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EINSATZ VON MEMBRANEN BEI DER KONTINUIERLICHEN COENZYM-REGENERIERUNGBei Coenzymen, die als Transportmetabolite fungieren, muß die Beweglichkeit zwischen mindestens zwei aktiven Zentren gewährleistet sein. Daher verbietet sich eine gemeinsame Trägerfixierung von Enzymen und Coenzym, die diese Beweglichkeit ausschließt. In der Natur dienen Zellmembranen, die für Reaktanden und Produkte durchlässig sind, zur Abgrenzung komplexer Katalysatorsysteme. Ultrafiltrationsmembranen können analog dazu in der Technik zur Rückhaltung von Enzymen eingesetzt werden. Die Rückhaltung von Coenzymen gelingt nach kovalenter Bindung an wasser lösliche Polymere hinreichender Größe. Technische Membranen sind zwar im Vergleich zu biologischen Membranen wenig selektiv, gestatten aber die Verwendung von Pumpen, so daß ein diffusiver Austausch durch erzwungene Konvektion über die Membran ersetzt werden kann. Dadurch lassen sich in einem kontinuierlich durchflossenen Membranreaktor kleine Verweilzeiten - und bei entsprechend hoher Katalysatorkonzentration - große Raum-Zeit-Ausbeuten realisieren. Durch reaktionstechnische Optimierung auf der Basis genauer kinetischer Vermessung der Multi- Enzym-Systeme lassen sich die produktmengenspezifischen Coenzymkosten bei einigen NAD/NADH- und ADP/ATP-abhängigen Systemen soweit reduzieren, daß diese nicht mehr ökonomisch limitierend sind. Die kontinuierliche Coenzymregenerierung im Membranreaktor ist heute für Produktmengen im Kilogramm-Maßstab technisch machbar und bei hinreichender Wertschöpfung der entsprechenden Reaktionsschritte auch wirtschaftlich.
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POLYMERE FUR SYNTHETISCHE MEMBRANEN UND IHRE CHEMISCHE MODIFIKATIONOhne das klassische Membranpolymer Cellulose und ihre Derivate wäre die Entwicklung der Theorien zum Transport durch Membranen und auch die praktische Anwendung undenkbar. Vorzügliche Dienste leistete in der Anfangsphase die Nitrocellulose, zu Beginn der sechziger Jahre war jedoch Cellulose-2,5-acetat dominant, dem wiederum vollsynthetische Polymere überlegen sind, zumal durch chemische Modifikation das Anwendungsspektrum verbreitert werden kann. So ist z.B. Polysulfon ein geeignetes Material für die Herstellung von Ultrafiltrationsmembranen; nach Sulfonierung eignet es sich als Membranpolymer für die Hyperfiltration und, da es nunmehr negative Festionenladung trägt, auch zur Herstellung homogener Elektrodialysemembranen. Chemische Modifikation von Membranpolymeren zielt auf Verbesserung der Gebrauchseigenschaften ab, etwa hinsichtlich Rückhalt oder Volumenfluß aber auch zur Erhöhung der Hydrophilie der resultierenden Membranen, zur Verbesserung der Kompatibilität, wenn Interpolymermembranen hergestellt werden sollen oder zur Einführung von geeigneten Gruppen, die eine chemische Fixierung von Enzymen an der Membran ermöglichen.
