Bioprozesstechnik

ISBN-13: 9783827424761 / Niemiecki / Twarda / 2011 / 546 str.

Horst Chmiel

Opis

Die "Weisse Biotechnologie" bringt den Durchbruch. Als "Weisse Biotechnologie" wird die biotechnische Massenproduktion von Bulk- und Feinchemikalien, Lebensmittelzusatzstoffen, Pharmaka, Biotreibstoffen etc. definiert, also gewissermassen der Transfer der Ergebnisse aus dem Schuttelkolben in den industriellen Massstab. Die Wahl der richtigen Prozesse und Parameter bei der Massstabsubertragung entscheidet uber die Wirtschaftlichkeit.
Die 3., uberarbeitete und aktualisierte Auflage dieses Fachbuchs bietet eine Einfuhrung in die Grundlagen der Bioprozesstechnik und erlautert die wichtigsten Parameter und deren Verhalten bei der Massstabsubertragung. Damit liegt es voll "im Trend," denn es hilft Studenten der Biotechnologie und Ingenieurwissenschaften die an sie im Studium, in der Forschung und der industriellen Praxis gestellten Aufgaben zu erfullen.
Das Werk beginnt mit einer Einfuhrung in die Zellbiologie und Biochemie. Es folgen Beitrage zur Kinetik von Enzymen und Mikroorganismen. Weitere Kapitel beschaftigen sich mit den Fliesseigenschaften von Biosuspensionen und deren Einfluss auf Transportvorgange im Bioreaktor. Die Funktionsweise von Bioreaktoren und das Problem der Sterilitat sowie die Mess- und Regeltechnik werden ausfuhrlich behandelt. Mehr als die Halfte der Kosten eines Bioprodukts entfallen auf die Aufarbeitung; ihr wird deshalb besondere Beachtung geschenkt. Das Werk endet mit einem Kapitel zu den verfahrenstechnischen Besonderheiten von hoheren Eukaryoten und Enzymen."

Recenzje

Durch seine sehr anschaulichen Erklärungen und Darstellungen ist das Buch sowohl für Praktiker als auch Studenten ein wertvolles Nachschlagewerk.

Ernährung/nutrition, Nr. 10 2012

Dieses Buch beschreibt nicht nur die Welt der Bioreaktoren, sondern alles was davor und danach kommt und was dazu gehört. Die Zwölf Kapitel sind kleine Lehrbücher für sich. ... Ich kann mir gut vorstellen, dass das Ziel des Buches erreicht wird, nämlich den Studenten der Biotechnologie das Rüstzeug für die Übertragung biotechnischer Prozesse vom Labor- in den industriellen Maßstab zu liefern. Chemie in Labor und Biotechnik

Die Neuauflage des Chmiels vereint mit ihrer klaren und verständlichen Sprache und den vermittelten Kenntnissen die Eigenschaften, die ein gutes Lehrbuch mit sich bringen muss. Neben den wichtigsten Grundlagen, die man in der Bioprozesstechnik beherrschen sollte, werden darüber hinausgehend auch moderne Techniken dargestellt. Chemie Ingenieur Technik

Wichtiges Werk für Studenten über ein zunehmend nachgefragtes Fachgebiet. ekz-Informationsservice

