ISBN 978-3-8439-4830-2

978-3-8439-4830-2, Reihe Verfahrenstechnik

Rebecca Faschian
Experimentelle und modellgestützte Charakterisierung von Festbettprozessen mit immobilisierten Milchsäurebakterien

185 Seiten, Dissertation Technische Universität Hamburg (2021), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Festbetten ermöglichen die kostengünstige und stabile Kultivierung von Milchsäurebakterien. Jedoch fehlen praktikable Modellierungsansätzen dieser komplexen Systeme, weshalb in dieser Dissertation Festbettkultivierungen von Milchsäurebakterien sowohl experimentell und als auch modellgestützt charakterisiert werden.

In Suspensionsversuchen mit L. bulgaricus und L. lactis wurden zunächst die kinetischen Parameter für die spätere Modellierung ermittelt sowie die volumenspezifischen Produktivitäten zur Vergleichbarkeit verschiedener Kultivierungssysteme und -modi bestimmt. Im Multifestbettsystem Multiferm (Arbeitsvolumen von 10 mL) wurden beide Stämme kontinuierlich im immobilisierten Zustand untersucht. Kultivierungen von L. lactis im 100-mL- und 1-L-Festbett zeigten, dass Festbettkultivierungen im untersuchten Bereich der Durchflussraten sechs- bis zwölfmal produktiver sind als Suspensionsprozess.

Aus elf verschiedenen formulierten Modellen wurde dasjenige Modell identifiziert, das am geeignetsten ist, Wachstum und Lactatbildung von L. lactis in Suspension zu beschreiben. Dieses wurde in einem „straight-forward“-Ansatz in ein auf Perfusionskulturen beruhendes Modell für Festbettkultivierungen überführt. Aufgrund der geringen Wachstumsrate immobilisierter Zellen wurde die immobilisierte Biomasse in diesem Modell als lactatproduzierend, jedoch nicht wachsend angenommen.

Der ganzheitliche straight-forward-Ansatz führte zu einem Modell mit vergleichsweise geringer Komplexität bei gleichzeitig hinreichend hoher Genauigkeit. Dieses Modell könnte zukünftig als Grundlage dienen, Prozessauslegungsstrategien für Festbettprozesse zu erstellen. Außerdem scheinen aufgrund beobachteter Unterschiede zwischen den beiden Stämmen nicht alle Stämme an Milchsäurebakterien gleichermaßen für die Festbettkultivierung geeignet trotz ihres großen Potentials.