Bioverfahrensentwicklung (eBook)
Wiley-VCH (Verlag)
978-3-527-67385-8 (ISBN)
Die 2. vollständig überarbeitete Auflage des Erfolgstitels von 2003 ist ein Muss für alle Studenten der Biotechnologie und Verfahrenstechnik und ein ideales Nachschlagewerk für Ingenieure der Verfahrenstechnik, Biochemiker und Pharmazeuten.
Stimmen zur 1. Auflage:
'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, Mannheim, Uni-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
Prof. Winfried Storhas ist Professor für Biotechnologie an der Hochschule Mannheim. Sein Forschungsinteresse gilt u.a. dem Modellieren und Simulieren von Reaktionen, dem Up-Scaling und der Bioreaktorentwicklung, wobei ihm seine vor dem Studium erworbene siebenjährige Erfahrung im Maschinenbau bei der MAN in Augsburg und der Deutschen Werft in Hamburg zu Gute kommt. Professor Storhas studierte zunächst 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.
Cover 1
Titel 5
Contents 9
Dank für besondere Unterstützung bei der Neuauflage und bei der ersten Auflage 7
Vorwort zur ersten Auflage 21
Vorwort zur zweiten Auflage 23
Formelzeichenerklärung 25
Indexerklärung 31
Abkürzungsverzeichnis 35
1 Leistungsfähigkeit der Bioverfahrenstechnik 41
1.1 Allgemeine Betrachtungen 41
1.2 Einsatzfelder und Produktgruppen 42
1.2.1 Leistungsdarstellung der Bioverfahrensentwicklung 43
1.2.2 Bioverfahrensentwicklung in der Nahrungsmittelindustrie 45
1.2.2.1 Vorrangige Vorteile der Bioverfahrensentwicklung 45
1.2.2.2 Zunehmende Bedeutung der Bioverfahrensentwicklung 46
1.2.2.3 Einsatzgebiete 46
1.2.2.4 Einsatz von genetisch veränderten Mikroorganismen in der Nahrungsmittelindustrie 48
1.2.3 Gentechnologie 58
1.3 Voraussetzungen für den Einsatz der Bioverfahrenstechnik 58
1.3.1 Aufgaben der Forschung und Entwicklung 58
1.3.2 Optimierung der Verfahrensoperationen 59
1.3.3 Harmonisierung der Arbeitsgruppen 61
1.3.4 Integrierter Umweltschutz – agierender Umweltschutz 62
1.4 Märkte und Marktanteile biotechnologischer Produkte 62
2 Arbeitsgebiete der Bioverfahrenstechnik 65
2.1 Einführende Betrachtungen 65
2.2 Stellung und Aufgaben der Mikrobiologie 66
2.2.1 Beschaffung und Auswahl eines potenziellen Produktionsstammes 67
2.2.1.1 Anreicherung und Isolierung 69
2.2.1.2 Screening 72
2.2.2 Stammentwicklung bzw. Stammverbesserung 74
2.2.3 Überproduktion von Metaboliten –Stammentwicklung durch Metabolic Engineering 78
2.2.4 Haltung und Führung von Produktionsstämmen 83
2.2.4.1 Gefriertrocknung (Lyophilisation) 83
2.2.4.2 Tiefkühllagerung und Gefrierkonservierung 84
2.3 Stellung und Aufgaben der Molekularbiologie 86
2.3.1 Gentechnischer Zugriff auf Stoffwechselwege 86
2.3.2 Gentechnische Übertragung von Synthesepotenzialen 89
2.3.3 Expressionssysteme 91
2.3.3.1 Transkriptionsbestimmende Elemente 94
2.3.4 Produktionssysteme für rekombinante Proteine 96
2.3.5 Vor- und Nachteile gängiger Expressionssysteme 106
2.4 Stellung und Aufgaben der Zellkulturtechnik 109
2.4.1 Grundlagen der Zellbiologie 111