Spis treści

1 Einführung in die Zellbiologie 1.1 Die Zelle als kleinste lebende Einheit 1.2 Verschiedene Zelltypen, Viren und Phagen 1.3 Fortpflanzung und Evolution 2 Einführung in die Biochemie 2.1 Bausteine der Zelle 2.2 Stoffwechsel 2.3 Regulation zellulärer Vorgänge 2.4 Gentechnik 3 Enzymkinetik 3.1 Aktivität und Stabilität 3.2 Reaktionsmechanismen enzymatischer Ein-Substrat-Reaktionen 3.3 Einfluss der Umgebungsbedingungen 3.4 Bestimmung der kinetischen Konstanten 3.5 Lineare und nichtlineare Regression 3.6 Effektorkinetik 3.7 Reversible Enzymreaktionen 3.8 Allosterie und Kooperativität 3.9 Enzymreaktionen mit zwei Substraten 4 Wachstum: Kinetik und Prozessführung 4.1 Ideale Prozesse zur Messung der Kinetik 4.2 Grundlegende Bioprozessmodelle: Bilanzen und Kinetik 4.3 Das Monod-Modell 4.4 Lösung des Prozessmodelles für den Satzbetrieb (batch) 4.5 Lösung des Prozessmodelles für kontinuierlichen Betrieb 4.6 Lösung des Prozessmodelles für Zulaufverfahren (fed-batch) 4.7 Verfahren mit Zellrückhaltung 4.8 Erweiterungen und Modifikationen des Monod-Modells 4.9 Methoden der Medienentwicklung 4.10 Populationsdynamik in Konkurrenzsituationen 4.11 Umsatz in auto-katalytischen Reaktionen 5 Rheologie von Biosuspensionen 5.1 Die parallele Schichtenströmung 5.2 Viskosimeterströmungen in kompressibler viskoelastischer Flüssigkeiten 5.3 Mathematische Modellierung der stationär ermittelten Fließkurve 5.4 Repräsentative Viskosität 5.5 Das Rührer-Rheometer 5.6 Die instationäre Scherströmung viskoelastischer Fluide 5.7 Dehnströmungen 5.8 Das Fließverhalten von Fermentationsbrühen 6. Transportvorgänge in Biosuspensionen 6.1 Maßstabsübertragung 6.2 Leistungseintrag beim Rühren von Flüssigkeiten 6.3 Stofftransport in Biosuspensionen 6.4 Wärmeübergang im Bioreaktor 7 Bioreaktoren 7.1 Definition eines Bioreaktors 7.2 Mischer 7.3 Reaktortypen 7.4 Hochdurchsatzverfahren für die Bioprozessentwicklung 7.5 Schaumprobleme 8 Sterilisation und Sterildesign 8.1 Thermische Stabilität von Mikroorganismen 8.2 Kinetik der thermisch induzierten Veränderungen 8.3 Vergleich und Optimierung des Behandlungseffekts 8.4 Sicherheitsniveau für Sterilisationsprozesse 8.5 Kontinuierliche Verfahren zur thermischen Mediumsterilisation 8.6 Sterilfiltration 8.7 Funktion von Dampfsterilisatoren (Autoklaven) 8.8 Sterilisierbare Bioreaktoren 8.9 Sterildesign 9 Bioprozessanalytik und Sterildesign 9.1 Charakteristische Parameter des Bioprozessmonitorings 9.2 Messtechnik 9.3Softwaresensoren 9.4 Automatisierung 10 Aufarbeitung (Downstream Processing) 10.1 Zellernte 10.2 Zellaufschluss 10.3 Produktisolation, -konzentrierung und -reinigung 10.4 Entwicklung von Downstream-Prozessen 11 Kultivierung von Säugetierzellen 11.1 Eigenschaften von Tierzellen 11.2 Zellcharakterisierung 11.3 Die Umgebung von Zellen in Kultur 11.4 Zellkultivierungsmethoden 11.5 Prozessführung bei Säugerzellkulturen 11.6 Prozessentwicklung und Scale-up 11.7 Großtechnische biopharmazeutische Produktion 12 Enzymatische Prozesse 12.1 Mathematische Beschreibung idealer Reaktortypen 12.2 Technischer Einsatz von freien und immobilisierten Enzymen 12.3 Prozessvarianten 12.4 Stofftransportlimitierung bei trägerimmobilisierten Enzymen 12.5 Enzym-Membranreaktoren 12.6 Nicht-konventionelle Reaktionsmedien 12.7 Prozessbeispiele 13 Mikrobielle Prozesse 13.1 Mikrobielle Stoffproduktion 13.2 Produktion rekombinanter Proteine 13.3 Mikrobielle Aminosäureproduktion 13.4 Mikrobielle Produktion von Biotensiden 13.5 Biokatalytische Epoxidierung von Styrol zu enantiomerenreinem (S-)Styroloxid 13.6 Biotechnische Herstellung organischer Säuren 13.7 Mikrobielle Produktion von Aromastoffen 13.8 Bioethanolproduktion 13.9 Biotechnische Herstellung von Biomasse 13.10 Mikrobielle Abwasserreinigung unter Einsatz von Membranen 14 Systembiologie in der Bioverfahrenstechnik 14.1 Einführung in die Systembiologie 14.2 Aufgaben der Systembiologie für die Bioprozessentwicklung 14.3 Stöchiometrische Stoffflussanalysen (metabolic flux analysis, MFA) 14.4 Stoffflussanalysen auf der Basis von Markierungsinformation 14.4 Metabolische Kontrollanalyse (metabolic control analysis, MCA) 14.5 Signaltransduktion Symbolverzeichnis Sachregister

