Bioreaktions- und Bioverfahrenstechnik für LSE (CBI-B21-BRT/BVT)5 ECTS
(englische Bezeichnung: Bioreaction and Bioprocess Engineering (LSE only))
(Prüfungsordnungsmodul: Bioreaktions- und Bioverfahrenstechnik für LSE)

Lehrveranstaltungen:

• • Bioreaktions- und Bioverfahrenstechnik (nur LSE)
    (Vorlesung, 2 SWS, Rainer Buchholz, Mo, 12:15 - 16:00, Hörsaal ZMPT)
  • Übung zur Bioreaktions- und Bioverfahrenstechnik (nur LSE)
    (Übung, 1 SWS, Holger Hübner, Mi, 18:15 - 20:15, Hörsaal ZMPT)
  • Praktikum zu Bioreaktions- und Bioverfahrenstechnik (nur LSE)
    (Praktikum, 1 SWS, Rainer Buchholz et al., Blockveranstaltung nach Vereinbarung; Infos und Anmeldung zu gg. Zeit unter StudOn. Praktikumslabor Paul-Gordan-Str. 7 (Techn. Halle))
  • Brauseminar (optional)
    (Seminar, 1 SWS, Marcus Heilmann et al., Einzeltermin am 4.5.2015, 18:00 - 20:00, SR 00.030)

Empfohlene Voraussetzungen:

Vorlesung:
Biochemie I/II (Modul B9), Mikrobiologie (Modul B10)

Übung/Praktikum:

• Messtechnikpraktikum

• Messtechnik und Instrumentelle Analytik

• Mikrobiologie

• Biochemie I und II

• Biochemisches Praktikum

• Wärme- und Stoffübertragung

• Bioreaktions- und Bioverfahrenstechnik

Inhalt:

Vorlesung:

• Einleitung

• Grundlagen der Reaktionstechnik

• Enzymreaktionen

• Wachstumskinetik

• Fermentationsprozesse

• Bioreaktoren

• Rühren und Belüften

• Sterilisation

• Blasensäule

• Nährmedien/C-Quellen

• Biotechnische Prozesse: Fermentation/Aufarbeitung
  

Übung:

• Erklärung der gängigsten Messgeräte für Bioprozesse

• Berechnung von Leitparametern aus den Messergebnissen, inklusive Gasbilanz

• Anwendung des 2-Film-Modells

• Erklärung realer Beispielprozesse aus der Industrie.
  

Praktikum:

• Vorbereitung durch Praktikumsseminar mit Sicherheitsbelehrung (Übung). Bei der Sicherheitsbelehrung ist die Anwesenheit – genau wie beim Laborpraktikum selbst – obligatorisch.

Inhalte:

• Reaktorfunktion und –aufbau

• Autoklavieren des Reaktors und der Peripherie

• Durchführung eines Batch-Prozesses mit anschließender Konti-Kultivierung

• Beeinflussung des Sauerstoffeintrages

• Optimierung des Biomasse-Wachstums (Anwendung der Simplexmethode)

• Bestimmung relevanter Prozessparameter während des Prozesses (OUR, OTR, kla, YX/S, etc.)
  

Braupraktikum:
Das Brauseminar dient der Vorbereitung des Braupraktikums und ist Bestandteil des Bioreaktions- und Bioverfahrenstechnik-Praktikums. Der Besuch des Seminars ist grundsätzlich elektiv, für die Teilnehmer des Braupraktikums jedoch obligatorisch. Das Seminar vermittelt einen Gesamtüberblick über den Brauprozess sowie über verfahrenstechnische Grundlagen zur dieser Thematik. Den Abschluss des Praktikums bildet eine schriftliche Versuchsauswertung, die als Leistungsnachweis gilt. Nur mit bestandener Klausur des Praktikums zur Bioreaktionstechnik gilt dieses Seminar als absolviert.

Lernziele und Kompetenzen:

Die Studierenden

• wenden die Reaktionskinetik auf biologische Prozesse an. Dabei wird besonderer Wert auf das Verständnis der mikroheterogenen Katalyse als Modell für Enzymreaktionen und auf die verschiedenen Typen der Enzymhemmung gelegt

• können Bioreaktoren unter Berücksichtigung des Stoffübergangs (2-Film-, Turbulenz-Modell) und des Misch- und Verweilzeitverhaltens auslegen. Hierbei setzten sie ihr Fachwissen über ideale Reaktormodelle in Kombination mit Sprung- und Pulsmarkierungen zur Erklärung des realen Verhaltens von Reaktoren um

• verstehen und erklären die Prinzipien biotechnischer Produktionsprozesse (batch, fed-batch, Kontikultur), aller gängigen Reaktoren (Blasensäulen, Schlaufenreaktoren, Rührkessel) und der gängigsten Messgeräte zur Prozesskontrolle