2.4.1.1 Cytologie 111
2.4.1.2 Zellorganellen 114
2.4.1.3 Extrazelluläre Matrix 118
2.4.2 Zellkulturen und Zelllinien 119
2.4.2.1 Primärkultur und primäre (adhärente) Zelllinien 119
2.4.2.2 Kontinuierliche Zelllinien 120
2.4.2.3 Organkulturen 122
2.4.2.4 Adhärente Zellkulturen: Microcarrier 122
2.4.2.5 Adhärente Zellkulturen: Roller Bottles 124
2.4.2.6 Suspensionskulturen 124
2.4.3 Rekombinante Proteinexpression in Säugerzellen 125
2.4.3.1 Expressionsvektoren 126
2.4.3.2 Episomale Vektoren 131
2.4.3.3 Stabile Transfektion und Amplifikation 132
2.4.3.4 Klonierung 134
2.4.3.5 Kryokonservierung und Zellbänke 138
2.4.3.6 Transiente Transfektion 138
2.4.4 Grundlegende Labortechnik 139
2.4.4.1 Subkultivierung von Zellen 139
2.4.4.2 Kontamination 142
2.4.5 Monitoring von Zellkulturen 144
2.4.5.1 Zellzahl und Vitalität 146
2.4.6 Medien für die Zellkulturtechnik 148
2.4.6.1 Entwicklung der Säugerzellmedien 149
2.4.6.2 Serumhaltige Medien 151
2.4.6.3 Seren 151
2.4.6.4 Serumfreie Medien 152
2.4.6.5 Puffersysteme: Natriumhydrogencarbonat 154
2.4.6.6 Puffersysteme: 4-(2-Hydroxyethyl)-1-piperazinethansulfonsäure (HEPES) 155
2.4.6.7 Monitoring von Mediumsbestandteilen und Metaboliten 155
2.5 Stellung und Aufgaben der Biochemie 157
2.5.1 Merkmale von Stoffklassen und deren Eigenschaften 157
2.5.1.1 Aminosäuren 157
2.5.1.2 Proteine 159
2.5.1.3 Lipide 165
2.5.1.4 Kohlenhydrate 168
2.5.1.5 Nucleinsäuren 172
2.5.1.6 Vitamine/Coenzyme 174
2.5.2 Katabolische und anabolische Stoffwechselvorgänge 176
2.5.2.1 Enzymatische Katalyse 176
2.5.2.2 Regulation der Stoffwechselvorgänge 176
2.5.2.3 Untersuchung von Stoffwechselvorgängen 179
2.5.2.4 Stoffwechsel von Lipiden 180
2.5.2.5 Stoffwechsel von Proteinen und Aminosäuren 181
2.5.2.6 Stoffwechsel von Kohlenhydraten 184
2.5.3 Grundmechanismen der Energiegewinnung 188
2.5.3.1 Zentrale Rolle des Acetyl-CoA im Stoffwechsel 188
2.5.3.2 Tricarbonsäurecyclus und Oxidative Phosphorylierung 189
2.5.4 Stoffanalytik – Hilfe für das Downstream-Processing 191
2.5.4.1 Analytische Methoden der Biochemie 191
2.6 Informatik – Messen, Regeln und Steuern von Prozessen 193
2.6.1 Messgrößen – Einflussgrößen – Zielgrößen – Monitoring 195
2.6.1.1 Primärparameter 196
2.6.1.2 Sekundärparameter 198
2.6.1.3 Zuordnung der wichtigsten Prozessgrößen 206
2.6.1.4 Monitoring 207
2.6.1.5 Offline-Monitoring 214
2.6.1.6 Berechenbare Größen 216
2.6.2 Regelalgorithmen und Automatisierung 221
2.6.2.1 Regelkonzepte – Fuzzy-Logik, Prädikation, Neuronale Netze 221
2.6.2.2 Automatisierung und Automatisierungsgrad 224
2.6.3 Das Prozessleitsystem (PLS) 227
2.6.3.1 Anforderungen an das Prozessleitsystem 227
2.6.3.2 Beschreibung eines Prozessleitsystems 230
2.6.3.3 Aufbau von Steuerprogrammen 231
2.6.3.4 Menüanwahl/Programmablauf 232
2.6.4 Einführung in die Bioinformatik 235
2.6.4.1 Zum Begriff der Bioinformatik 235
2.6.4.2 Entwicklung der Bioinformatik 236
2.7 Stellung und Aufgaben der Verfahrenstechnik 237
