Bioverfahrensentwicklung

Prof. Winfried Storhas ist Professor für Biotechnologie an der Hochschule Mannheim. Sein Forschungsinteresse gilt u.a. dem Modellierenund Simulieren von Reaktionen, dem Up-Scaling und der Bioreaktorentwicklung, wobei ihm seine vor dem Studium erworbene siebenjährigeErfahrung im Maschinenbau bei der MAN in Augsburg und der Deutschen Werft in Hamburg zu Gute kommt. Professor Storhas studiertezunächst Maschinenbau an der Fachhochschule Augsburg, dann Verfahrenstechnik an der Technischen Universität Berlin. Anschließend arbeitete er 16 Jahre lang als Verfahrensingenieur bei der BASF in Ludwigshafen, wo er für die Planung und Entwicklung von Anlagen für biotechnologische Produktionsprozesse sowie für Wirtschaftlichkeitsstudien für bioverfahrenstechnische Prozesse verantwortlich war.

• Dank für besondere Unterstützung bei der Neuauflage und bei der ersten Auflage V Vorwort zur ersten Auflage XIXVorwort zur zweiten Auflage XXIIFormelzeichenerklärung XXIIIIndexerklärung XXIXAbkürzungsverzeichnis XXXIII1 Leistungsfähigkeit der Bioverfahrenstechnik 11.1 Allgemeine Betrachtungen 11.2 Einsatzfelder und Produktgruppen 21.2.1 Leistungsdarstellung der Bioverfahrensentwicklung 31.2.2 Bioverfahrensentwicklung in der Nahrungsmittelindustrie 51.2.2.1 Vorrangige Vorteile der Bioverfahrensentwicklung 51.2.2.2 Zunehmende Bedeutung der Bioverfahrensentwicklung 61.2.2.3 Einsatzgebiete 61.2.2.4 Einsatz von genetisch veränderten Mikroorganismen in der Nahrungsmittelindustrie 81.2.3 Gentechnologie 181.3 Voraussetzungen für den Einsatz der Bioverfahrenstechnik 181.3.1 Aufgaben der Forschung und Entwicklung 181.3.2 Optimierung der Verfahrensoperationen 191.3.3 Harmonisierung der Arbeitsgruppen 211.3.4 Integrierter Umweltschutz – agierender Umweltschutz 221.4 Märkte und Marktanteile biotechnologischer Produkte 222 Arbeitsgebiete der Bioverfahrenstechnik 252.1 Einführende Betrachtungen 252.2 Stellung und Aufgaben der Mikrobiologie 262.2.1 Beschaffung und Auswahl eines potenziellen Produktionsstammes 272.2.1.1 Anreicherung und Isolierung 292.2.1.2 Screening 322.2.2 Stammentwicklung bzw. Stammverbesserung 342.2.3 Überproduktion von Metaboliten –Stammentwicklung durch Metabolic Engineering 382.2.4 Haltung und Führung von Produktionsstämmen 432.2.4.1 Gefriertrocknung (Lyophilisation) 432.2.4.2 Tiefkühllagerung und Gefrierkonservierung 442.3 Stellung und Aufgaben der Molekularbiologie 462.3.1 Gentechnischer Zugriff auf Stoffwechselwege 462.3.2 Gentechnische Übertragung von Synthesepotenzialen 492.3.3 Expressionssysteme 512.3.3.1 Transkriptionsbestimmende Elemente 542.3.4 Produktionssysteme für rekombinante Proteine 562.3.5 Vor- und Nachteile gängiger Expressionssysteme 662.4 Stellung und Aufgaben der Zellkulturtechnik 692.4.1 Grundlagen der Zellbiologie 712.4.1.1 Cytologie 712.4.1.2 Zellorganellen 742.4.1.3 Extrazelluläre Matrix 782.4.2 Zellkulturen und Zelllinien 792.4.2.1 Primärkultur und primäre (adhärente) Zelllinien 792.4.2.2 Kontinuierliche Zelllinien 802.4.2.3 Organkulturen 822.4.2.4 Adhärente Zellkulturen: Microcarrier 822.4.2.5 Adhärente Zellkulturen: Roller Bottles 