Bioprozess-Skalierung

Wir verfügen über ein breites bioverfahrenstechnisches Know-how zur Skalierung und Prozessintensivierung, wobei die im Labormaßstab entwickelten Verfahren hinsichtlich ihrer Übertragbarkeit in den industrierelevanten Maßstab im Vorfeld bewertet und bei der Übertragung und Skalierung iterativ optimiert werden.

Hierzu zählen etwa die Anpassung von Prozessführungsstrategien (Batch, Fed-Batch, kontinuierlich) und eine integrierte Produktaufreinigung zur Reduktion von Prozessschritten oder die Wiederverwendung der Biokatalysatoren (z. B. durch Immobilisierung an Trägermaterialien).

Neben dem Scale-up von Prozessen bis zum Demonstrationsmaßstab stellen wir auch Mustermengen für Anwendungstests bereit.

Arbeitsgebiete und Technologien

Enzymherstellung und Biokatalyse

Zusammen mit unseren Kunden entwickeln, optimieren und/oder skalieren wir die Produktion von Enzymen bis in den Pilotmaßstab. Für die Biokatalyse kann das Enzym aufgearbeitet oder eine Ganzzellkatalyse durchgeführt werden.

 

Referenz: Prozessdemonstration Isobuten

Zur Skalierung eines neuen Verfahrens zur Herstellung von biobasiertem Isobuten für die Firma Global Bioenergies haben wir am CBP eine Demonstrationsanlage mit einer nominalen Kapazität von 100 Tonnen pro Jahr sowie einem Fermentationsvolumen von 5000 Litern aufgebaut und über mehrere Jahre betrieben.

 

Fermentative Herstellung von Carbonsäuren

Für die nachhaltige Herstellung von Äpfel-, Xylon- und Itaconsäure aus Lignocellulose-Zuckern erarbeiten wir neue wirtschaftliche Verfahren. Die Produktion von Äpfelsäure aus Xylose konnten wir erfolgreich im 1-m³-Maßstab demonstrieren.

Leistungsspektrum

Mit unserem breiten bioverfahrenstechnischen Know-how zur Skalierung und Prozessintensivierung bewerten wir die im Labormaßstab entwickelten maßgeschneiderten Verfahren hinsichtlich ihrer Übertragbarkeit in den industrierelevanten Maßstab im Vorfeld, um sie bei der Übertragung und Skalierung iterativ zu optimieren. Hierzu zählen etwa die Anpassung von Prozessführungsstrategien (Batch, Fed-Batch, kontinuierlich) und eine integrierte Produktaufreinigung zur Reduktion von Prozessschritten oder die Wiederverwendung eingesetzter Ressourcen (z. B. von Biokatalysatoren) durch Immobilisierung an Trägermaterialien.

Die Ausstattung im Bereich Biotechnologische Verfahren umfasst zwei modular aufgebaute Technikumshallen der biologischen Sicherheitsstufe 1, wobei eine der Hallen unter ATEX-Bedingungen betrieben werden kann.

Ausstattung

Kultivierung

  • Fermenterkaskade mit Nennvolumen von 10, 100, 300, 1000 und 10 000 L, ausgestattet mit je vier Vorlagebehältern, sowie umfassender Automatisierung und Mess- und Regeltechnik
  • UHT-Anlage zur kontinuierlichen Sterilisation von Fermentationsmedien
  • ATEX-Fermenter (Nennvolumen 500 L) zur Umwandlung oder Herstellung leichtentzündlicher Chemikalien
  • Kontinuierliche Prozessführung bei Fermentationen durch Zellrückhaltung (sterilisierbare Cross-Flow-Filtrationsanlage mit automatischer Füllstandregelung)
  • Online-Messung der Alkoholkonzentration im Reaktor und CO2 / O2 im Fermentationsabgas
     

Produktaufarbeitung und Konfektionierung

  • Ernte der Fermentationssuspension sowie Zwischenlagerung von Produktlösungen über gerührte und temperierbare Behälter (500 (mobil), 2000, 5000 und 10 000 L)
  • Biomasseabtrennung (Tellerseparatoren 0,5 – 2 m3 / h,
    Vakuumtrommelzellenfilter 0,5 m² und Filterpresse 1,6 m²)
  • Zellaufschluss (Homogenisator 0,4 m3 / h, 1000 bar, optional mit anschließender Durchflusskühlung)
  • Membranfiltration (MF / UF) für Entsalzung und Produktkonzentrierung; bis zu 500 kg/h Feeding möglich; flexibler Einsatz von Spiralwickelmodulen (Material, Cut-off)
  • Feinreinigung über Flüssigchromatographie (35 L Säulenvolumen, bis zu 180 L/h Durchfluss)
  • Kristallisatoren (180 L, 800 L) mit nachgeschaltetem Vakuumfiltertrockner (0,5 m2) in ATEX-Ausführung
  • Sprüh- (5 kg / h) und Gefriertrocknung (0,8 m2) zur Konfektionierung der Produkte

Infomaterialien

 

Broschüre »Industrielle Biotechnologie - Die Natur als chemische Fabrik«

Wissenschaftliche Publikationen

Gruppenbild von Mitarbeitenden in grüner Arbeitskleidung und Helmen der Gruppe »Bioprozess-Skalierung« am Fraunhofer CBP in einem Technikum, auf einer Anlage.
© Fraunhofer CBP
Gruppenbild »Bioprozess-Skalierung«, von links nach rechts: Fabian Becker, Jenny Pietzsch, Sandra Torkler, dahinter Sven Holz-Kurzidim, Sonja Höhmann, Katja Patzsch, dahinter Marko Neumann, Jens-Uwe Luley.