Die Praktika „Bioverfahrenstechnik“ Kurse 1, 2 und 3 finden in den Laboren T1101, T1140 – 1150, T9.5 und die Simulation einer biotechnischen Hefekultivierung in den Poolräumen des Rechenzentrums statt. Es handelt sich um Pflicht- oder Wahlpflichtpraktika im Bachelor-Studiengang „Biotechnologie“ bzw. im Master-Studiengang „Technology of Circular Economy“

Schwerpunkt der Praktika ist der Umgang mit und die Nutzung von Organismen in technischen Systemen. Teilweise werden simulierte Versuchsumgebungen genutzt, bevor mit realen Systemen gearbeitet wird.

Beispiele:

• Virtueller Bioreaktor: Mit einer Simulationssoftware werden Fermentationen ohne apparativen Aufwand im Zeitraffer durchgeführt, einschließlich der Analytik. Die Daten werden gespeichert und für weiterführende Auswertungen der Fermentationen herangezogen. Versuchsabläufe können durch Variation einzelner Parameter optimiert werden.
• Aerobe Produktion von Bäckerhefe: Durchführung einer „Fermentation“ unter vergleichbaren Bedingungen wie bei der Simulation mit dem Virtuellen Bioreaktor. Inbetriebnahme und Kalibrierung der Messgeräte, Aufbau eines Bioreaktors, Abgasanalyse, Messdatenerfassung, Ermittlung charakteristischer kLa-Werte werden real durchgeführt.
• Fermentation mit Escherichia coli – Aufnahme einer Wachstumskurve: Aufbau und in situ-Sterilisation eines Rühr-Bioreaktors (R-BR), Anzucht der Vorkulturen, Durchführung einer Batch-Kultivierung, versuchsbegleitende Offline-Analytik zur Erstellung von Wachstumskurven und Berechnung prozesskinetischer Daten.
• Biotransformation mit Pilzen: Herstellung von Gluconsäure mit Aspergillus niger in Suspensionskultur. Aufbau und Sterilisation des Produktionsbioreaktors, Anzucht der Vorkulturen, Durchführung einer Batch-Kultivierung, versuchsbegleitende Offline-Analytik.
• Zellaufschlussverfahren: Anwenden einer Kugelmühle zum Aufschluss von Hefebiomasse mit anschließender Proteinbestimmung und Enzym Aktivitätsbestimmung.
• Einschlussimmobilisierung und Einsatz eines Wirbelschicht-Bioreaktors (WSBR), Vergleichende Ethanolproduktion (R-BR / WS-BR) mit begleitender Analytik: Bestimmung von Glucose und Ethanol.
• Formiatdehydrogenaseproduktion mit Candida boidinii: Durchführung einer aufwändigeren Fermentation mit Vorkulturanzucht, Fermentation im 5- oder 10-L-Maßstab, Abgasanalyse, Ziel: Gewinnung von Biomasse mit spezifischer Enzymaktivität an Formiatdehydrogenase (FDH), Bestimmung wichtiger Kulturparameter, Bilanzierung der Gasphase anhand der Abgaswerte, Berechnung des Respirationsquotienten (RQ).
• Isolierung von Alkoholdehydrogenase aus Bäckerhefe: Aufschluss von Hefezellbiomasse und Aufarbeitung des Materials über mehrere Reinigungsschritte zur Gewinnung eines intrazellulären Enzyms als Produkt, Anwendung verschiedener Zellaufschluss- und Aufreinigungsmethoden inkl. Gefriertrocknung.
• Hochzelldichte-Fermentation mit E.coli: Durchführung von zwei Fed batch-Fermentationen im 2- oder 5-L-Maßstab. Auf der Basis von Vorversuchen im virtuellen Bioreaktor und einem E.coli-Batchversuch erfolgt die Planung, Vorbereitung, Durchführung und Auswertung der ersten Fermentation und darauf aufbauend die Durchführung einer zweiten Fermentation mit angepassten Kultivierungsparametern als Ansatz zur Prozessoptimierung.