842.4.2.6 Suspensionskulturen 842.4.3 Rekombinante Proteinexpression in Säugerzellen 852.4.3.1 Expressionsvektoren 862.4.3.2 Episomale Vektoren 912.4.3.3 Stabile Transfektion und Amplifikation 922.4.3.4 Klonierung 942.4.3.5 Kryokonservierung und Zellbänke 982.4.3.6 Transiente Transfektion 982.4.4 Grundlegende Labortechnik 992.4.4.1 Subkultivierung von Zellen 992.4.4.2 Kontamination 1022.4.5 Monitoring von Zellkulturen 1042.4.5.1 Zellzahl und Vitalität 1062.4.6 Medien für die Zellkulturtechnik 1082.4.6.1 Entwicklung der Säugerzellmedien 1092.4.6.2 Serumhaltige Medien 1112.4.6.3 Seren 1112.4.6.4 Serumfreie Medien 1122.4.6.5 Puffersysteme: Natriumhydrogencarbonat 1142.4.6.6 Puffersysteme: 4-(2-Hydroxyethyl)-1-piperazinethansulfonsäure (HEPES) 1152.4.6.7 Monitoring von Mediumsbestandteilen und Metaboliten 1152.5 Stellung und Aufgaben der Biochemie 1172.5.1 Merkmale von Stoffklassen und deren Eigenschaften 1172.5.1.1 Aminosäuren 1172.5.1.2 Proteine 1192.5.1.3 Lipide 1252.5.1.4 Kohlenhydrate 1282.5.1.5 Nucleinsäuren 1322.5.1.6 Vitamine/Coenzyme 1342.5.2 Katabolische und anabolische Stoffwechselvorgänge 1362.5.2.1 Enzymatische Katalyse 1362.5.2.2 Regulation der Stoffwechselvorgänge 1362.5.2.3 Untersuchung von Stoffwechselvorgängen 1392.5.2.4 Stoffwechsel von Lipiden 1402.5.2.5 Stoffwechsel von Proteinen und Aminosäuren 1412.5.2.6 Stoffwechsel von Kohlenhydraten 1442.5.3 Grundmechanismen der Energiegewinnung 1482.5.3.1 Zentrale Rolle des Acetyl-CoA im Stoffwechsel 1482.5.3.2 Tricarbonsäurecyclus und Oxidative Phosphorylierung 1492.5.4 Stoffanalytik – Hilfe für das Downstream-Processing 1512.5.4.1 Analytische Methoden der Biochemie 1512.6 Informatik – Messen, Regeln und Steuern von Prozessen 1532.6.1 Messgrößen – Einflussgrößen – Zielgrößen – Monitoring 1552.6.1.1 Primärparameter 1562.6.1.2 Sekundärparameter 1582.6.1.3 Zuordnung der wichtigsten Prozessgrößen 1662.6.1.4 Monitoring 1672.6.1.5 Offline-Monitoring 1742.6.1.6 Berechenbare Größen 1762.6.2 Regelalgorithmen und Automatisierung 1812.6.2.1 Regelkonzepte – Fuzzy-Logik, Prädikation, Neuronale Netze 1812.6.2.2 Automatisierung und Automatisierungsgrad 1842.6.3 Das Prozessleitsystem (PLS) 1872.6.3.1 Anforderungen an das Prozessleitsystem 1872.6.3.2 Beschreibung eines Prozessleitsystems 1902.6.3.3 Aufbau von Steuerprogrammen 1912.6.3.4 Menüanwahl/Programmablauf 1922.6.4 Einführung in die Bioinformatik 1952.6.4.1 Zum Begriff der Bioinformatik 1952.6.4.2 Entwicklung der Bioinformatik 1962.7 Stellung und Aufgaben der Verfahrenstechnik 1972.7.1 Bedarf und Abbau von Mediumsbestandteilen 2002.7.1.1 Bestandteile von Fermentationsmedien 2002.7.1.2 Allgemeine Substratansprüche der Mikroorganismen 2012.7.1.3 Substrate zur technischen Mikroorganismenzucht 2032.7.1.4 Kohlenstoffquellen 2032.7.1.5 Stickstoffquellen 2042.7.1.6 Abbau und Verwertung der Substrate 2052.7.1.7 Abbau von Proteinen und Nucleinsäuren 2052.7.1.8 Abbau von Kohlenhydraten 2072.7.1.9 Antibiotika und Induktoren 2072.7.2 Versuchsplanung 2082.7.2.1 Faktorielle Versuchsplanung 2092.7.2.2 Statistische Versuchsplanung 2112.7.2.3 Genetischer Algorithmus 2162.7.3 