Bioreaktions- und Bioverfahrenstechnik (MT) (BRT_D_MT)5 ECTS
(englische Bezeichnung: Bioreaction and Bioprocess Engineering (MT))
(Prüfungsordnungsmodul: Bioreaktions- und Bioverfahrenstechnik für CBI)

Lehrveranstaltungen:

• • Bioreaktions- und Bioverfahrenstechnik (CBI, MT) (optional)
    (Vorlesung, 2 SWS, Kathrin Castiglione, Mo, 10:15 - 11:45, Hörsaal ZMPT)
  • Übung zur Bioreaktions- und Bioverfahrenstechnik (CBI, MT) (optional)
    (Übung, 1 SWS, Kathrin Castiglione et al., Mo, 12:00 - 12:45, Hörsaal ZMPT)

Empfohlene Voraussetzungen:

• Messtechnik und Instrumentelle Analytik

• Mikrobiologie

• Biochemie I und II

• Wärme- und Stoffübertragung

• Bioreaktions- und Bioverfahrenstechnik

Inhalt:

Vorlesung:

• Stoffumwandlungen mit Enzymen (Klassifizierung, Enzymkinetik, technische Anwendungen, Immobilisierung)

• Stoffumwandlungen mit Zellen (Wachstum, Formalkinetik, Reaktoren, technische Anwendungen)

• Bioreaktoren (Funktionskomponenten, Apparatebau)

• Steriltechnik

• Aufarbeitung von Bioprodukten

Übung:

• Vertiefung der Inhalte siehe Vorlesung

Lernziele und Kompetenzen:

Die Studierenden

• können die Reaktionskinetik auf biologische Prozesse anwenden.

• können das Modell der mikroheterogenen Katalyse für Enzymreaktionen in eigenen Worten erklären und die verschiedenen Typen der Enzymhemmung erläutern.

• 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.

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

• können die Regeln zur Auswahl und Anwendung von Begasungs- und Rührorganen (Leistungsbedarf, Blasenbildung, Blasengröße, Koaleszenz) nennen und anwenden.

• 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 können sie die wechselseitige Beeinflussung biologischer Parameter (Wachstum des Mikroorganismus, Kohlenstoffquelle, Stoffwechsel) und der physikalischen Parameter (pH, Temperatur, Sauerstoffversorgung) einschätzten und interpretieren.

• können 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.

• können detailliert eine Vielzahl an Herstellungsverfahren von biologischen Produkten in ihrer Gänze (Fermentationsvorbereitung, Auswahl der Reaktoren und der Mikroorganismen, Prozessführung und –kontrolle, Produktaufarbeitung) erläutern. 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).

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

Literatur:

• Bisswanger: Enzymkinetik

• Chmiel: Bioprozesstechnik

Organisatorisches:

• Die Anmeldung zur Vorlesung ist erforderlich und erfolgt ausschließlich über StudOn.

Weitere Informationen:

Verwendbarkeit des Moduls / Einpassung in den Musterstudienplan:

1. Medizintechnik (Bachelor of Science)
   (Po-Vers. 2018w | TechFak | Medizintechnik (Bachelor of Science) | Gesamtkonto | Pflicht- und Wahlpflichtmodule der Studienrichtung Medizinelektronik, medizinische Bild- und Datenverarbeitung (Modulgruppen B5 und B8) | B8 Wahlpflichtmodule der Studienrichtung Medizinelektronik, medizinische Bild- und Datenverarbeitung | Vertiefungsmodule ET/INF | Bioreaktions- und Bioverfahrenstechnik für CBI)
2. Medizintechnik (Bachelor of Science)
   (Po-Vers. 2018w | TechFak | Medizintechnik (Bachelor of Science) | Gesamtkonto | Pflicht- und Wahlpflichtmodule der Studienrichtung Medizinische Gerätetechnik, Produktionstechnik und Prothetik (Modulpruppen B6 und B8) | B8 Wahlpflichtmodule der Studienrichtung Medizinische Gerätetechnik, Produktionstechnik und Prothetik | Vertiefungsmodule MB/WW/CBI | Bioreaktions- und Bioverfahrenstechnik für CBI)

Studien-/Prüfungsleistungen:

Mündliche Prüfung Bioreaktions- und Bioverfahrenstechnik für CBI (Prüfungsnummer: 20811)

(englischer Titel: Oral Examination on Bioreaction and Bioprocess Engineering for CBE)

Prüfungsleistung, Klausur, Dauer (in Minuten): 120, benotet, 5 ECTS

Anteil an der Berechnung der Modulnote: 100.0 %

weitere Erläuterungen:
Sofern Wiederholer die Prüfung ablegen, die die Vorlesung noch bei Prof. Buchholz gehört haben und durchgefallen sind, findet in diesem Fall die Prüfung mündlich, 30 Minuten, statt. Bitte gesondert bei katja.steinbach@fau.de melden.

Prüfungssprache: Deutsch

Erstablegung: WS 2022/2023, 1. Wdh.: SS 2023

1. Prüfer:

Kathrin Castiglione

Termin: 08.08.2022