Biotechnologische Produktionsverfahren
Fragen aus der Vorlesung Biotechnologie
Fragen aus der Vorlesung Biotechnologie
Welche biotechnologischen Verfahren lassen sich unterscheiden und was ist ihre Charakteristik?
Unterteilung in
Produktionsverfahren:
Monokulturen von MO, Zellkulturen
Sterile Bedingungen
Semikontinuierlich
Entsorgungsverfahren:
- Mischkulturen
- Unsteril
- Kontinuierlich
Was sind Emersverfahren?
Züchtung von Biokatalysatoren auf Substratoberfläche
- Petrischale mit Festmedium (Zucht von Kallus und Bakterienkolonien etc.)
Was sind Submersverfahren und deren Vorteile?
Züchtung von Biokatalysatoren im Nährmedium
Schüttelkolben mit Flüssigmedium (Vermehrung von Tabakzellen etc.)
Beispiele Penicillin, EPO-Produktion...
Vorteile:
Verwendung grösserer Produktionsvolumina
Bessere Mechanisierung und Automatisierung des Prozessablaufes möglich
Möglichkeit der Realisierung kontinuierlicher Verfahren garantiert
Nenne 3 verschiedene Prozessmodi
- Batch
- Fed Batch
- Kontinuierlich
Batch: Beschreibung und Vor-Nachteile
klassische Kulturführung im geschlossenem System
- Konstantes Arbeitsvolumen , Ernte bei maximaler Zellzahl oder Produktkonzentration
Vorteile: Einfachheit und Flexibilität
Nachteile:
Geringe Raum-Zeit-Ausbeuten
Probleme bei Prozessen mit Substrat- oder Produktinhibierung
Kontinuierlicher Prozess, Vor-Nachteile
im offenem System mit konstantem Arbeitsvolumen, Prozess beginnt als Batch bis gewünschte Zellkonzentration erreicht ist, dann Umstellung auf kontinuierlichen Medienzulauf und Entnahme von MAterial
Vorteile: Hohe Raum-Zeit-Ausbeute, Kleinere Bioreaktoren und tiefere Investitionskosten bei Verfahren mit Zellrückhaltung
Nachteile: hoher apparativer Aufwand, hoher Medienverbrauch, teuer, schwierige Zulassung
Warum besteht der Trend zur Fed batch-Kultivierung, obwohl kontiniuerliche Verfahren höhere Ausbeuten liefern?
am Anfang wird nur eine geringe Biomasse benötigt und allenfalls anfallende toxische Stoffwechselprodukte können tief gehalten werden
Welche Varianten der Fed-batch Kultivierung gibt es?
Feeding: Arbeitsvolumen vergrössern
Feeding und Austausch: Arbeitsvolumen konstant
Repeated Fed batch: Zellsuspension teilweise geerntet und Reaktor mit frischem Medium aufgefüllt
Auf welche Gleichung lässt sich jedes biotechnologische Produktionsverfahren zurückführen?
Reaktionspartner + Biokatalysator = Produkt
Allgemeiner Aufbau eines Biotechnologischen Produktionsverfahrens
Upstream: Medienherstellung aus den Ausgangsstoffen, Fermentation (Stoffe werden umgesetzt)
Downstream: Zellseparation, Isolation und Reinigung, Downstream Aufarbeitung Endformulierung und Abfüllung: Formulierung und Dosierung Kennzeichnung und Verpackung
Wie wird Sterilität in biotechnologischen Verfahren erzielt?
Hitze, Dampf, Druck, Filtration, Strahlen, VHP = gasförmiges Wasserstoffperoxid
Unterscheiden Sie das Standard- und Overkillverfahren von der HTST-Sterilisation
Standart- und Overkillsterilisation
- Dampf
- 121°C während 20min. Haltezeit
- in situ
- hohe Energieverluste, schnelle Alterung, Vitaminzerstörung
HTST (High termperature short time Sterilisation)
- Dampf
- 140°C – 160°C während maximal 3 min
- Es läuft kontinuierlich ab und ist geeignet für Wasserähnliche Substanzen und allgemein Flüssigkeiten.
Wo und wie werden Sterilfiltrationen im Rahmen biotechnologischer Produktionsverfahren durchgeführt?
- Bei batch - & kontinuierlichen Verfahren
- Bei wasserähnlichen Substanzen
- Mittels Filter (Art des Filters ist von Sterilisationsgut abhängig)
Welche Möglichkeiten zum Nachweis der Sterilität gibt es?
Direkt: mittels Plattenkulturverfahren, Membranfiltration, MPN-Verfahren
Indirekt: mittels Geruch, pH-Wert, Leitfähigkeit, ATP-Gehalt, Trübe
Wie und warum erfolgen Steriltests mit Bioindikatoren?
Eingesetzt werden Sporenbildende, thermoresistente Organismen (Geobacillus stearothermophilus), da die optimalen Kultivierungsbedingungen bekannt sind. Stirbt der MO, kann man sich sicher sein, dass alles abgetötet worden ist.
Was ist unter in situ- und was unter ex situ Sterilisation zu verstehen?
- in situ (an Ort und Stelle) à im Bioreaktor
- ex situ (räumlich getrennt) à Ausserhalb
Erklären Sie den Begriff Scale-up!
Von der Kolonie zum Grossfermentor
- mikrobielle Verfahren (1:10) bis 500‘000 L Produktionsfermentor
- Säugerzellverfahren (1:5) bis zu 25‘000 L Fermenter
Erläutern Sie die Fachtermini Labor-, Pilot- und Industriemassstab sowie Fermentation!