Maßstabsübertragungsregeln 2192.7.3.1 Grundsätzliches zur Ähnlichkeitstheorie 2232.7.3.2 Modellgesetze 2252.7.3.3 Verfahrenstechnische Primäraufgaben 2272.7.3.4 Leistungsberechnung 2302.7.3.5 Maßstabsvergrößerung von Rührwerkbioreaktoren 2362.7.3.6 Synchronisierte Parallelfermentation 2392.7.4 Bilanzierung und Transportmechanismen 2432.7.4.1 Bilanzgleichungen 2432.7.4.2 Transportvorgänge 2452.7.4.3 Wärmeleitung 2512.7.4.4 Stoff-, Wärme- und Impulstransport an Phasengrenzen 2532.7.4.5 Wandlungsgeschwindigkeiten 2552.7.4.6 Design von verfahrenstechnischen Apparaten 2562.7.4.7 Umsatz, Ausbeute, Selektivität 2662.7.5 Zufall und Statistik in der Verfahrenstechnik 2672.7.6 Dimensionsanalyse 2693 Mosaik der Bioverfahrensentwicklung 2873.1 Verknüpfung aller Aufgabengebiete 2893.2 Logistik 2933.3 Einfluss auf die Ökologie 2943.3.1 Bakterieller Aspekt 2943.3.2 Stoffaspekte 2983.4 Ringschlüssel 3003.5 Behördenengineering: GMP-Richtlinien, Genehmigungsgrundlagen, Gesetze und Verordnungen 3013.5.1 Allgemeine Informationen zu GMP 3013.5.2 Planung, Ausrüstung und Layouten eines Wirkstoffbetriebes unter Maßgabe der Anforderungskataloge 3023.5.3 Empfehlungen und Hilfestellungen zur Validierung 3043.5.3.1 Begriffsdefinition und Zielsetzung 3043.5.3.2 Qualifizierung 3043.5.3.3 Durchführung 3043.5.4 Gesetze zur Regelung der Planung und des Betriebs von bioverfahrenstechnischen Anlagen 3063.5.4.1 Das Gentechnik-Gesetz und die Verwaltungsvorschriften (GentG, GenTSV) 3073.5.4.2 Bau und Ausrüstung gem. Anh. III–V GenTSV zu den Sicherheitsstufen 1–4 3103.5.4.3 Anhang IV und V 3253.5.5 Wichtige Internetadressen 3254 Bioreaktionstechnik in Laborgefäßen 3274.1 Allgemeine Betrachtungen 3274.2 Beschreibung des kleinsten Bioreaktors 3304.2.1 Geometrische Zusammenhänge 3304.2.2 Unterscheidung von Kolbenreaktoren hinsichtlich des Energieeintrags 3334.3 Leistungseintrag in Kolbenreaktoren 3344.3.1 Untersuchungen zum Schüttelkolben (SK) 3344.3.2 Korrelationsgleichungen zur Berechnung der Leistungsdichte 3384.3.3 Leistungseintrag in ein Becherglas 3434.4 Sauerstofftransferraten (OTR) in Kolbenreaktoren 3464.4.1 Sauerstoffeintrag in den Schüttelkolben 3474.4.1.1 Korrelationsgleichungen zur Berechnung des Sauerstoffeintrages 3474.4.1.2 Untersuchungen zum Sauerstoffeintrag in Schüttelkolben 3494.4.1.3 Ähnlichkeitstheorie beim Schüttelkolben 3514.4.2 Sauerstofftransfer im Magnetfischkolben (Glasflasche) 3534.4.3 Ähnlichkeitstheorie beim gerührten System (Glasflasche) 3555 Upstream-Processing 3575.1 Lagerung und Logistik 3575.2 Anmaischprozesse 3625.3 Konditionierungsprozesse 3635.4 Reinigungsprozesse (CIP, cleaning in place) 3685.5 Sterilisationsprozesse (SIP, sterilization in place) 3765.5.1 Allgemeines 3765.5.2 Sterilfiltration 3775.5.3 Chemische und enzymatische Sterilisation 3775.5.4 Inaktivierung durch Strahleneinwirkung 3795.5.5 Hitzesterilisation 3795.5.5.1 Ermittlung der Inaktivierungskinetik 3805.5.5.2 Modell für eine Mischkulturkinetik 3835.5.5.3 Mediumskriterium 3885.5.5.4 Sterilisationsarbeitsdiagramm und Scale-up 3925.5.5.5 Kontinuierliche Sterilisation (Durchlaufsterilisation) 3955.6 Virusinaktivierung