsstromdichte 48 8.1.2 Ertragskoeffizient 49 8.1.3 Bezogene Zitronensäuremasse 50 8.2 Ergebnisse der in Schüttelkolben durchgeführten Versuche 50 8.2.1 Einfluß von Methanol auf die Zitronensäureproduktion 51 8.2.2 Einfluß von Eisen auf die Zitronensäureproduktion 52 8.3 Absatzweise betriebene Fermentationen 55 8.3.1 Beschreibung einer Fermentation 55 8.3.1.1 Säureproduktion 55 8.3.1.2 Wachstum 56 8.3.1.3 Verbrauch der Kohlenstoffquelle 58 8.3.1.4 Verbrauch der Phosphat- und Stickstoffquellen 59 8.3.1.5 Verlauf der relativen Sauerstoffkonzentration 60 8.3.1.6 Verlauf des pH-Wertes 61 8.3.2 Einfluß der Phosphatkonzentration auf Wachstum 62 und Produktion 8.3.3 Einfluß des Luftvolumenstroms auf Wachstum und Produktion 66 8.3.4 Einfluß der Hubfrequenz auf Wachstum und Produktion 72 8.4 Kontinuierliche Fermentationen 78 8.4.1 Einfluß der Zusammensetzung des Zustroms 79 8.4.1.1 Hohe Stickstoff- und Phosphatkonzentration 79 8.4.1.2 Geringe Stickstoff- und Phosphatkonzentration 82
vm 8.4.1.3 Geringe Stickstoff-und hohe Phosphatkonzentration 84 8.4.2 Zugabe von Biomasse während der kontinuierlichen 86 Betriebsweise 9 Zusammenfassung 89 Formelzeichen 92 Tabellen 94 Bilder 96 Literatur 165 |
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