2.7.1 Bedarf und Abbau von Mediumsbestandteilen 240
2.7.1.1 Bestandteile von Fermentationsmedien 240
2.7.1.2 Allgemeine Substratansprüche der Mikroorganismen 241
2.7.1.3 Substrate zur technischen Mikroorganismenzucht 243
2.7.1.4 Kohlenstoffquellen 243
2.7.1.5 Stickstoffquellen 244
2.7.1.6 Abbau und Verwertung der Substrate 245
2.7.1.7 Abbau von Proteinen und Nucleinsäuren 245
2.7.1.8 Abbau von Kohlenhydraten 247
2.7.1.9 Antibiotika und Induktoren 247
2.7.2 Versuchsplanung 248
2.7.2.1 Faktorielle Versuchsplanung 249
2.7.2.2 Statistische Versuchsplanung 251
2.7.2.3 Genetischer Algorithmus 256
2.7.3 Maßstabsübertragungsregeln 259
2.7.3.1 Grundsätzliches zur Ähnlichkeitstheorie 263
2.7.3.2 Modellgesetze 265
2.7.3.3 Verfahrenstechnische Primäraufgaben 267
2.7.3.4 Leistungsberechnung 270
2.7.3.5 Maßstabsvergrößerung von Rührwerkbioreaktoren 276
2.7.3.6 Synchronisierte Parallelfermentation 279
2.7.4 Bilanzierung und Transportmechanismen 283
2.7.4.1 Bilanzgleichungen 283
2.7.4.2 Transportvorgänge 285
2.7.4.3 Wärmeleitung 291
2.7.4.4 Stoff-, Wärme- und Impulstransport an Phasengrenzen 293
2.7.4.5 Wandlungsgeschwindigkeiten 295
2.7.4.6 Design von verfahrenstechnischen Apparaten 296
2.7.4.7 Umsatz, Ausbeute, Selektivität 306
2.7.5 Zufall und Statistik in der Verfahrenstechnik 307
2.7.6 Dimensionsanalyse 309
3 Mosaik der Bioverfahrensentwicklung 327
3.1 Verknüpfung aller Aufgabengebiete 329
3.2 Logistik 333
3.3 Einfluss auf die Ökologie 334
3.3.1 Bakterieller Aspekt 334
3.3.2 Stoffaspekte 338
3.4 Ringschlüssel 340
3.5 Behördenengineering: GMP-Richtlinien, Genehmigungsgrundlagen, Gesetze und Verodnungen 341
3.5.1 Allgemeine Informationen zu GMP 341
3.5.2 Planung, Ausrüstung und Layouten eines Wirkstoffbetriebes unter Maßgabe der Anforderungskataloge 342
3.5.3 Empfehlungen und Hilfestellungen zur Validierung 344
3.5.3.1 Begriffsdefinition und Zielsetzung 344
3.5.3.2 Qualifizierung 344
3.5.3.3 Durchführung 344
3.5.4 Gesetze zur Regelung der Planung und des Betriebs von bioverfahrenstechnischen Anlagen 346
3.5.4.1 Das Gentechnik-Gesetz und die Verwaltungsvorschriften (GentG, GenTSV) 347
3.5.4.2 Bau und Ausrüstung gem. Anh. III–V GenTSV zu den Sicherheitsstufen 1–4 350
3.5.4.3 Anhang IV und V 365
3.5.5 Wichtige Internetadressen 365
4 Bioreaktionstechnik in Laborgefäßen 367
4.1 Allgemeine Betrachtungen 367
4.2 Beschreibung des kleinsten Bioreaktors 370
4.2.1 Geometrische Zusammenhänge 370
4.2.2 Unterscheidung von Kolbenreaktoren hinsichtlich des Energieeintrags 373
4.3 Leistungseintrag in Kolbenreaktoren 374
4.3.1 Untersuchungen zum Schüttelkolben (SK) 374
4.3.2 Korrelationsgleichungen zur Berechnung der Leistungsdichte 378
4.3.3 Leistungseintrag in ein Becherglas 383
4.4 Sauerstofftransferraten (OTR) in Kolbenreaktoren 386
4.4.1 Sauerstoffeintrag in den Schüttelkolben 387
4.4.1.1 Korrelationsgleichungen zur Berechnung des Sauerstoffeintrages 387
4.4.1.2 Untersuchungen zum Sauerstoffeintrag in Schüttelkolben 389
4.4.1.3 Ähnlichkeitstheorie beim Schüttelkolben 391