bei Pharmazeutika 4016 Stoffumwandlung 4056.1 Bildung der Biokatalysatoren (Zellwachstum) 4056.1.1 Vermehrungsmechanismen 4056.1.2 Phasen der Biokatalysatorbildung (Zellwachstum) 4096.1.3 Modelle zur Beschreibung des Wachstums 4126.1.3.1 Nicht strukturierte, verteilte Modelle 4136.2 Beschreibung der Produktbildung 4206.2.1 Allgemeines 4206.2.2 Produktbildungsraten 4246.3 Enzymkatalysierte biotechnologische Reaktionen 4256.3.1 Inhibierung von Enzymen (Enzymhemmung) 4276.3.1.1 Kompetitive Inhibierung 4276.3.1.2 Unkompetitive Inhibierung 4276.3.1.3 Nichtkompetitive Hemmung 4286.3.1.4 Substratinhibierung 4286.3.1.5 Allosterische Inhibierung (Hemmung) 4286.3.2 Homogene Enzymkatalyse 4286.3.2.1 Auslegung einer Enzymreaktion: Bestimmung der Enzymanfangsmenge 4296.3.3 Heterogene Enzymkatalyse 4316.3.3.1 Zylindrische Einzelpore 4326.4 Sauerstoffversorgung eines Mycel-Pellets 4376.5 Modellierung und Simulation 4396.5.1 Voraussetzungen 4396.5.2 Experimentalmethoden und Simulation auf einem PC/MAC 4416.5.2.1 Batch-Fermentation 4416.5.2.2 Fed-Batch-Fermentation 4426.5.3 Stabilitätsprüfung von Gleichgewichtspunkten 4446.5.3.1 Berechnung der Eigenwerte 4466.5.3.2 Dynamisches Modell 4497 Downstream-Processing 4537.1 Mechanische Trennung 4537.1.1 Filtration – Mikrofiltration 4547.1.1.1 Aufgaben- und Funktionsprinzipien 4547.1.1.2 Verfahrens- und Betriebsweisen 4557.1.1.3 Berechnungs- und Auslegungsdaten 4587.1.1.4 Bauarten der einzelnen Typen 4777.1.1.5 Auswahlkriterien, Einsatzbeispiele, Auslegungsbeispiele 4807.1.2 Sedimentation 4807.1.2.1 Aufgaben- und Funktionsprinzipien 4807.1.2.2 Verfahrens- und Betriebsweisen 4807.1.2.3 Berechnungs- und Auslegungsdaten 4807.1.2.4 Bauarten von Sedimentationsanlagen 4827.1.3 Flotationsprinzip 4837.1.4 Zentrifugation 4867.1.4.1 Aufgaben und Funktionsprinzipien 4867.1.4.2 Verfahrens- und Betriebsweisen 4867.1.4.3 Berechnungs- und Auslegungsdaten 4877.1.4.4 Bauarten der einzelnen Typen 4887.1.5 Ultraschallseparation 4897.2 Zerteilung von Stoffen 4937.2.1 Aufgaben und Funktionsbeschreibung 4937.2.1.1 Aufgabe der Desintegration 4957.2.1.2 an den Zellaufschluss 4967.2.2 Verfahren und Betriebsweisen 4967.2.2.1 Aufschlussmethoden 4977.2.2.2 Desintegration mittels Druckentspannung im Hochdruckhomogenisator (HDH) 4977.2.2.3 Desintegration durch Prall-Druck-Zerkleinerung in einer Rührwerkskugelmühle (RKM) 4987.2.2.4 Prinzip der Prall-Druck-Zerkleinerung 4987.2.2.5 Einflussgrößen auf die Desintegration in der Rührwerkskugelmühle 4997.2.3 Berechnungs- und Auslegungsdaten 5007.2.3.1 Allgemeine Betrachtungen 5007.2.3.2 Aufschlussgrad bei der Desintegration 5017.2.3.3 Homogenisationsdruckdifferenz Dp 5017.2.3.4 Zulaufkonzentration 5027.2.3.5 Temperatur 5037.2.3.6 Auslegung des Hochdruckhomogenisators 5037.2.3.7 Rührelementeumfangsgeschwindigkeit 5047.2.3.8 Größe der Mahlkörper 5067.2.3.9 Dichte der Mahlkörper rMK 5077.2.3.10 Mahlkörperfüllgrad 5077.2.3.11 Design von Rührwerk und Mahlraum 5087.2.3.12 Volumenstrom 5087.2.3.13 Zulaufkonzentration und Temperatur 5097.2.3.14 Auslegung der Rührwerkskugelmühle 5097.2.4 Bauarten von Zerkleinerern 5107.2.4.1 