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MEMBRANEN IN DER BIOTECHNOLOGIEMembranen und Membranprozessen wird heute im Zusammenhang mit biotechnologischen Produktionsverfahren ein ganz erhebliches Interesse entgegengebracht. Obgleich die heute verfiigbaren Membranen und Membranprozesse sowohl in ihrer Funktion als auch in ihrer Anwendung sehr unterschiedlich sind, haben sie eine Reihe von Eigenschaften gemeinsam, die ihre Nutzung in der Biotechnologie besonders geeignet erscheinen läßt. Eine konsequente Nutzung von Membranen in der Biotechnologie läßt eine vereinfachte Prozeßführung und damit preisgünstigere und qualitativ bessere Produkte erwarten. Membranen können an verschiedenen Stellen in einem mikrobiologischen Produktionsprozeß eingesetzt werden. So z. B. bei der Sterilisierung der in einen Bioreaktor einzubringenden Substrate, oder bei der Aufarbeitung von Bioreaktorinhaltsstoffen. Sie können aber auch als wesentliches Element eines Sensors zur Online-Analyse von Reaktorinhaltsstoffen, oder aber auch als sogenannter Membranreaktor für eine kontinuierliche Ausschleusung der Reaktionsprodukte oder unerwünschter Nebenprodukte genutzt werden. Trotz der offensichtlich günstigen Voraussetzungen ist der Einsatz der Membranen in der Biotechnologie aus verschiedenen Gründen bisher weit hinter den Erwartungen zurückgeblieben. Einmal stellt die Stofftrennung mit Hilfe von Membranen noch eine relativ neue Technologie dar, die auch mit den entsprechenden Anfangsschwierigkeiten behaftet ist, zum anderen sind die heute kommerziell verfügbaren Membranen für ganz bestimmte Stofftrennprozesse wie z. B. für die Entsalzung von Meerwasser entwickelt worden und müssen, um erfolgreich in der Biotechnologie eingesetzt zu werden, den speziellen Problemen der Biotechnologie angepaßt werden. Im -vorliegenden Referat wird der heutige Stand der Membranentwicklung zusammenfassend dargestellt sowie Möglichkeiten und Probleme, die sich beim Einsatz der Membranen in der Biotechnologie ergeben, diskutiert.
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PERVAPORATION, EINSATZMÖGLICHKEITEN EINES NEUEN MEMBRANVERFAHRENS IN DER BIOTECHNOLOGIEAufgrund der Möglichkeit, regenerierbare Rohstoffe zu verwenden, und der Verfügbarkeit von optimierten Mikroorganismen wird der biotechnologischen Produktion von Grundchemikalien die Chance eingeräumt, mit herkömmlichen Produktionsverfahren in Konkurrenz treten zu können. Gerade bei der Produktion von Grundchemikalien spielt allerdings der technischwirtschaftliche Aufwand zur Produktaufarbeitung eine entscheidende Rolle, so daß der Entwicklung von Aufarbeitungsverfahren annähernd der gleiche Stellenwert zukommt wie der Entwicklung der biotechnologischen Produktion. Hier bietet sich für die Trennung von Flüssigkeitsgemischen ein relativ neues Membranverfahren, nämlich die Pervaporation, an. Dabei kann ein homogenes Flüssigkeitsgemisch aufgrund von unterschiedlicher Sorption und Diffusion der einzelnen Komponenten in einer Membran getrennt werden. Die für den Stofftransport entscheidenden Faktoren, nämlich Diffusionskoeffizienten und Löslichkeit der Flüssigkeitskomponenten in der Membran, sind weitgehend Materialeigenschaften der Membran und lassen sich aus diesen vorhersagen, so daß mit Hilfe von verschiedenen Modellvorstellungen eine gezielte Membranentwicklung für ein bestimmtes Trennproblem möglich ist.
