BT 3-6: Bioreaktor / Single Cell Protein / Bier
ZHAW Biotechnologie 1.Semester
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Lernkarten
Was für Organismen werden zur Bierherstellung verwendet?
- Hefen!
- Obergärige Hefe (Saccharomyces cerevisiae)
- Untergärige Hefe (Saccharomyces uvarum, Saccharomyces carlsbergensis)
Welche Enzymreaktionen werden bewusst während des Maischeprozesses ausgenutzt?
- α-Amylase (Aufspaltung von Ogliosacchariden bis Maltose) à Stärkeverflüssigung
- β-Amylase (Aufspaltung von Maltose)
- Glucoamylase ( Abspaltung von Glucose)
- Protease
Was versteht man unter einer Feststofffermentation?
Feste Körper sind im Vergleich zu Bioreaktorfermentation viel höher vorhanden und der Wasseranteil ist sehr klein. à Bsp. Bier: Stärke und Eiweissstoffe werden mit dem Malzschrot (Feststoff) beim Maischen enzymatisch abgebaut.
Beweisen Sie die Aussage, dass Bierbereitung „Klassische Biotechnologie“ ist!
Es werden native (nicht genveränderte) Biokatalysatoren eingesetzt (Hefe).
Was ist Quorn und wie wird es grosstechnisch produziert!
Quorn besteht hauptsächlich aus dem Pilzeiweiss Mykoprotein, welches aus Fusarium venenatum gewonnen wird.
- Hochwertiges Eiweiss
- Wenig Fett, kein Cholesterin
- Viel Ballaststoffe
Quorn wird in einem kontinuierlichen Verfahren über 5 Wochen in 45m hohen Fermentoren produziert. Das Medium besteht aus Glucose, Kalium, Magnesium, Phosphat und Spurenelementen.
Welche Potentiale liegen in der SCP-Produktion?
- Da SCP aus Abfallstoffen gewonnen werden können àReduktionen der Umweltbelastungen.
- Verbesserung der Welternährung
- enormes Wachstumspotential
Wie wird Bäckerhefe/Futterhefe aus Melasse hergestellt?
- Hefezelle scheidet Enzyme aus, welche Melasse aufspaltet - Traubenzucker der Melasse dient als Nährstoff für die Hefe.
- Im Fermenter wird im warmen Wasser Starterhefe angelegt & während ca. 18 Stunden wird immer wieder Melasse zugeführt (Feed-batch)
- Mittels Zentrifuge wird Hefe von Fermentationsmaische getrennt - Waschen - Endverarbeitung
Welche Vorteile und Nachteile gibt es bei der Nutzung von SCP für die menschliche Ernährung?
+ Gesundheitsbewusster (weniger Fett, cholesterinarm, hochwertiges Eiweiss)
+ Hohe Ausbeute (Zukunft - Nahrungsknappheit)
- Enthält viel Nucleinsäure - Gicht!!
Was ist SCP? Welche Produktionsorganismen und Substrate zu seiner Herstellung kennen Sie?
Single Cell Protein = Einzellerprotein = Mikrobielle Biomasse (z.B.: Futterhefe, Quorn)
- Produktionsorganismen:
- Bakterien (Pseudomonas sp.)
- Pilze (Aspergillus niger)
- Algen
- Substrate:
- Kohlenstoffquellen (Nachwachsende Rohstoffe ( Melasse, Molke) oder Fossile Rohstoffe (Methan, Methanol, n-Alkane)
- Stickstoffquellen
- Mineralstoffe
- Sauerstoff
Welche Bioreaktoren empfehlen Sie für die Kultivierung sehr scherempfindlicher Biokatalysatoren (z.B. Säugerzellen) und warum?
Wave-Bioreaktoren, da keine Scherkräfte vorhanden sind. (nicht für grosse Mengen geeignet!)