4.4.2 Sauerstofftransfer im Magnetfischkolben (Glasflasche) 393
4.4.3 Ähnlichkeitstheorie beim gerührten System (Glasflasche) 395
5 Upstream-Processing 397
5.1 Lagerung und Logistik 397
5.2 Anmaischprozesse 402
5.3 Konditionierungsprozesse 403
5.4 Reinigungsprozesse (CIP, cleaning in place) 408
5.5 Sterilisationsprozesse (SIP, sterilization in place) 416
5.5.1 Allgemeines 416
5.5.2 Sterilfiltration 417
5.5.3 Chemische und enzymatische Sterilisation 417
5.5.4 Inaktivierung durch Strahleneinwirkung 419
5.5.5 Hitzesterilisation 419
5.5.5.1 Ermittlung der Inaktivierungskinetik 420
5.5.5.2 Modell für eine Mischkulturkinetik 423
5.5.5.3 Mediumskriterium 428
5.5.5.4 Sterilisationsarbeitsdiagramm und Scale-up 432
5.5.5.5 Kontinuierliche Sterilisation (Durchlaufsterilisation) 435
5.6 Virusinaktivierung bei Pharmazeutika 441
6 Stoffumwandlung 445
6.1 Bildung der Biokatalysatoren (Zellwachstum) 445
6.1.1 Vermehrungsmechanismen 445
6.1.2 Phasen der Biokatalysatorbildung (Zellwachstum) 449
6.1.3 Modelle zur Beschreibung des Wachstums 452
6.1.3.1 Nicht strukturierte, verteilte Modelle 453
6.2 Beschreibung der Produktbildung 460
6.2.1 Allgemeines 460
6.2.2 Produktbildungsraten 464
6.3 Enzymkatalysierte biotechnologische Reaktionen 465
6.3.1 Inhibierung von Enzymen (Enzymhemmung) 467
6.3.1.1 Kompetitive Inhibierung 467
6.3.1.2 Unkompetitive Inhibierung 467
6.3.1.3 Nichtkompetitive Hemmung 468
6.3.1.4 Substratinhibierung 468
6.3.1.5 Allosterische Inhibierung (Hemmung) 468
6.3.2 Homogene Enzymkatalyse 468
6.3.2.1 Auslegung einer Enzymreaktion: Bestimmung der Enzymanfangsmenge 469
6.3.3 Heterogene Enzymkatalyse 471
6.3.3.1 Zylindrische Einzelpore 472
6.4 Sauerstoffversorgung eines Mycel-Pellets 477
6.5 Modellierung und Simulation 479
6.5.1 Voraussetzungen 479
6.5.2 Experimentalmethoden und Simulation auf einem PC/MAC 481
6.5.2.1 Batch-Fermentation 481
6.5.2.2 Fed-Batch-Fermentation 482
6.5.3 Stabilitätsprüfung von Gleichgewichtspunkten 484
6.5.3.1 Berechnung der Eigenwerte 486
6.5.3.2 Dynamisches Modell 489
7 Downstream-Processing 493
7.1 Mechanische Trennung 494
7.1.1 Filtration – Mikrofiltration 494
7.1.1.1 Aufgaben- und Funktionsprinzipien 494
7.1.1.2 Verfahrens- und Betriebsweisen 495
7.1.1.3 Berechnungs- und Auslegungsdaten 498
7.1.1.4 Bauarten der einzelnen Typen 517
7.1.1.5 Auswahlkriterien, Einsatzbeispiele, Auslegungsbeispiele 520
7.1.2 Sedimentation 520
7.1.2.1 Aufgaben- und Funktionsprinzipien 520
7.1.2.2 Verfahrens- und Betriebsweisen 520
7.1.2.3 Berechnungs- und Auslegungsdaten 520
7.1.2.4 Bauarten von Sedimentationsanlagen 522
7.1.3 Flotationsprinzip 523
7.1.4 Zentrifugation 526
7.1.4.1 Aufgaben und Funktionsprinzipien 526
7.1.4.2 Verfahrens- und Betriebsweisen 526
7.1.4.3 Berechnungs- und Auslegungsdaten 527
7.1.4.4 Bauarten der einzelnen Typen 528
7.1.5 Ultraschallseparation 529
7.2 Zerteilung von Stoffen 533
7.2.1 Aufgaben und Funktionsbeschreibung 533
7.2.1.1 Aufgabe der Desintegration 535