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ANWENDUNG VON MEMBRANVERFAHREN BEI DER SIMULTANEN HERSTELLUNG VON MANNITOL UND GLUCONSÄURE AUS SACCHAROSE DURCH KONJUGIERTE NAD *-ABHÄNGIGE DEHYDROGENASENEs wird ein Verfahren zur simultanen und kontinuierlichen Herstellung von Gluconsäure und Mannitol durch konjugierte NAD(H)-abhängige Dehydrogenasen innerhalb eines Membranreaktors beschrieben. Die Synthese löslicher polymergebundener von Glucose- und Mannitol-Dehydrogenase akzeptierter Coenzyme, sowie die Herstellung von Hohlfasermembranen, die zu ihrer Rückhaltung innerhalb des Reaktors geeignet sind, werden dargestellt. Erstmals wird eine Mannitol-Dehydrogenase mit NAD(H) -Spezifität beschrieben. Die Einsatzmöglichkeiten der Elektrodialyse zur Aufrechterhaltung des optimalen pH und als Stufe der Produktaufarbeitung werden diskutiert. Experimentelle Daten zur Reaktorperformance werden mit Modellrechnungen verglichen. Die in der Nahrungsmittelindustrie zum Einsatz kommenden enzymtechnologischen Verfahren beschränken sich bisher fast ausschließlich auf coenzymunabhängige Reaktionen (Hydrolysen, Isomerisierungen). Erst in den letzten Jahren wird versucht, insbesondere NAD (P)*-abhängige Enzyme für die Synthese von wirtschaftlich interessanten Produkten wie z.B. L-Aminosäuren oder Derivaten von Monosacchariden zu nutzen. Um mit derartigen Enzym-Coenzym-Systemen im größeren Maßstab ökonomisch arbeiten zu können, ist es erforderlich, die Coenzyme - wie auch die Enzyme - in nur katalytischen Konzentrationen einzusetzen und sie durch kontinuierliche Regeneration für eine möglichst große Zahl von Reaktionszyklen wiederverwendbar zu machen. Prinzipiell kommen enzymatische und nicht-enzymatische (chemische, elektrochemische) Verfahren fiir die Coenzymregeneration in Betracht. In der Praxis haben sich die enzymatischen Cofaktor-Regenerationssysteme am besten bewährt. Bei der Entwicklung enzymatischer Syntheseverfahren für L-Aminosäuren mittels reduktiver Transaminierung entsprechender durch chemische Synthese leicht zugänglicher Ketocarbonsäuren konnten Wandrey und Mitarbeiter /1-3/ erstmals das Prinzip der Cofaktorregeneration für einen Redoxprozeß in einem über die Laboranlage hinausgehenden Maßstab realisieren. Jedoch muß man bei diesen Prozessen in Kauf nehmen, daß die das Coenzym regenerierende Hilfsreaktion ein nicht verwendbares Produkt liefert (Abb. 1, Beispiel 1)
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BLASENFREIE ZELLKULTURBEGASUNG MIT BEWEGTEN, PORÖSEN MEMBRANENFür die Vermehrung von tierischen Zellen wurde ein neues Begasungssystem entwickelt. Seine Konstruktion mit hydrophoben, porösen Accurel-Hohlfasermembranen und der Einsatz im Reaktor mit 1- und 20-1-Reaktionsvolumen werden an Hand von Züchtungen einer genetisch manipulierten Maus-Zellinie vorgestellt. Die Stofftransportkapazität in Abhängigkeit von Gasflußraten durch die Membran und von der Membranbewegung wurden dargestellt.
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ANWENDUNG VON MEMBRANEN BEI DER PRODUKTION VON ACETON UND BUTANOL DURCH CLOSTRIDIUM ACETOBUTYLICUM IN EINER KONTINUIERLICHEN KULTURZur fermentativen Aceton-Butanolproduktion ohne Kulturdegenerierung und mit möglichst hoher Lösungsmittel-Produktivität wurde ein zweistufiges Kaskadensystem entwickelt. In der ersten Stufe der Kaskade wird die Kultur beim Umpumpen durch ein kapillarförmiges Cross-f low-Mikrofiltrationsmodul scherkraftaktiviert. Solche aktivierten Kulturen haben im Vergleich zu konventionellen Chemostatkulturen eine wesentlich höhere spezifische Lösungsmittelproduktivität, spezifische Glucoseverbrauchsrate und spezifische Wachstumsrate. Zur Erhöhung der Raum-Zeit-Ausbeute wird in der zweiten Stufe der Kaskade ebenfalls ein kapillarformiges Cross-flow-Mikrofiltrationsmodul zwecks Kulturaktivierung und gleichzeitiger Zellrückführung eingesetzt. In der zweiten Kaskadenstufe wurde die Zellkonzentration turbidostatisch geregelt. Bei einer kontinuierlichen Fermentation mit glucosehaltigem Medium wurden Lösungsmittelproduktivitäten von 3 bzw. 2,3 g Los. yl bei Lösungsmittelkonzentrationen von etwa 12 bzw. 15 git erreicht.
