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Biotechnologie

Fermentation als Grundoperation in der Biotechnologie

Biotechnologie wird als eine Schlüsseltechnologie des 21. Jahrhunderts angesehen. Eine wesentliche Anwendung ist die Nutzung lebender Organismen wie Bakterien, Pilzen und Hefen, Pflanzenzelle, Viren und Tierzellen und deren Produkte.

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Aufgabe der Fermentation ist u. a. die Nutzung von Enzymen, Bakterien, Pilzen oder Hefen zum Aufbau chemischer Verbindungen. Fortschritte in vielen Bereichen der Biotechnologie von neuen Erkenntnissen in der Mikrobiologie über die Funktionsweise von Mikroorganismen, Verbesserungen bei der Sterilisation und der Kultivierung von Zellen bis hin zur gezielten genetischen Manipulation zur Erzeugung von Hochleistungsorganismen haben in letzter Zeit ganz neuartige Anwendungen ermöglicht. Keine Frage, die optimierung der Rührtechnik hat hierzu entscheidend beigetragen. In modernen Fermentationsprozessen gewinnt man Stoffe wie Enzyme, pharmazeutische Wirkstoffe, Aminosäuren oder Vitamine als Stoffwechselprodukte von Mikroorganismen. Viele dieser Herstellungsprozesse verlaufen am effizientesten in gerührten Fermentern.

 

Prozessherausforderungen

Die Entwicklung geht bei Fermentern zu steigender Produktivität und maximal möglichen Volumina (Economy of Scales). Wenn Sekundärmetaboliten produziert werden kann es auch zu sehr hohen Viskositäten mit extrem nicht-Newtonschen Eigenschaften kommen.

Hierdurch kommen auf den Fermenter in Kombination mit dem Rührwerk steigende Anforderungen bezüglich der Homogenisierung der Fermentationsbrühe, des Wärmeübergangs und des Dispergierens der eingetragenen Luft zu.

Um dem Übertrag des neu entwickelten Prozesses vom Labor in den Produktionsmaßstab zum Erfolg zu verschaffen, bietet EKATO sein umfangreiches Knowhow an.

 

EKATO‘s Know-how

Idealerweise beginnt die Zusammenarbeit bereits im Labor- beziehungsweise Pilotmaßstab. Somit kann EKATO bei der Planung und Analyse der Versuche unterstützen, um die Informationen zu erhalten, die sowohl für ein verfahrenstechnisches als auch geometrisch optimales Scale-up notwendig sind.

Die Wahl des Rührwerks und der Fermentergeometrie mit den benötigten Wärmetauschern und Stromstörern kann durch numerische Strömungssimulationen (CFD) begleitet werden. Für den sicheren und störungsfreien Betrieb aller Komponenten kann die mechanische Auslegung aller kritischen Einbauten zusätzlich mit einer Finiten Elemente Analyse (FEA) abgesichert werden.

Um Anforderungen zur Sterilität des Fermenters zu erfüllen, bietet EKATO neben Lösungen für verschiedene Einbauten auch spezielle Gleitringdichtungssysteme an.

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