7.2.1.2 an den Zellaufschluss 536
7.2.2 Verfahren und Betriebsweisen 536
7.2.2.1 Aufschlussmethoden 537
7.2.2.2 Desintegration mittels Druckentspannung im Hochdruckhomogenisator (HDH) 537
7.2.2.3 Desintegration durch Prall-Druck-Zerkleinerung in einer Rührwerkskugelmühle (RKM) 538
7.2.2.4 Prinzip der Prall-Druck-Zerkleinerung 538
7.2.2.5 Einflussgrößen auf die Desintegration in der Rührwerkskugelmühle 539
7.2.3 Berechnungs- und Auslegungsdaten 540
7.2.3.1 Allgemeine Betrachtungen 540
7.2.3.2 Aufschlussgrad bei der Desintegration 541
7.2.3.3 Homogenisationsdruckdifferenz ?p 541
7.2.3.4 Zulaufkonzentration 542
7.2.3.5 Temperatur 543
7.2.3.6 Auslegung des Hochdruckhomogenisators 543
7.2.3.7 Rührelementeumfangsgeschwindigkeit 544
7.2.3.8 Größe der Mahlkörper 546
7.2.3.9 Dichte der Mahlkörper ?MK 547
7.2.3.10 Mahlkörperfüllgrad 547
7.2.3.11 Design von Rührwerk und Mahlraum 548
7.2.3.12 Volumenstrom 548
7.2.3.13 Zulaufkonzentration und Temperatur 549
7.2.3.14 Auslegung der Rührwerkskugelmühle 549
7.2.4 Bauarten von Zerkleinerern 550
7.2.4.1 Hochdruckhomogenisatoren 550
7.2.4.2 Bauprinzip 552
7.2.5 Auswahlkriterien, Beispiele 552
7.2.5.1 Allgemeiner Überblick über Zerkleinerungstechniken 552
7.2.5.2 Praktische Beispiele zum Zellaufschluss 553
7.3 Vereinigung von Stoffen 553
7.3.1 Aufgaben und Funktionsbeschreibung 553
7.3.2 Verfahren und Betriebsweisen 558
7.3.3 Berechnungs- und Auslegungsdaten 558
7.3.4 Bauarten von Mischsystemen 563
7.3.5 Auswahlkriterien, Beispiele 564
7.4 Wärmeübertragung 566
7.4.1 Aufgaben und Funktionsbeschreibung 566
7.4.2 Verfahren und Betriebsweisen 568
7.4.3 Berechnungs- und Auslegungsdaten 568
7.4.4 Bauarten von Wärmeaustauschern 575
7.4.5 Auswahlkriterien, Beispiele 577
7.5 Thermische Trennung – Destillation, Rektifikation 578
7.5.1 Aufgaben und Funktionsbeschreibung 578
7.5.2 Verfahren und Betriebsweisen 579
7.5.3 Berechnungs- und Auslegungsdaten 583
7.5.4 Bauarten von Destillations- und Rektifikationsapparaten 588
7.5.5 Auswahlkriterien, Beispiele 590
7.6 Absorption 592
7.6.1 Aufgaben und Funktionsbeschreibung 592
7.6.2 Verfahren und Betriebsweisen 593
7.6.3 Berechnungs- und Auslegungsdaten 595
7.6.4 Bauarten von Absorbern 601
7.6.5 Auswahlkriterien, Beispiele 602
7.7 Adsorption 603
7.7.1 Aufgaben und Funktionsbeschreibung 603
7.7.2 Verfahren und Betriebsweisen 605
7.7.3 Berechnungs- und Auslegungsdaten 607
7.7.4 Bauarten von Adsorbern 609
7.7.5 Auswahlkriterien, Beispiele 610
7.8 Extraktion 611
7.8.1 Aufgaben und Funktionsbeschreibung 611
7.8.2 Verfahren und Betriebsweisen 612
7.8.2.1 Wässriges Zweiphasensystem 616
7.8.2.2 Hochdruck-Mehrphasengleichgewichte 617
7.8.3 Berechnungs- und Auslegungsdaten 618
7.8.4 Bauarten von Extraktoren 622
7.8.5 Auswahlkriterien, Beispiele 623
7.9 Kristallisation 624
7.9.1 Aufgaben und Funktionsbeschreibung 624
7.9.2 Verfahren und Betriebsweisen 625
7.9.3 Berechnungs- und Auslegungsdaten 628
7.9.4 Bauarten von Kristallisatoren 631
7.9.5 Auswahlkriterien 633