Benennen Sie ausserdem die Hauptelemente und ihre Funktion sowie die essentiellen Mess- und Regelgrössen!
- Hauptelemente: Bioreaktor (Kessel, Kultivierungseinheit, Bag), Mechanischer Antrieb, Heiz- und Kühlwasserkreislauf, Zu- und Abluftstrecke
- Mess- und Regelgrössen: Temperatur, Rührgeschwindigkeit, pH-Wert, Gelöste-Gas-Konzentration pO2, Abgasanalyse %CO2
Skizzieren Sie einen Rührreaktor mit seiner Instrumentierung, der für die Insulinherstellung mit einem genetisch verändertem E. coli K1 eingesetzt werden kann!
Siehe Skript Bioreaktor Folie 15
Nennen Sie ausserdem Kriterien und Anforderungen, die heute an moderne Rührreaktoren gestellt werden!
- Einfach zu reinigen
- Gesetzeskonform
- Geringe Scherkräfte aber trotzdem gute Durchmischung
Für welche Aufgaben sind Rührreaktoren besonders geeignet?
Für die Kultivierung von Bakterien und Pilzen, da diese MO‘s weniger sensibel auf Scherkräfte reagieren. Im Rührreaktor kann eine optimale Versorgung mit Wärme, Nährstoffe, Luft gewährleistet werden. à KISS (Keep it Safe and Simple)
Was ist der Unterschied zwischen einem klassischen Bioreaktor und einem Single-Use-Bioreaktor?
Bei Single-Use-Bioreaktoren ist der Behälter nur zum einmaligen Gebrauch. Dieser Behälter besteht häufig aus Plasten. Klassische Bioreaktoren sind wiederverwendbar und bestehen meistens aus Stahl.
Wie können Bioreaktoren eingeteilt (klassifiziert) werden?
- Nach Leistungseintrag (hydraulisch, mechanisch, pneumatisch..)
- -Nach Betriebsweise (batch, Feed-batch, kontinuierlich)
- -Nach Strömungsverhältnissen: (Emerssysteme, Submerssysteme)
- -Nach Phasenverhältnissen: (Homogene, Heterogen)
Benennen Sie die 5 am häufigsten in der Biotechnologie eingesetzten Bioreaktoren und beschreiben Sie deren Arbeitsprinzip!
- Mechanisch angetriebene (Rühr-, Schlaufenreaktor): Motor und Propeller
- Hydraulisch angetriebene (Tauchstrahl-, Umlaufdüsenreaktor): Flüssigkeit von Reaktor entnommen, mit höherem Druck erneut eingeleitet.
- Pneumatisch angetriebene (Blasensäule, Airliftreaktor): Blasendurchmischung durch Luftzufuhr.
- Bett-Bioreaktoren (Festbett-, Wirbelbettreaktor): Einsatz eines Trägers der Gewebe oder Zellen hält.
- Membran-Bioreaktoren (Hohlfaser-, Flachmembranreaktor): Zellen und Substrat durch Membran getrennt.
Welche Anforderungen werden an einen Bioreaktor im biopharmazeutischen Umfeld gestellt?
- Optimale Schereffekte
- Gute Dispergierleistung (Sauerstoff)
- Einfache Sterilisierbarkeit
- Gute Homogenisierung
- Guter Wärmeübergang
- Gute Suspensierleistung
à muss optimale Bedingungen für Reaktionspartner schaffen
Was ist ein Bioreaktor und wofür wird er eingesetzt?
Ein Bioreaktor ist ein Reaktionsgefäss/Apparat in denen die Reaktionspartner (Substrate) mit Hilfe der Biokatalysatoren umgewandelt werden. Sie dienen der Aufrechterhaltung von Wachstums- und Produktbildungsprozessparameter. Zusätzlich schaffen sie optimale Umweltbedingungen für das Wachstum der Biokatalysatoren, Bildung der Bioprodukte und Stoffwechselleistungen.