Hochdruckhomogenisatoren 5107.2.4.2 Bauprinzip 5127.2.5 Auswahlkriterien, Beispiele 5127.2.5.1 Allgemeiner Überblick über Zerkleinerungstechniken 5127.2.5.2 Praktische Beispiele zum Zellaufschluss 5137.3 Vereinigung von Stoffen 5137.3.1 Aufgaben und Funktionsbeschreibung 5137.3.2 Verfahren und Betriebsweisen 5187.3.3 Berechnungs- und Auslegungsdaten 5187.3.4 Bauarten von Mischsystemen 5237.3.5 Auswahlkriterien, Beispiele 5247.4 Wärmeübertragung 5267.4.1 Aufgaben und Funktionsbeschreibung 5267.4.2 Verfahren und Betriebsweisen 5287.4.3 Berechnungs- und Auslegungsdaten 5287.4.4 Bauarten von Wärmeaustauschern 5357.4.5 Auswahlkriterien, Beispiele 5377.5 Thermische Trennung – Destillation, Rektifikation 5387.5.1 Aufgaben und Funktionsbeschreibung 5387.5.2 Verfahren und Betriebsweisen 5397.5.3 Berechnungs- und Auslegungsdaten 5437.5.4 Bauarten von Destillations- und Rektifikationsapparaten 5487.5.5 Auswahlkriterien, Beispiele 5507.6 Absorption 5527.6.1 Aufgaben und Funktionsbeschreibung 5527.6.2 Verfahren und Betriebsweisen 5537.6.3 Berechnungs- und Auslegungsdaten 5557.6.4 Bauarten von Absorbern 5617.6.5 Auswahlkriterien, Beispiele 5627.7 Adsorption 5637.7.1 Aufgaben und Funktionsbeschreibung 5637.7.2 Verfahren und Betriebsweisen 5657.7.3 Berechnungs- und Auslegungsdaten 5677.7.4 Bauarten von Adsorbern 5697.7.5 Auswahlkriterien, Beispiele 5707.8 Extraktion 5717.8.1 Aufgaben und Funktionsbeschreibung 5717.8.2 Verfahren und Betriebsweisen 5727.8.2.1 Wässriges Zweiphasensystem 5767.8.2.2 Hochdruck-Mehrphasengleichgewichte 5777.8.3 Berechnungs- und Auslegungsdaten 5787.8.4 Bauarten von Extraktoren 5827.8.5 Auswahlkriterien, Beispiele 5837.9 Kristallisation 5847.9.1 Aufgaben und Funktionsbeschreibung 5847.9.2 Verfahren und Betriebsweisen 5857.9.3 Berechnungs- und Auslegungsdaten 5887.9.4 Bauarten von Kristallisatoren 5917.9.5 Auswahlkriterien 5937.10 Trocknung 5937.10.1 Aufgaben- und Funktionsprinzipien 5937.10.1.1 Einführung 5937.10.1.2 Funktionsprinzipien 5947.10.1.3 Allgemeine Literaturhinweise zur Trocknungstechnik 5967.10.2 Verfahrens- und Betriebsweisen 5967.10.2.1 Konvektionstrocknung 5967.10.2.2 Kontakttrocknung 5977.10.2.3 Gefriertrocknung 5977.10.3 Berechnungs- und Auslegungsdaten 5977.10.3.1 Grundlagen 5977.10.3.2 Vakuumkontakttrocknung 5987.10.3.3 Konvektive Trocknung 5997.10.3.4 Scale-up-Methoden und Produkteigenschaften 6007.10.4 Bauarten von Trocknern 6017.10.4.1 Einleitende Bemerkungen 6017.10.4.2 Konvektive Trockner 6017.10.4.3 Kontakttrockner 6057.10.5 Auswahlkriterien, Vorgehen und Auslegung 6077.10.5.1 Auswahlkriterien 6077.10.5.2 Vorgehen bei der Verfahrensentwicklung 6077.10.5.3 Scale-up über charakteristische Größen 6087.11 In-vitro-Refolding 6097.11.1 Aufgaben und Funktionsbeschreibung 6097.11.1.1 Gründe für Refolding 6127.11.2 Verfahren und Betriebsweisen 6147.11.2.1 Der Verlauf einer In-vitro-Renaturierung 6147.11.3 Berechnungs- und Auslegungsdaten 6167.11.3.1 Kinetische Konkurrenz zwischen Faltung und Aggregation 6167.11.3.2 Molekulare Chaperone 6167.11.3.3 Synthetische Faltungshilfsmittel 6187.11.3.4 Konformationsspezifische Liganden 6197.11.3.5 