7.10 Trocknung 633
7.10.1 Aufgaben- und Funktionsprinzipien 633
7.10.1.1 Einführung 633
7.10.1.2 Funktionsprinzipien 634
7.10.1.3 Allgemeine Literaturhinweise zur Trocknungstechnik 636
7.10.2 Verfahrens- und Betriebsweisen 636
7.10.2.1 Konvektionstrocknung 636
7.10.2.2 Kontakttrocknung 637
7.10.2.3 Gefriertrocknung 637
7.10.3 Berechnungs- und Auslegungsdaten 637
7.10.3.1 Grundlagen 637
7.10.3.2 Vakuumkontakttrocknung 638
7.10.3.3 Konvektive Trocknung 639
7.10.3.4 Scale-up-Methoden und Produkteigenschaften 640
7.10.4 Bauarten von Trocknern 641
7.10.4.1 Einleitende Bemerkungen 641
7.10.4.2 Konvektive Trockner 641
7.10.4.3 Kontakttrockner 645
7.10.5 Auswahlkriterien, Vorgehen und Auslegung 647
7.10.5.1 Auswahlkriterien 647
7.10.5.2 Vorgehen bei der Verfahrensentwicklung 647
7.10.5.3 Scale-up über charakteristische Größen 648
7.11 In-vitro-Refolding 649
7.11.1 Aufgaben und Funktionsbeschreibung 649
7.11.1.1 Gründe für Refolding 652
7.11.2 Verfahren und Betriebsweisen 654
7.11.2.1 Der Verlauf einer In-vitro-Renaturierung 654
7.11.3 Berechnungs- und Auslegungsdaten 656
7.11.3.1 Kinetische Konkurrenz zwischen Faltung und Aggregation 656
7.11.3.2 Molekulare Chaperone 656
7.11.3.3 Synthetische Faltungshilfsmittel 658
7.11.3.4 Konformationsspezifische Liganden 659
7.11.3.5 Lösungsmittelzusätze (Cosolvents) 660
7.11.3.6 In-vitro-Protein-(Rück-)faltung 661
7.11.4 Bauarten von Refolding-Operationen 663
7.11.5 Einige Aspekte aus kommerziellen Verfahren 664
7.12 Proteinaufreinigung und Chromatographie 665
7.12.1 Aufgaben und Funktionsbeschreibung 666
7.12.2 Verfahren und Betriebsweisen 667
7.12.2.1 Adsorptionschromatographie 669
7.12.2.2 Ionenaustauschchromatographie 670
7.12.2.3 Gelchromatographie (Gelfiltration) 672
7.12.2.4 Affinitätschromatographie 674
7.12.2.5 Verteilungschromatographie 675
7.12.2.6 Reverse-Phase-Chromatographie (RPC) 676
7.12.2.7 Elutionsvolumen 679
7.12.3 Betrieb von Chromatographieanlagen 679
7.12.4 Berechnungs- und Auslegungsdaten 680
7.12.5 Bauarten von Chromatographieanlagen 683
7.12.6 Auswahlkriterien, Beispiele 690
8 Integrierte Prozesse und Verfahrensentwicklung 693
8.1 Aufbau und Darstellung eines Prozesses 693
8.2 Vorgehensweise bei der Verfahrensentwicklung 700
8.2.1 Phasen der Bioverfahrensentwicklung 700
8.2.2 Miniplant-Technologie 702
8.2.3 Auswahl der Prozessführung 707
8.3 Sicherheitsaspekte bei der Verfahrensentwicklung 713
8.3.1 Nutzen und Gefahren der Gentechnologie 713
8.3.2 Sicherheitsbetrachtung 715
8.3.2.1 Konzept einer Sicherheitsbetrachtung 716
8.3.2.2 Sicherheitsbetrachtung in Form von Störfallszenarien 721
8.4 Prozessintegrierter Umweltschutz 724
8.4.1 Definition des Prozessintegrierten Umweltschutzes 724
8.4.2 Wärmeverbund als Integrationselement 725
8.4.3 Prozesstechnische Integrationselemente 729
8.4.3.1 Recycling als Umweltschutzmaßnahme 729
8.4.3.2 Abwasserentsorgung 730
8.4.3.3 Abgasbehandlung 731
9 Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen 735