O autorze

Horst Chmiel (Herausgeber): 1976-1992 Leiter des Fraunhofer-Instituts für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik Stuttgart. 1986-1992 Ordinarius für Bioprozesstechnik der Universität Stuttgart. 1992-2005 Inhaber des Lehrstuhls für Prozesstechnik der Universität des Saarlandes und geschäftsführender/wissenschaftlicher Direktor der Gesellschaft für umweltkompatible Prozeßtechnik mbH, Saarbrücken und seit 2005 Geschäftsführer der audita Unternehmensberatung GmbH in München.

Mit Beiträgen von 20 Autoren.

Blurb

Die sog. „Weiße Biotechnologie“ (biotechnologische Massenproduktion von Bulk- und Feinchemikalien, Lebensmitteln, Biotreibstoffen) hat mittlerweile in der Industrie in zahlreichen Prozessen Anwendung gefunden. Für 2012 wird weltweit ein Umsatz von 90 Milliarden € vorhergesagt. Aber auch die „Rote Biotechnologie“ (Produktion komplexer Wirkstoffe mittels tierischer Zellkulturen) erlangt mit 45 Milliarden € für die Pharmaindustrie eine enorme wirtschaftliche Bedeutung offensichtlich als Folge erster auslaufender Patente. Selbst die moderne biologische Abwasserreinigung („Graue Biotechnologie“) verbucht große Erfolge für sich.
In der überarbeiteten und aktualisierten 3. Auflage dieses Lehrbuchs wird daher allen drei genannten Gebieten Raum gegeben. Eine weitere Besonderheit der Neuauflage ist die Mitwirkung von Wissenschaftlern aus Hochschule und Industrie in Form von Kurzbeiträgen, die die Aktualität des Buchs erhöhen.
Das Werk beginnt mit einer Einführung in die Zellbiologie und in die Biochemie. Es folgen Beiträge zur Kinetik von Enzymen und Mikroorganismen. Weitere Kapitel  beschäftigen sich mit den Fließeigenschaften von Biosuspensionen und deren Einfluss auf Transportvorgänge im Bioreaktor. Die Funktionsweise der verschiedenen Bioreaktortypen und deren Sterilisation sowie die Mess- und Regeltechnik werden ausführlich behandelt. 
Mehr als die Hälfte der Kosten eines Bioproduktes entfallen auf die Aufarbeitung, ihr wird in diesem Buch deshalb besondere Beachtung geschenkt. Der Produktion mittels Prokaryoten, Eukaryoten und Enzymen ist je ein eigenes Kapitel gewidmet. Das Buch schließt mit einem Beitrag zur „Systembiologie in der Bioverfahrenstechnik“. Darunter wird die quantitative Systembeschreibung durch Daten-getriebene Modellierung der metabolischen und regulatorischen Vorgänge in den Zellen verstanden.