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, Anna Becker, Mo, 12:15 - 13:45, 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, Holger Hübner et al., Blockveranstaltung nach Vereinbarung; Infos und Anmeldung zu gg. Zeit unter StudOn. Praktikumslabor Paul-Gordan-Str. 7 (Techn. Halle))

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.)
  

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

• 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:

• Levenspiel: Chemical Reactor Omnibook

• Chmiel: Bioprozesstechnik

• Thieman, Palladino: Biotechnologie

• Vorlesungsskript (StudOn)
  

Bemerkung:

Studienleistung:
Für Studierende mit Studienbeginn ab WS 15/16 ist zum Bestehen des Moduls nur das Bestehen der Prüfungsleistung (Klausur) erforderlich. Für Studierende mit Studienbeginn vor WS 15/16 ist zusätzlich die Anwesenheit an allen Praktikumsversuchen sowie das erfolgreiche Bestehen der Praktikumsklausur für die Erbringung der Studienleistung (Praktikumsleistung) notwendig.

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)
   (Po-Vers. 2015w | TechFak | Life Science Engineering (Bachelor of Science) | Bachelorprüfung | Bioreaktions- und Bioverfahrenstechnik für LSE)

Studien-/Prüfungsleistungen:

Bioreaktions- und Bioverfahrenstechnik für LSE (Prüfungsnummer: 20801)

Untertitel: nur Erlangen

(englischer Untertitel: Erlangen only)

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

Anteil an der Berechnung der Modulnote: 100.0 %

Prüfungssprache: Deutsch oder Englisch

Erstablegung: SS 2017, 1. Wdh.: WS 2017/2018

1. Prüfer:

Anna Becker,

2. Prüfer:

Holger Hübner

Termin: 03.08.2017, 10:00 Uhr, Ort: H 7 TechF
Termin: 19.02.2018, 12:30 Uhr, Ort: H 11