STUDIENFÜHRER VERFAHRENSTECHNIK - Aachener ...

8 STUDIENFÜHRER VERFAHRENSTECHNIK
oder Gewebe–Kulturen zum Einsatz. Die Zukunft
gehört der Anwendung gentechnisch veränderter Organismen
und Zellen. Ein wichtiges Aufgabenfeld
besteht in der Übertragung der in Schüttelreaktoren
(Schüttelkolben, Reagenzgläser, Mikrotiterplatten)
ermittelten Ergebnisse in Laborfermenter und
schließlich in technische Maßstäbe. Die Biotechnologie
ist eine der sich am schnellsten entwickelnden
Zukunftsbranchen. Die Feinchemikalienproduktion,
die Pflanzenschutz- und vor allem die Pharmaindustrie
werden in den nächsten Jahren einen enormen
Innovationsschub durch die Biotechnologie erfahren.
Forschungsschwerpunkte
Der Lehrstuhl für Bioverfahrenstechnik beschäftigt
sich hauptsächlich mit der biotechnologischen
Wertproduktherstellung. Nur mit untergeordneter
Priorität werden umwelt– oder aufarbeitungstechnische
Fragestellungen behandelt. Im Mittelpunkt
der Forschungstätigkeit steht die Entwicklung neuer
Methoden und Apparate für eine effiziente Bioprozessentwicklung.
Es wird jedoch keine eigene
Mikrobiologie beforscht, sondern die am Lehrstuhl
entwickelten bioverfahrenstechnischen Methoden
und Apparate werden in zahlreichen Kooperationen
mit Biologen anderer Lehrstühle oder der Industrie
in mikrobiellen Kultursystemen etabliert. Folgende
Forschungsgebiete werden augenblicklich schwerpunktmäßig
bearbeitet:
1. Schüttelreaktorsysteme
In den ersten Screening–Stufen biotechnologischer
Entwicklungsarbeit werden in sehr großer Zahl
Schüttelreaktoren (Erlenmayerkolben, Reagenzgläser
und Mikrotiterplatten) eingesetzt, da hier sehr
viele Versuche parallel und in kurzer Zeit durchgeführt
werden müssen. Zur Zeit wird die Laborautomation
mit Hilfe von Robotern aktiv vorangetrieben.
Schüttelreaktoren sind aber bisher verfahrenstechnisch
kaum erforscht und die Mess– und Analysemöglichkeiten
sind im Gegensatz zu der Einsatzhäufigkeit
und der Bedeutung von geschüttelten Bioreaktoren
unterentwickelt. Da hiermit jedoch ganz
entscheidende Selektionen und Weichenstellungen
vorgenommen werden, muss sichergestellt werden,
dass mögliche Limitierungen vermieden und konsistente
experimentelle Bedingungen garantiert werden
können. Auf diesem Forschungsgebiet nehmen wir
zurzeit eine weltweit führende Stellung ein.
2. Fermentations– und Reaktortechnik
In diesem Forschungsbereich werden reaktor– und
regelungstechnische Fragestellungen zur biotechnologischen
Wertproduktherstellung bearbeitet. Im
Mittelpunkt stehen hier Stofftransportphänomene
sowie die Bilanzierung, Regelung und modellmäßige
Beschreibung von Fermentations– und Biotransformationsprozessen.
Abbildung 7: 50 Liter Bioreaktor. Optional
mit Hochdruck für Fermentationen mit
erhöhtem Sauerstoffeintrag.
3. Tailor-Made Fuels from Biomass
Als Teilprojekte des Exzellenz-Cluster Tailor-Made
Fuels from Biomass wird an der BioVT die enzymatische
Hydrolyse von Cellulose mechanistisch
charakterisiert. Dabei werden ionische Flüssigkeiten
als neuartige Lösungsmittel für Cellulose und Hemicellulose
eingesetzt. Mittels online Messverfahren,
wie Lichtstreuung und Fluoreszenz, wird der
Auflösevorgang sowie die enzymatische Reaktion,
unter der Verwendung von Hochdurchsatzmethoden
im µL-Maßstab getestet. Bei der Depolymerisierung
von Cellulose arbeiten verschiedene Enzyme simultan
zusammen. Ziel ist es, die Mechanismen und Kinetiken
der einzelnen Enzyme sowie deren Gesamtheit
zu verstehen, um das System und die synergistischen
Effekte zu optimieren. Dabei kommen innovative
analytische Methoden, wie Gelpermeationschromatographie
in Kombination mit Lichtstreudetektion
zum Einsatz. Dies ermöglicht Veränderungen
in der Molmassenverteilung der Cellulose im
Laufe der Hydrolyse zu verfolgen und die enzymatische
Hydrolysereaktion durch den Einsatz von Populationsbilanzen
mechanistisch zu beschreiben.