• kennen die Regeln zur Auswahl und Anwendung von Begasungs- und Rührorganen (Leistungsbedarf, Blasenbildung, Blasengröße, Koaleszenz)

• kennen Bilanzierungsverfahren (Modellparameter, Kohlenstoff-, Elemetar- und Elektronenbilanz, Kompartmentmodell) und können diese zur Berechnung von Stoffströmen und zur Abbildung realer Prozesse anwenden

• üben im Praktikum den Umgang mit Bioreaktoren und allen Komponenten und setzen dabei ihr Fachwissen über Sterilisationsmethoden (trockene und feuchte Hitze), Poren- und Tiefenfilter, die prozessbegleitende Messtechnik (pO2, pH, Temperatur), Dichtungen (O-, Flach-, Gleitring-Dichtung) und Regelung von Bioprozessen um und vertiefen es

• können eine Kultivierung von Mikroorganismen oder das Bierbrauen eigenständig durchführen. Dabei wird das Verständnis für die wechselseitige Beeinflussung biologischer Parameter (Wachstum des Mikroorganismus, Kohlenstoffquelle, Stoffwechsel) und der physikalischen Parameter (pH, Temperatur, Sauerstoffversorgung) erhöht

• können effizient die Messdaten auswerten, wobei besonderes Augenmerk auf die Berechnung relevanter Prozessparameter (Substratverbrauch, Sauerstoffaufnahmerate, Sauerstofftransferrate, kla, Biomasseausbeute, Wachstumsrate) und den Vergleich mit Erwartungswerten aus der Literatur und der fundierten Interpretation gelegt wird

• kennen detailliert eine Vielzahl an Herstellungsverfahren von biologischen Produkten in ihrer Gänze, die mit der Fermentationsvorbereitung, der Auswahl der Reaktoren und der Mikroorganismen beginnt, von der Prozessführung und –kontrolle gefolgt wird, und mit der Produktaufarbeitung endet. Dies umfasst die gesamte Palette erfolgreicher Bioprozesse von den klassischen, fermentierten Lebensmitteln (Bier, Wein, Essigsäure), der Herstellung von Lebensmittelzusatzstoffen (Zitronensäure, Aminosäuren, Polysacchariden), der Herstellung von Antibiotika und bis zu modernsten Verfahren (monoklonale Antikörper, rekombinante Proteine für die Medizin)

• kennen detailliert biotechnische Prozesse zum Schutz der Umwelt (kommunale, ländliche und industrielle Kläranlagen) und Energiegewinnung (Biogasanlagen, Biokraftstoffe)
  

Literatur:

• Levenspiel: Chemical Reactor Omnibook

• Chmiel: Bioprozesstechnik

• Thieman, Palladino: Biotechnologie

• Vorlesungsskript (StudOn)
  

Bemerkung:

Prüfungsleistung: 30-minütige mündliche Prüfung.
Studienleistung: Anwesenheit an allen Praktikumsversuchen sowie das erfolgreiche Bestehen der Praktikumsklausur.

Organisatorisches:

Die Anmeldung zum Praktikum sowie die Gruppeneinteilung, etc., erfolgt ausschließlich über StudOn.

Weitere Informationen:

Verwendbarkeit des Moduls / Einpassung in den Musterstudienplan:

1. Life Science Engineering (Bachelor of Science): 6. Semester
   (Po-Vers. 2010 | Bachelorprüfung | Bioreaktions- und Bioverfahrenstechnik für LSE)

Studien-/Prüfungsleistungen:

Bioreaktions- und Bioverfahrenstechnik für LSE (Prüfungsnummer: 20801)

Prüfungsleistung, mündliche Prüfung, Dauer (in Minuten): 30, benotet

Anteil an der Berechnung der Modulnote: 100.0 %

Erstablegung: SS 2015, 1. Wdh.: WS 2015/2016

1. Prüfer:

Rainer Buchholz

Praktikumsklausur Bioreaktions- und Bioverfahrenstechnik für LSE (Prüfungsnummer: 20802)

Studienleistung, Praktikumsleistung, unbenotet

weitere Erläuterungen:
Die Praktikumsleistung kann nur bestätigt werden, wenn sowohl das Praktikum absolviert, als auch die schriftliche Praktikumsklausur bestanden wurde. Praktikum und Praktikumsklausur können auch auf zwei Semester verteilt werden, da aber die Praktikumsklausur sich stark an das aktuelle Praktikum, das variieren kann, anlehnt, wird eine Ablegung innerhalb eines Semesters empfohlen. Als Vorbereitung für die Klausur dient die Lehrveranstaltung "Übung zu Bioreaktions- und Bioverfahrenstechnik (nur LSE)".

Erstablegung: SS 2015, 1. Wdh.: WS 2015/2016

1. Prüfer:

Rainer Buchholz