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EINSATZ VON MEMBRANEN ZUR ZELLRUCKFÜHRUNG IN BIOTECHNOLOGISCHEN PROZESSENFür die Untersuchungen der Auswirkungen von Teil- oder Totalzellrückführungsbedingungen auf Wachstum und Zellzustand von Saccharomyces cerevisiae und Zymomonas mobilis als Teilprozeß der Ethanolherstellung und Trichoderma reesei als Teilprozeß der Enzymproduktion wurden verschiedene Reaktorsysteme zwischen 10 und 2,5 1 Arbeitsvolumen herangezogen Unter dem Gesichtspunkt einer Minimierung der Betriebs- und Investitionskosten des Trennprozesses flüssiger von fester Phase erfolgte die Vorauswahl geeigneter mikround ultraporöser Membranen. Auf der Basis der Daten, die bei kontinuierlichen Kultivierungen der angesprochenen Mikroorganismen unter Normalbedinungen gewonnen wurden, erfolgte die Auslegung der Fermentationen unter Zellrückführungsbedinungen. Die Anwendung der Membranfiltration zur Abtrennung der Biomasse brachte im Fall einer Fermentation mit S. cerevisiae zur Ethanolproduktion eine Steigerung von 7 auf 43,9 g/1*h. Die Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit der entwickelten Anlage zeigte sich im Verlauf einer 1000 Stunden dauernden kontinuierlichen Kultivierung von Zymomonas mobilis. Neben einer erreichten Produktivität von 49,5 g/1-h erlaubte die Kopplung des Fermenters mit einem Kapillarfasermodul mit 2 m? Filterfläche die exakte Reproduzierung eines Filtratvolumenstroms in variablen Größen. Aus dieser exakten Reproduzierbarkeit ergibt sich unter Zellrückführungsbedingungen die Möglichkeit einer einfachen und schnellen Bestimmung von Wachstumsparametern des Mikroorganismus, wie z. B. des Maintenance-Koeffizienten,
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ERFAHRUNGEN MIT DER BIOMASSERÜCKHALTUNG AN KONTINUIERLICHEN FERMENTATIONEN MITTELS FILTRATIONDie Filtration zur Zellseparation bei einer Biomasseriickhaltung ist die Methode der Wahl, wenn die Biomasse schlecht sedimentierbar oder flotierbar ist und eine Immobilisierung nicht sinnvoll ist. An kontinuierlichen Kulturen des myzelbildenden Cellulaseproduzenten Trichoderma reesei sowie einer definierten, methanogenen Mischkultur zum anaeroben Abbau essigsäurehaltiger Abwässer wird gezeigt, daß sich die Anwendbarkeit von Cross-Flow-Filtration und Rotorfilter dabei auch auf scherkräftesensitive Organismen erstreckt.
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L-AMINOSÄURE-PRODUKTION IM ENZYM-MEMBRAN-REAKTORIn einer Enzym-Membran-Reaktor-(EMR)-Anlage in Konstanz werden die L-Aminosäuren Methionin, Phenylalanin und Valin durch Acylasekatalysierte Racematspaltung aus den entsprechenden Acety1-0,Laminosäuren mit einer Jahreskapazität von insgesamt mehr als 200 Tonnen produziert. In Labor- und Pilotversuchen konnten im Enzym-Membran-Reaktor weitere Systeme, wie die Fumarase-katalysierte L-Apfelsaure-, die Aspartasekatalysierte L-Asparaginsäuregewinnung sowie die NADH-abhängige durch entsprechende Dehydrogenasen katalysierte Umwandlung von a-Keto-, bzw. a-Hydroxycarbonsäuren in L-Aminosäure mit Erfolg getestet werden. Für die Rückhaltung der Enzyme eignen sich in der Regel Kapillarmembranen mit einer Ausschlußgrenze von 10.000 Dalton; bei Einsatz des am Polyethylenglycol 20.000 gebundenen Coenzyms NADH sind Flachmembranen (5.000 Dalton) vorteilhafter.
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ENZYM-MEMBRAN-REAKTORDie Immobilisierung von Enzymen und die technische Verwendung immobilisierter Enzyme wird in der BAYER AG von der Verfahrensentwicklung Biochemie seit mehr als 15 Jahren intensiv bearbeitet. So wird als Zwischenprodukt zur Synthese halbsynthetischer Penicilline im Werk Wuppertal 6-Aminopenicillinsäure aus Penicillin unter Verwendung immobilisierter Penicillinacylase im großtechnischen Maßstab hergestellt. Zur Entwicklung neuer Verfahren müssen angepaßt an das Substrat und das Produkt der Träger, die Immobilisierungsmethode und der zur Biotransformation verwendete Reaktor entwickelt und optimiert werden.
