Scale-up vom Labor- in den Pilotmaßstab: Metabolische Untersuchung von inhomogenen Produktionsbedingungen

Aufgrund von Effizienzeinbußen während der Maßstabsvergrößerung (Scale-up), vom optimierten Laborprozess zu einem industriellen Produktionsprozess, steigen die Produktionskosten biotechnologischer Produkte und gefährden so die Wettbewerbsfähigkeit. Eine Ursache für diese Einbußen kann die Ausbildung von Konzentrationsgradienten (z.B. Substrat, pO2, pCO2 und pH) innerhalb industrieller Großreaktoren sein. Die resultierenden inhomogenen Bioreaktorbedingungen können sich negativ auf die Biomasse- bzw. Produktausbeute auswirken und führen zudem zu einer vermehrten Bildung von Nebenprodukten. Um die Effekte der Maßstabsvergrößerung bei der Prozessentwicklung oder sogar schon bei der Stammkonstruktion berücksichtigen zu können, müssen die beobachteten Inhomogenitäten möglichst realitätsnah im Labormaßstab nachgestellt werden. Zur Umsetzung dieses, als Scale-down bezeichneten, Konzepts wurden in der Vergangenheit zwei verschiedene Scale-down Reaktorsysteme in der AG Bioanalytik und Bioanalytik etabliert. Beiden Systemen ist gemein, dass ein gut durchmischter und aerober Rührkesselreaktor (STR) mit einem weiteren Kompartiment, zur Einstellung von Zuständen mit definierter Inhomogenität, verbunden wurde.

Projektbeschreibung:
Der Fokus des Projektes liegt sowohl auf dem Scale-up eines mikrobiellen Produktionsprozesses in den Pilotmaßstab (200 L), als auch auf dem Rücktransfer der inhomogenen Kultivierungsbedingungen in den Labormaßstab (Scale-down). Darin enthalten sind, abhängig vom angestrebten Arbeitszeitraum, folgende Grundbausteine:
• Im ersten Schritt sollen die System- und Prozesscharakteristika im Pilot- und Labormaßstab erfasst werden, um einen direkten Vergleich zu ermöglichen. Dies bildet die Grundlage für das folgende Scale-up Konzept.
• Im zweiten Schritt sollen Kultivierungen im Pilot- und Labormaßstab (Scale-down Reaktor) durchgeführt werden, um den Einfluss inhomogener Prozesse auf den bakteriellen Metabolismus zu untersuchen. Hierfür vorgesehen sind Flüssigkeitschromatographie und Massenspektrometrie gestützte Multi-Omics Analysen des Metaboloms und Proteoms.

Weitere Informationen

Unternehmen

Helmholtz Gemeinschaft

Bereich/Abteilung

IBG-1 - Biotechnologie

Abschlussart

Bachelorarbeit / Masterarbeit / Diplomarbeit

Branche

Bio- und Gentechnologie

Anforderungen

Wir suchen motivierte Studenten mit einem Hintergrund in der Biotechnologie, Bioverfahrenstechnik oder verwandter Fachrichtungen, welche ihre Abschlussarbeit im Bereich der Fermentationstechnik und Bioanalytik absolvieren wollen. Vorkenntnisse im Umgang mit Bioreaktoren und Chromatographie basierter Analytik sind von Vorteil, aber nicht zwingend erforderlich.

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