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Bioreaktions- und Bioverfahrenstechnik für LSE (CBI-B21-BRT/BVT)5 ECTS (englische Bezeichnung: Bioreaction and Bioprocess Engineering (LSE only))
Modulverantwortliche/r: Rainer Buchholz Lehrende:
Rainer Buchholz, Assistenten
Startsemester: |
SS 2015 | Dauer: |
1 Semester | Turnus: |
jährlich (SS) |
Präsenzzeit: |
60 Std. | Eigenstudium: |
90 Std. | Sprache: |
Deutsch und Englisch |
Lehrveranstaltungen:
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Bioreaktions- und Bioverfahrenstechnik (nur LSE)
(Vorlesung, 2 SWS, Rainer Buchholz, Mo, 12:15 - 16:00, Hörsaal ZMPT)
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Übung zur Bioreaktions- und Bioverfahrenstechnik (nur LSE)
(Übung, 1 SWS, Holger Hübner, Mi, 18:15 - 20:15, Hörsaal ZMPT)
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Praktikum zu Bioreaktions- und Bioverfahrenstechnik (nur LSE)
(Praktikum, 1 SWS, Rainer Buchholz et al., Blockveranstaltung nach Vereinbarung; Infos und Anmeldung zu gg. Zeit unter StudOn. Praktikumslabor Paul-Gordan-Str. 7 (Techn. Halle))
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Brauseminar (optional)
(Seminar, 1 SWS, Marcus Heilmann et al., Einzeltermin am 4.5.2015, 18:00 - 20:00, SR 00.030)
Empfohlene Voraussetzungen:
Vorlesung:
Biochemie I/II (Modul B9), Mikrobiologie (Modul B10) Übung/Praktikum:
Messtechnikpraktikum
Messtechnik und Instrumentelle Analytik
Mikrobiologie
Biochemie I und II
Biochemisches Praktikum
Wärme- und Stoffübertragung
Bioreaktions- und Bioverfahrenstechnik
Inhalt:
Vorlesung:
Übung:
Erklärung der gängigsten Messgeräte für Bioprozesse
Berechnung von Leitparametern aus den Messergebnissen, inklusive Gasbilanz
Anwendung des 2-Film-Modells
Erklärung realer Beispielprozesse aus der Industrie.
Praktikum:
Inhalte:
Reaktorfunktion und –aufbau
Autoklavieren des Reaktors und der Peripherie
Durchführung eines Batch-Prozesses mit anschließender Konti-Kultivierung
Beeinflussung des Sauerstoffeintrages
Optimierung des Biomasse-Wachstums (Anwendung der Simplexmethode)
Bestimmung relevanter Prozessparameter während des Prozesses (OUR, OTR, kla, YX/S, etc.)
Braupraktikum:
Das Brauseminar dient der Vorbereitung des Braupraktikums und ist Bestandteil des Bioreaktions- und Bioverfahrenstechnik-Praktikums. Der Besuch des Seminars ist grundsätzlich elektiv, für die Teilnehmer des Braupraktikums jedoch obligatorisch.
Das Seminar vermittelt einen Gesamtüberblick über den Brauprozess sowie über verfahrenstechnische Grundlagen zur dieser Thematik.
Den Abschluss des Praktikums bildet eine schriftliche Versuchsauswertung, die als Leistungsnachweis gilt. Nur mit bestandener Klausur des Praktikums zur Bioreaktionstechnik gilt dieses Seminar als absolviert.