9.1 Methoden zur Kostenanalyse eines Verfahrens 735
9.1.1 Strukturen von Kostenschätzungsmethoden 735
9.1.2 Produktionskostenschätzung 739
9.2 Wirtschaftlichkeitsbetrachtung mittels Short-cut-Methoden 747
9.2.1 Möglicher Aufbau einer Short-cut-Methode 747
9.2.2 Ermittlung der Ausgangssubstanzmengen 750
9.2.3 Entsorgungsbilanz 751
9.2.4 Abschätzung des Energiebedarfes 751
9.2.4.1 Abschätzung des Dampfbedarfes 751
9.2.4.2 Abschätzung des Strombedarfes 752
9.2.4.3 Abschätzung des Kühlwasserbedarfes 753
9.2.5 Personalplanung 754
9.2.6 Short-cut-Apparateauslegung zur Apparatekostenschätzung 755
10 Verfahrensbeispiele 761
10.1 Einleitung 761
10.2 Allgemeine Prozessschemata 764
10.2.1 Upstream- und Reaktionsmodule 764
10.2.2 Produktion eines gelösten, extrazellulär exprimierten Produktes 768
10.2.3 Produktion eines gelösten, intrazellulär exprimierten Produktes 771
10.2.4 Produktion eines ungelösten, intrazellulär exprimierten Produktes 772
10.2.5 Produktion eines ungelösten, extrazellulär exprimierten Produktes 776
10.3 Auslegungsbeispiel: b-Galactosidase 777
10.3.1 Fermentative Herstellung von b-Galactosidase 778
10.3.1.1 Prozessbegleitendes Monitoring 784
10.3.1.2 Sauerstoffaufnahmerate (OUR), CO2-Bildungsrate (CPR) und Respirationskoeffizient (RQ) über Fermentationszeit 790
10.3.1.3 Bestimmung der maximalen spezifischen Wachstumsrate µmax 792
10.3.1.4 Berechnung der Ertragskoeffizienten 792
10.3.1.5 Berechnung des kL·a-Wertes 793
10.3.1.6 Diskussion der Ergebnisse und Fehlerdiskussion 794
10.3.2 Aufarbeitung der fermentativ gewonnenen b-Galactosidase 795
10.3.2.1 Ernte und Abtrennung der Biomasse 796
10.3.2.2 Zellaufschluss 797
10.3.2.3 Extraktion 799
10.3.2.4 Aufkonzentrierung 801
10.3.2.5 Gelchromatographie 802
10.3.2.6 Ermittlung der Gesamtausbeute 803
10.3.3 Wirtschaftlichkeit 803
10.3.3.1 Apparate- und Maschinenauslegung 805
10.3.3.2 Energiebetrachtungen 825
10.3.3.3 Strom 826
10.3.3.4 Ermittlung des Kühlwasserbedarfs 829
10.3.3.5 Ermittlung der Stoffströme 831
10.3.3.6 Ermittlung der Abwasserstoffströme 831
10.3.3.7 Apparateliste mit Ermittlung der Investitionen 831
10.3.3.8 Ergebnisdarstellung 835
10.3.3.9 Diskussion 835
Stichwortverzeichnis 849
"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, Mannheim
Uni-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 Heinemann
Uni-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
| Erscheint lt. Verlag | 29.7.2013 |
|---|---|
| Sprache | deutsch |
| Themenwelt | Naturwissenschaften ► Chemie |
| Technik | |
| Schlagworte | Bauingenieur- u. Bauwesen • Biotechnologie i. d. Biowissenschaften • Bioverfahrenstechnik • Biowissenschaften • Chemie • Chemie / Physikalische Chemie • Chemische Verfahrenstechnik • Technische u. Industrielle Chemie • Umwelttechnik |
| ISBN-10 | 3-527-67385-7 / 3527673857 |
| ISBN-13 | 978-3-527-67385-8 / 9783527673858 |
| Informationen gemäß Produktsicherheitsverordnung (GPSR) | |
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