Lösungsmittelzusätze (Cosolvents) 6207.11.3.6 In-vitro-Protein-(Rück-)faltung 6217.11.4 Bauarten von Refolding-Operationen 6237.11.5 Einige Aspekte aus kommerziellen Verfahren 6247.12 Proteinaufreinigung und Chromatographie 6257.12.1 Aufgaben und Funktionsbeschreibung 6267.12.2 Verfahren und Betriebsweisen 6277.12.2.1 Adsorptionschromatographie 6297.12.2.2 Ionenaustauschchromatographie 6307.12.2.3 Gelchromatographie (Gelfiltration) 6327.12.2.4 Affinitätschromatographie 6347.12.2.5 Verteilungschromatographie 6357.12.2.6 Reverse-Phase-Chromatographie (RPC) 6367.12.2.7 Elutionsvolumen 6397.12.3 Betrieb von Chromatographieanlagen 6397.12.4 Berechnungs- und Auslegungsdaten 6407.12.5 Bauarten von Chromatographieanlagen 6437.12.6 Auswahlkriterien, Beispiele 6508 Integrierte Prozesse und Verfahrensentwicklung 6538.1 Aufbau und Darstellung eines Prozesses 6538.2 Vorgehensweise bei der Verfahrensentwicklung 6608.2.1 Phasen der Bioverfahrensentwicklung 6608.2.2 Miniplant-Technologie 6628.2.3 Auswahl der Prozessführung 6678.3 Sicherheitsaspekte bei der Verfahrensentwicklung 6738.3.1 Nutzen und Gefahren der Gentechnologie 6738.3.2 Sicherheitsbetrachtung 6758.3.2.1 Konzept einer Sicherheitsbetrachtung 6768.3.2.2 Sicherheitsbetrachtung in Form von Störfallszenarien 6818.4 Prozessintegrierter Umweltschutz 6848.4.1 Definition des Prozessintegrierten Umweltschutzes 6848.4.2 Wärmeverbund als Integrationselement 6858.4.3 Prozesstechnische Integrationselemente 6898.4.3.1 Recycling als Umweltschutzmaßnahme 6898.4.3.2 Abwasserentsorgung 6908.4.3.3 Abgasbehandlung 6919 Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen 6959.1 Methoden zur Kostenanalyse eines Verfahrens 6959.1.1 Strukturen von Kostenschätzungsmethoden 6959.1.2 Produktionskostenschätzung 6999.2 Wirtschaftlichkeitsbetrachtung mittels Short-cut-Methoden 7079.2.1 Möglicher Aufbau einer Short-cut-Methode 7079.2.2 Ermittlung der Ausgangssubstanzmengen 7109.2.3 Entsorgungsbilanz 7119.2.4 Abschätzung des Energiebedarfes 7119.2.4.1 Abschätzung des Dampfbedarfes 7119.2.4.2 Abschätzung des Strombedarfes 7129.2.4.3 Abschätzung des Kühlwasserbedarfes 7139.2.5 Personalplanung 7149.2.6 Short-cut-Apparateauslegung zur Apparatekostenschätzung 71510 Verfahrensbeispiele 72110.1 Einleitung 72110.2 Allgemeine Prozessschemata 72410.2.1 Upstream- und Reaktionsmodule 72410.2.2 Produktion eines gelösten, extrazellulär exprimierten Produktes 72810.2.3 Produktion eines gelösten, intrazellulär exprimierten Produktes 73110.2.4 Produktion eines ungelösten, intrazellulär exprimierten Produktes 73210.2.5 Produktion eines ungelösten, extrazellulär exprimierten Produktes 73610.3 Auslegungsbeispiel: b-Galactosidase 73710.3.1 Fermentative Herstellung von b-Galactosidase 73810.3.1.1 Prozessbegleitendes Monitoring 74410.3.1.2 Sauerstoffaufnahmerate (OUR), CO2-Bildungsrate (CPR) und Respirationskoeffizient (RQ) über Fermentationszeit 75010.3.1.3 Bestimmung der maximalen spezifischen Wachstumsrate μmax 75210.3.1.4 Berechnung der Ertragskoeffizienten 75210.3.1.5 Berechnung des kL·a-Wertes 75310.3.1.6 Diskussion der Ergebnisse und Fehlerdiskussion 75410.3.2 Aufarbeitung