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; ab 14.4.2014)
  • 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, Stefan Ringgeler et al., Zeit und Raum n.V.)

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:
Die Vorbereitung besteht aus einem Praktikumsseminar mit Sicherheitsbelehrung. Bei der Sicherheitsbelehrung ist die Anwesenheit – genau wie beim Laborpraktikum selbst – obligatorisch. Das Laborpraktikum hat u.a. folgende Inhalte: Reaktorfunktion und –aufbau, kontinuierliche Prozessführung, Simplex-Optimierung, Bestimmung relevanter Prozessparameter während des Prozesses (OUR, OTR, kla, YX/S, etc.), Verweilzeitverhalten.

Inhalt des Praktikums:
Die Vorbereitung besteht aus einem Praktikumsseminar (Übung BRT) mit Sicherheitsbelehrung. Bei der Sicherheitsbelehrung ist die Anwesenheit – genau wie beim Laborpraktikum selbst – obligatorisch. Das Laborpraktikum hat u.a. folgende Inhalte: Reaktorfunktion und –aufbau, kontinuierliche Prozessführung, Simplex-Optimierung, kla-Wertbestimmung, Verweilzeitverhalten. Den Abschluss des Praktikums bildet eine schriftliche Klausur, die als Leistungsnachweis gilt. Nur mit bestandener Klausur gilt dieses Praktikum als absolviert.

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

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

• erlernen das Auslegen von Bioreaktoren unter Berücksichtigung des Stoffübergangs 2-Film-, Turbulenz-Modell) und des Misch- und Verweilzeitverhaltens. Hierbei werden insbesondere ideale Reaktormodelle in Kombination mit Sprung- und Pulsmarkierungen zur Erklärung des realen Verhaltens von Reaktoren eingesetzt.

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

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

• erlernen Bilanzierungsverfahren (Modellparameter, Kohlenstoff-, Elemetar- und Elektronenbilanz, Kompartmentmodell) und üben die Berechnung von Stoffströmen und die Abbildung realer Prozesse mit dem Kompartmentmodell.

• üben im Praktikum den Umgang mit Bioreaktoren und allen Komponenten, wobei insbesondere das Wissen über Sterilisationsmethoden (trockene und feuchte Hitze), Poren- und Tiefenfilter, die prozessbegleitende Messtechnik (pO2, pH, Temperatur), Dichtungen (O-, Flach-, Gleitring-Dichtung) und Regelung von Bioprozessen vertieft wird.

• üben im Praktikum die eigenständige Durchführung einer Kultivierung von Mikroorganismen oder das Bierbrauen, wobei das Verständnis für die wechselseitige Beeinflussung biologischer Parameter (Wachstum des Mikroorganismus, Kohlenstoffquelle, Stoffwechsel) und der physikalischen Parameter (pH, Temperatur, Sauerstoffversorgung) erhöht wird.

• üben die effiziente Auswertung von Messdaten, 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 und verstehen 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 und verstehen 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)
  

Organisatorisches:

Leistungsnachweis: Der Leistungsnachweis besteht aus einer 30-minütigen mündlichen Prüfung. Abhängig von der gültigen Fachprüfungsordnung ist das absolvierte Praktikum mit bestandener Klausur Voraussetzung für die Teilnahme an der mündlichen Prüfung. Unabhängig davon ist zum Erlangen der ECTS-Punkte dieser Lehrveranstaltung allerdings in jedem Fall die bestandene Praktikumsklausur notwendig – spätestens also vor Erteilung des Bachelorzeugnisses - da ansonsten die Lehrveranstaltung als nicht abgeschlossen zählt.

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 2014, 1. Wdh.: WS 2014/2015

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 2014, 1. Wdh.: WS 2014/2015

1. Prüfer:

Rainer Buchholz