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Batchwachstum - unbeschränktes Wachstum und kinetische Limitation
E. coli im Minarlmedium mit Glucose


Der im Darm von Säugetieren vorkommende Mikroorganismus Escherichia coli ist ein häufig verwendetes Expressionssystem für rekombinante Proteine und gleichzeitig der wichtigste Indikator für fäkale Verunreinigungen natürlicher Gewässer.

Anhand von experimentellen Daten (Wanner & Egli, 1990; Varma & Palsson, 1994) und Simulationen soll das Wachstumsverhalten von E. coli in Batchkulturen mit laborüblichen und umweltrelevanten Anfangssubstratkonzentrationen verglichen werden. Hierzu müssen auch Angaben zum Zusammenhang zwischen der spezifischen Wachstumsrate und der Glucosekonzentration berücksichtigt werden (Monod, 1949; von Meyenburg, 1971; Kovárová et al., 1996).




 
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Δt [min] Zeitintervall
CPR [mol h-1] Kohlenstoffdioxidproduktionsrate
cCO2 [%] Kohlenstoffdioxidkonzentration in der Prozessabluft
cCO2Air [%] Kohlenstoffdioxidkonzentration in der Prozesszuluft
ci [g L-1] Konzentration des Stoffes i im Behälter (und im Abfluss)
cin,i,h [g L-1] Konzentration des Stoffes i im Zufluss h
cO2 [%] Sauerstoffkonzentration in der Prozessabluft
cO2Air [%] Sauerstoffkonzentration in der Prozesszuluft
cp [g L-1] Produktkonzentration
D [h-1] Verdünnungsrate
Dcrit [h-1] kritische Verdünnungsrate (Auswaschpunkt)
Dopt [h-1] optimale Verdünnungsrate (bei maximaler Produktivität)
DT [min] D-Wert
Fair [L min-1] Luftstrom
Fin [g h-1] Dosierrate
Fin,h [L h-1] Volumenstrom Zufluss h
Fout,k [L h-1] Volumenstrom Abfluss k
FT [min] F-Wert
h [-] Anzahl Zuflüsse, h=1...nin
i [-] Anzahl Stoffe, i=1...n
j [-] Anzahl Reaktionsprozesse, j=1...m
Ki [g L-1] Inhibitionskonstante für Wachstum
Km [g L-1] Michaelis-Menten Konstante
Ks [g L-1] Substrataffinitäts-/Sättigungskonstante (Monod)
KT [-] thermische Abtötungskonstante (Basis "10"), wobei K = kT/2303
k [-] Anzahl Abflüsse, k=1...nout
kd [h-1] spezifische Absterberate
kn [g1-n L1-n h-1] Konstante für Kinetik n-ter Ordnung
kT [-] thermische Abtötungskonstante (Basis "e")
L [min] Letalrate, Letalitätsfaktor
mi [g] Menge des Stoffes i im Behälter
ms [g g-1 h-1] spezifische Rate des Substratverbrauchs für Zellerhaltung
µ [h-1] spezifische Wachstumsrate
µmax [h-1] maximale spezifische Wachstumsrate
N [ml-1] Anzahl Organismen/Zellen
N' [ml-1] Anzahl der abgetöteten Keime
N0 [ml-1] Anfangsanzahl der Organismen/Zellen (Inokulum)
n [-] Anzahl Generationen
OUR [mol h-1] Sauerstoffverbrauchsrate
p [g L-1] Produktkonzentration im Behälter
p0 [g L-1] Anfangsproduktkonzentration
pO2 [%] relativer Sauerstoffpartialdruck
Qm/p [%w/v] o. [%n/n] Ausbeutekoeffizient Metabolit/Substrat
qs [g g-1 h-1] spezifische Substratverbrauchsrate
qs, max [g g-1 h-1] maximale spezifische Substratverbrauchsrate
ρ [kg L-1] Dichte
Rj [g L-1 h-1] volumetrische Prozessgeschwindigkeit für Prozess j
RQ [mol O2 (mol CO2)-1] respiratorischer Quotient
ri [g L-1 h-1] volumetrische Umwandlungsgeschwindigkeit
rpm [rpm] Rührerdrehzahl
rs [g L-1 h-1] Substratverbrauchsrate
rx [g L-1 h-1] Biomassebildungsrate (Biomasseproduktivität)
s [g L-1] Substratkonzentration im Behälter
s0 [g L-1] Anfangssubstratkonzentration
sin [g L-1] Substratkonzentration im Medienzufluss
smin [g L-1] Substratkonzentration bei µ = 0 h-1 (Schwellenkonzentration)
s·V [g] Substrat (Masse)
T [°C] o. [K] Temperatur
Ti [°C] Messtellentemperatur
t [h] Zeit
td [h] Generationszeit (Verdopplungszeit)
V [L] aktuelles Volumen (auch als Arbeitsvolumen VR bez.)
V0 [L] Anfangsreaktorvolumen
VM [L mol-1] molares Volumen (Molvolumen )
w [%] Anteil Substrat in der zudosierten Substratösung
x [g L-1] Biomassekonzentration im Behälter
x0 [g L-1] Anfangsbiomassekonzentration (Inokulum)
xmax [g L-1] maximale Biomassekonzentration
x·V [g] Biomasse (Masse)
Yp/s [g g-1] o. [mol mol-1] Ausbeutekoeffizient Produkt/Substrat
Yp/x [g g-1] o. [mol mol-1] Ausbeutekoeffizient Produkt/Biomasse
Yx/C [g g-1] o. [mol mol-1] Ausbeutekoeffizient Biomasse/Kohlenstoff in Substrat
Yx/s [g g-1] o. [mol mol-1] Ausbeutekoeffizient Biomasse/Substrat
z [K] z-Wert
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