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KINETISCHE INSTABILITÄT IM GEKOPPELTEN ENZYMSYSTEM - DARGESTELLT AM BEISPIEL DER ENZYMKATALYSIERTEN L-PHENYLALANIN-HERSTELLUNG IM ENZYM-MEMBRAN-REAKTORMehrfach-stationäre Zustände sind bei Ein-Enzym-Systemen nicht unbekannt; in der Literatur ist bisher jedoch nicht beschrieben, daß solche Effekte auch in gekoppelten Enzymsystemen möglich sind. Am Beispiel der enzymkatalysierten Gewinnung von L-Phenylalanin im Enzym-Membran-Reaktor soll gezeigt werden, daß unter bestimmten Bedingungen auch im gekoppelten Zwei-Enzym-System mehrfach-stationäre Zustände auftreten können. Enzyme, die durch einen Überschuß an Substrat inhibiert werden, können im kontinuierlich betriebenen Rührkessel (CSTR) das Auftreten von mehrfach-stationären Zuständen bewirken /1/. Substratüberschußinhibierungen führen dazu, daß unter Anfangsreaktions- Geschwindigkeits-Bedingungen Reaktionsgeschwindigkeits-Maxima als Funktion der Substratkonzentration durchlaufen werden. Sehr oft werden diese Enzyme zusätzlich durch eines oder mehrere ihrer Reaktionsprodukte inhibiert. Das gleichzeitige Auftreten von Substratüberschuß und Produktinhibierung mündet häufig in eine pseudo Michaelis-Menten- Kinetik, womit mehrfach-stationäre Zustände unwahrscheinlich werden,
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PROBENAHMESYSTEM ZUR ANKOPPLUNG EINES AUTOANALYZERS AN EINEN FERMENTERZur Online-Kontrolle eines Fermentationsprozesses sollte ein Autoanalyzer an einen Reaktor gekoppelt werden. An das Probeentnahmesystem waren dabei folgende Anforderungen zu stellen: 1. Möglichst einfache Konstruktion, um ohne großen Aufwand verschiedene Systeme testen zu können. 2. Sterilisationsmöglichkeit. 3. Das Konzentrationsverhältnis Reaktorinhalt zu Probe darf nicht von den Betriebsbedingungen wie Druck oder pH abhängen, wie das z. B. bei der Dialyse der Fall ist. 4, Wartungsfreie Standzeiten von mindestens 10 Tagen Dauereinsatz. 5. Eignung auch für feststoffreiche Fermentationsbrühen bis zu 80 g/1 TS sowie Teilchengrößen bis zu 0.25 mm. Keine Störung durch Antischaummittel. 6. Probenstrom 0.2 - 0.4 ml/min bei möglichst geringen Totzeiten, um möglichst schnelle Analysenantwortzeiten zu gewährleisten. Folgende Problemlösung wurde gefunden. Die Fermentationsbrühe wird in einem Bypass durch ein 5 - 10 cm langes Filterrohr aus mikroporösem Polypropylen gepumpt, das von einem Rohr aus Glas oder Edelstahl ummantelt ist. Im Totvolumen von 1 - 3 ml zwischen Filterrohr und Mantel sammelt sich das Filtrat, das mittels einer Pumpe abgezogen wird (Abb. 1).
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ANWENDUNGEN VON MEMBRANEN BEI CHEMISCHEN UND BIOCHEMISCHEN SENSORENZur Verbesserung der Kontrolle biotechnologischer Prozesse benötigt man mehr und bessere Informationen über die Zelle und ihre physikalisch-chemische Umwelt. Die Entwicklung von chemischen und biochemischen Sensoren ermöglicht die on-line Analyse der chemischen Umwelt der Zellen. Im folgenden soll die Rolle der Membran, die ein wesentlicher Bestandteil der Sensoren ist, bei verschiedenen Sensoren untersucht werden.
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PROBENAHMESYSTEME MIT PERMEATION UND PERVAPORATION UNTER FERMENTATIONSBEDINGUNGENIm allgemeinen sind Fermentationslösungen schwierig zu analysierende Dreiphasensysteme. Sie sind komplexe Lösungen anorganischer und organischer Komponenten, physikalisch gelöster Gase und suspendierter Feststoffe unterschiedlicher Größe wie Mikrooganismen oder Cellulosepartikel. Die kontinuierliche Online-Bestimmung der wichtigsten Prozeßparameter ist eine wesentliche Voraussetzung für eine effektive Kontrolle und Regelung von Fermentationsprozessen. Wegen der hohen Anforderungen, die an interne Sensoren gestellt werden (Dampfsterilisierbarkeit, stabile Kalibrierung, hohe Selektivität), ist die Zahl der kommerziell im Fermenter einsetzbaren Sonden begrenzt. Um externe Detektionsverfahren nutzen zu können, werden Membranprobenahmesysteme verwendet. Hierdurch wird die Kontamination des Kulturmediums vermieden und die Anzahl bestimmbarer Komponenten erheblich vergrößert. Uber Erfahrungen bei der Probenahme zur Online-Messung von Substrat- und Produktkonzentrationen wird ein Überblick vermittelt. Eingegangen wird auf die Standzeit der Membranen, Filtratleistung und Antwortzeit.