Lernziele und Kompetenzen:
Die Studierenden
wenden die Reaktionskinetik auf biologische Prozesse an. Dabei wird besonderer Wert auf das Verständnis der mikroheterogenen Katalyse als Modell für Enzymreaktionen und auf die verschiedenen Typen der Enzymhemmung gelegt
können Bioreaktoren unter Berücksichtigung des Stoffübergangs (2-Film-, Turbulenz-Modell) und des Misch- und Verweilzeitverhaltens auslegen. Hierbei setzten sie ihr Fachwissen über ideale Reaktormodelle in Kombination mit Sprung- und Pulsmarkierungen zur Erklärung des realen Verhaltens von Reaktoren um
verstehen und erklären die Prinzipien biotechnischer Produktionsprozesse (batch, fed-batch, Kontikultur), aller gängigen Reaktoren (Blasensäulen, Schlaufenreaktoren, Rührkessel) und der gängigsten Messgeräte zur Prozesskontrolle
kennen die Regeln zur Auswahl und Anwendung von Begasungs- und Rührorganen (Leistungsbedarf, Blasenbildung, Blasengröße, Koaleszenz)
kennen Bilanzierungsverfahren (Modellparameter, Kohlenstoff-, Elemetar- und Elektronenbilanz, Kompartmentmodell) und können diese zur Berechnung von Stoffströmen und zur Abbildung realer Prozesse anwenden
üben im Praktikum den Umgang mit Bioreaktoren und allen Komponenten und setzen dabei ihr Fachwissen über Sterilisationsmethoden (trockene und feuchte Hitze), Poren- und Tiefenfilter, die prozessbegleitende Messtechnik (pO2, pH, Temperatur), Dichtungen (O-, Flach-, Gleitring-Dichtung) und Regelung von Bioprozessen um und vertiefen es
können eine Kultivierung von Mikroorganismen oder das Bierbrauen eigenständig durchführen. Dabei wird das Verständnis für die wechselseitige Beeinflussung biologischer Parameter (Wachstum des Mikroorganismus, Kohlenstoffquelle, Stoffwechsel) und der physikalischen Parameter (pH, Temperatur, Sauerstoffversorgung) erhöht
können effizient die Messdaten auswerten, wobei besonderes Augenmerk auf die Berechnung relevanter Prozessparameter (Substratverbrauch, Sauerstoffaufnahmerate, Sauerstofftransferrate, kla, Biomasseausbeute, Wachstumsrate) und den Vergleich mit Erwartungswerten aus der Literatur und der fundierten Interpretation gelegt wird
kennen detailliert eine Vielzahl an Herstellungsverfahren von biologischen Produkten in ihrer Gänze, die mit der Fermentationsvorbereitung, der Auswahl der Reaktoren und der Mikroorganismen beginnt, von der Prozessführung und –kontrolle gefolgt wird, und mit der Produktaufarbeitung endet. Dies umfasst die gesamte Palette erfolgreicher Bioprozesse von den klassischen, fermentierten Lebensmitteln (Bier, Wein, Essigsäure), der Herstellung von Lebensmittelzusatzstoffen (Zitronensäure, Aminosäuren, Polysacchariden), der Herstellung von Antibiotika und bis zu modernsten Verfahren (monoklonale Antikörper, rekombinante Proteine für die Medizin)
kennen detailliert biotechnische Prozesse zum Schutz der Umwelt (kommunale, ländliche und industrielle Kläranlagen) und Energiegewinnung (Biogasanlagen, Biokraftstoffe)
Literatur:
- Levenspiel: Chemical Reactor Omnibook
Chmiel: Bioprozesstechnik
Thieman, Palladino: Biotechnologie
Vorlesungsskript (StudOn)
Bemerkung:
Prüfungsleistung: 30-minütige mündliche Prüfung.
Studienleistung: Anwesenheit an allen Praktikumsversuchen sowie das erfolgreiche Bestehen der Praktikumsklausur.
Organisatorisches:
Die Anmeldung zum Praktikum sowie die Gruppeneinteilung, etc., erfolgt ausschließlich über StudOn.
Weitere Informationen:
Schlüsselwörter: Bioreaktionstechnik, Bioverfahrenstechnik
Verwendbarkeit des Moduls / Einpassung in den Musterstudienplan: Das Modul ist im Kontext der folgenden Studienfächer/Vertiefungsrichtungen verwendbar:
- Life Science Engineering (Bachelor of Science): 6. Semester
(Po-Vers. 2010 | Bachelorprüfung | Bioreaktions- und Bioverfahrenstechnik für LSE)
Studien-/Prüfungsleistungen:
Bioreaktions- und Bioverfahrenstechnik für LSE (Prüfungsnummer: 20801)
- Prüfungsleistung, mündliche Prüfung, Dauer (in Minuten): 30, benotet
- Anteil an der Berechnung der Modulnote: 100.0 %
- Erstablegung: SS 2015, 1. Wdh.: WS 2015/2016
1. Prüfer: | Rainer Buchholz |
Praktikumsklausur Bioreaktions- und Bioverfahrenstechnik für LSE (Prüfungsnummer: 20802)
- Studienleistung, Praktikumsleistung, unbenotet
- weitere Erläuterungen:
Die Praktikumsleistung kann nur bestätigt werden, wenn sowohl das Praktikum absolviert, als auch die schriftliche Praktikumsklausur bestanden wurde. Praktikum und Praktikumsklausur können auch auf zwei Semester verteilt werden, da aber die Praktikumsklausur sich stark an das aktuelle Praktikum, das variieren kann, anlehnt, wird eine Ablegung innerhalb eines Semesters empfohlen. Als Vorbereitung für die Klausur dient die Lehrveranstaltung "Übung zu Bioreaktions- und Bioverfahrenstechnik (nur LSE)".
- Erstablegung: SS 2015, 1. Wdh.: WS 2015/2016
1. Prüfer: | Rainer Buchholz |
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