- Labormassstab: kleine Mengen bis 20 Liter
- Pilotmassstab: 20-100L
- Industriemassstab: bis 500‘000 l,
- Fermentation: Stoffumwandlung von organischen Substanzen
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Flashcards
Welche biotechnologischen Verfahren lassen sich unterscheiden und was ist ihre Charakteristik?
Unterteilung in
Produktionsverfahren:
Monokulturen von MO, Zellkulturen
Sterile Bedingungen
Semikontinuierlich
Entsorgungsverfahren:
- Mischkulturen
- Unsteril
- Kontinuierlich
Was sind Emersverfahren?
Züchtung von Biokatalysatoren auf Substratoberfläche
- Petrischale mit Festmedium (Zucht von Kallus und Bakterienkolonien etc.)
Was sind Submersverfahren und deren Vorteile?
Züchtung von Biokatalysatoren im Nährmedium
Schüttelkolben mit Flüssigmedium (Vermehrung von Tabakzellen etc.)
Beispiele Penicillin, EPO-Produktion...
Vorteile:
Verwendung grösserer Produktionsvolumina
Bessere Mechanisierung und Automatisierung des Prozessablaufes möglich
Möglichkeit der Realisierung kontinuierlicher Verfahren garantiert
Nenne 3 verschiedene Prozessmodi
- Batch
- Fed Batch
- Kontinuierlich
Batch: Beschreibung und Vor-Nachteile
klassische Kulturführung im geschlossenem System
- Konstantes Arbeitsvolumen , Ernte bei maximaler Zellzahl oder Produktkonzentration
Vorteile: Einfachheit und Flexibilität
Nachteile:
Geringe Raum-Zeit-Ausbeuten
Probleme bei Prozessen mit Substrat- oder Produktinhibierung
Kontinuierlicher Prozess, Vor-Nachteile
im offenem System mit konstantem Arbeitsvolumen, Prozess beginnt als Batch bis gewünschte Zellkonzentration erreicht ist, dann Umstellung auf kontinuierlichen Medienzulauf und Entnahme von MAterial
Vorteile: Hohe Raum-Zeit-Ausbeute, Kleinere Bioreaktoren und tiefere Investitionskosten bei Verfahren mit Zellrückhaltung
Nachteile: hoher apparativer Aufwand, hoher Medienverbrauch, teuer, schwierige Zulassung
Warum besteht der Trend zur Fed batch-Kultivierung, obwohl kontiniuerliche Verfahren höhere Ausbeuten liefern?
am Anfang wird nur eine geringe Biomasse benötigt und allenfalls anfallende toxische Stoffwechselprodukte können tief gehalten werden
Welche Varianten der Fed-batch Kultivierung gibt es?
Feeding: Arbeitsvolumen vergrössern
Feeding und Austausch: Arbeitsvolumen konstant
Repeated Fed batch: Zellsuspension teilweise geerntet und Reaktor mit frischem Medium aufgefüllt
Auf welche Gleichung lässt sich jedes biotechnologische Produktionsverfahren zurückführen?
Reaktionspartner + Biokatalysator = Produkt
Allgemeiner Aufbau eines Biotechnologischen Produktionsverfahrens
Upstream: Medienherstellung aus den Ausgangsstoffen, Fermentation (Stoffe werden umgesetzt)
Downstream: Zellseparation, Isolation und Reinigung, Downstream Aufarbeitung Endformulierung und Abfüllung: Formulierung und Dosierung Kennzeichnung und Verpackung
Wie wird Sterilität in biotechnologischen Verfahren erzielt?
Hitze, Dampf, Druck, Filtration, Strahlen, VHP = gasförmiges Wasserstoffperoxid
Unterscheiden Sie das Standard- und Overkillverfahren von der HTST-Sterilisation
Standart- und Overkillsterilisation
- Dampf
- 121°C während 20min. Haltezeit
- in situ
- hohe Energieverluste, schnelle Alterung, Vitaminzerstörung
HTST (High termperature short time Sterilisation)
- Dampf
- 140°C – 160°C während maximal 3 min
- Es läuft kontinuierlich ab und ist geeignet für Wasserähnliche Substanzen und allgemein Flüssigkeiten.
Wo und wie werden Sterilfiltrationen im Rahmen biotechnologischer Produktionsverfahren durchgeführt?
- Bei batch - & kontinuierlichen Verfahren
- Bei wasserähnlichen Substanzen
- Mittels Filter (Art des Filters ist von Sterilisationsgut abhängig)
Welche Möglichkeiten zum Nachweis der Sterilität gibt es?
Direkt: mittels Plattenkulturverfahren, Membranfiltration, MPN-Verfahren
Indirekt: mittels Geruch, pH-Wert, Leitfähigkeit, ATP-Gehalt, Trübe
Wie und warum erfolgen Steriltests mit Bioindikatoren?
Eingesetzt werden Sporenbildende, thermoresistente Organismen (Geobacillus stearothermophilus), da die optimalen Kultivierungsbedingungen bekannt sind. Stirbt der MO, kann man sich sicher sein, dass alles abgetötet worden ist.
Was ist unter in situ- und was unter ex situ Sterilisation zu verstehen?
- in situ (an Ort und Stelle) à im Bioreaktor
- ex situ (räumlich getrennt) à Ausserhalb
Erklären Sie den Begriff Scale-up!
Von der Kolonie zum Grossfermentor
- mikrobielle Verfahren (1:10) bis 500‘000 L Produktionsfermentor
- Säugerzellverfahren (1:5) bis zu 25‘000 L Fermenter
Erläutern Sie die Fachtermini Labor-, Pilot- und Industriemassstab sowie Fermentation!
- Labormassstab: kleine Mengen bis 20 Liter
- Pilotmassstab: 20-100L
- Industriemassstab: bis 500‘000 l,
- Fermentation: Stoffumwandlung von organischen Substanzen