der fermentativ gewonnenen b-Galactosidase 75510.3.2.1 Ernte und Abtrennung der Biomasse 75610.3.2.2 Zellaufschluss 75710.3.2.3 Extraktion 75910.3.2.4 Aufkonzentrierung 76110.3.2.5 Gelchromatographie 76210.3.2.6 Ermittlung der Gesamtausbeute 76310.3.3 Wirtschaftlichkeit 76310.3.3.1 Apparate- und Maschinenauslegung 76510.3.3.2 Energiebetrachtungen 78510.3.3.3 Strom 78610.3.3.4 Ermittlung des Kühlwasserbedarfs 78910.3.3.5 Ermittlung der Stoffströme 79110.3.3.6 Ermittlung der Abwasserstoffströme 79110.3.3.7 Apparateliste mit Ermittlung der Investitionen 79110.3.3.8 Ergebnisdarstellung 79510.3.3.9 Diskussion 795Stichwortverzeichnis 809

"Mich als Student der Biotechnologie hat dieses Buch überzeugt. Es stellt den roten Faden zwischen den vielen zum Teil doch unterschiedlichen Disziplinen her...Alles in allem ein sehr empfehlenswertes Buch." Dirk Dägele, 6. Semester Biotechnologie an der Fachhochschule für Technik und Gestaltung, MannheimUni-Online "Das Buch ist ein nützlicher Begleiter in der täglichen Praxis und kann sowohl als Lehrbuch wie auch als Nachschlagewerk verwendet werden." BIO WORLD, Dr. C. Andretta "Dieses Buch richtet sich an alle, die einen Beitrag zur Entwicklung eines biotechnologischen Prozesses leisten möchten. Es informiert sehr ausführlich über die Bioverfahrensentwicklung und ermöglicht, sich ein Gesamtbild zu verschaffen. Es ist auch als Lehrbuch für das Gebiet Bioverfahrenstechnik gut geeignet." F & S "Alles in allem eignet sich dieses Buch bestens zur Vertiefung und Auffrischung des theoretischen und praktischen Wissens aus dem Bereich der Biotechnologie. Sowohl Studenten aus dem Hauptstudium der angewandten Naturwissenschaften als auch Ingenieuren mit langjähriger Berufserfahrung finden alles Wissenswerte in diesem Werk. Es kann durchaus als ein Standardwerk der angewandten Biotechnologie angesehen werden."Uni-Online "Im Großen und Ganzen vermittelt dieses Buch einen breiten Überblick über die relevanten Themen der Bioverfahrenstechnik...Allerdings erhält auch der unerfahrene Leser durch die gute Gliederung und die leichverständliche Schreibweise einen guten Überblick über die behandelten Themen, welche durch Schaubilder, Diagramme, Tabellen und mathematischen Formeln gut ergänzt werden."Patrick HeinemannUni-Online "Das Lehrbuch ist ein sehr verständlich geschriebenes Werk, das die Komplexität der Bioverfahrensentwicklung sehr gut veranschaulicht und als Nachschlagewerk sehr gut geeignet ist...Das Lehrbuch ist all denen zu empfehlen, die Interesse an den Grundlagen eines verfahrenstechnischen Prozesses in der Biotechnologie haben und offen für mathematische Formeln sind." erscheint voraussichtlich in: Rundschau für Fleischhygiene und Lebensmittelüberwachung "Je weiter man im Buch fortschreitet, desto mehr Zusammenhänge sind zu erkennen und es entsteht ein abgerundetes Bild über die Entwicklung von Bioverfahren.Abschließend möchte ich sagen, dass für mich als Biologiestudentin die Storhas "Bioverfahrensentwicklung" jeden Cent ihres Preises wert ist und einen detaillierten, umfangreichen und trotzdem verständlichen Einblick bietet."Uni-online