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MEMBRANTRENNVERFAHREN ALS INSTRUMENT ZUR PROZESSANALYTIK VON ENZYMENDie Analytik von Enzymen in biotechnologischen Prozessen ist von steigender Bedeutung im Zuge der Optimierung von Produktionsprozessen. Für die Bestimmung der Enzyme werden in der Regel naßchemische Methoden offline angewendet mit entsprechendem Aufwand und Zeitverzug. Der vorliegende Beitrag zeigt Ansätze, wie unter Einbau von Membrantrennverfahren eine kontinuierliche Online-Analytik für Enzyme in der Fermentation und der Aufarbeitung aufgebaut werden kann.
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Titel, Vorwort, Inhalt, Verzeichnis der AutorenAuf der Grundlage der Polymerchemie hat die Membranforschung in den letzten beiden Jahrzehnten rasche Fortschritte gemacht. Die an Membranen mégliche Trennung gasformiger, fester oder geléster Stoffe hangtim Einzelfall stark von den stofflichen Eigenschaften der zu verarbeitenden Gemische ab. Dazu kommt eine komplexe Wechselbeziehung zwischen den Stoffeigenschaften, Membraneigenschaften und den Betriebsbedingungen, die eine Voraussage Uber Kosten und Wirtschaftlichkeit von Verfahrensvorschlagen sehr erschweren. In der Biotechnologie gibt es ganz unterschiedliche Einsatzmöglichkeiten von technischen Membranen. Zum einen sucht man nach Methoden für die Zellkultivierung, Stoffproduktion und Aufarbeitung im geschlossenen System, die eine sterile und sichere Betriebsweisebei selektiver Durchlässigkeit für bestimmte Stoffe erlauben. Andererseits stehen die schonende Behandlung labiler Produkte im Prozeß und die energiegünstige Abtrennung von Wasser im Vordergrund des Interesses. Während beispielsweisedie Ultrafiltration zur Konzentrierung von Proteinen oderdie Mikrofiltration zur Abtrennung von mikrobiellen Kontaminantionen aus Lösungenbereits zum etablierten Stand der Technik gehören, befinden sich andere Membranverfahren in biotechnologischen Prozessen noch in der Entwicklung oder zeichnen sich in der Forschungab. Diese Themen standen im Mittelpunkt einer zweitägigen Arbeitstagung der GBF im Mai 1985. Ausihr sind die Beiträge des vorliegenden Bandes hervorgegangen. Das große Interesse an dieser Tagung sowohl von seiten der Membranhersteller und Ap- | paratebauer als auch bei den immer zahlreicher werdenden Anwendern und For- i schern in der Industrie und an den Hochschulen spiegelt die Dynamik der Situation und den weit verbreiteten Wunsch nach einer zusammenfassenden Diskussion wider. Dazu gaben die Tage in Braunschweig vielfaltige Gelegenheit und Anregungen. Die hier vorgelegten Beitrage sollen die Information und die Diskussion zum Nutzen der Biotechnologie weitertragen. I An dieser Stelle möchten wir Herrn Dipl.-Ing. Karl Heinz Kroner für seine Unterstützung in der Organisation der Arbeitstagung und Herrn Dr. Johann-Heinrich Walsdorff für seine Hilfe bei der Herausgabe dieses Berichtsbandes herzlich danken.
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ZELLKULTUR IN HOHLFASER-MODULENSchon zu Beginn der 70er Jahre entwickelten und testeten Knazek und Mitarbeiter Hohlfaser - Einheiten zum Einsatz in der Zellkultur. Die Idee war dabei, lebendigem Gewebe ähnliche Strukturen und Zellzahlen in vitro nachzubilden. Schon 1974 brachte Amicon eine optimierte Hohlfaserpatrone heraus. Mittlerweile sind um einen Faktor 100 größere Patronen aus verschiedenen Membranmaterialien und mit unterschiedlichem Cut-Off erhältlich, Die Spannweite reicht von sehr einfachen, ungeregelten, Systemen bis zu nahezu vollautomatischen Anlagen für die industrielle Produktion von z.B. monoklonalen Antikörpern, Eine Vielzahl von Beispielen belegen, daß Vitafiber-Kulturpatronen sowohl für adhärente wie auch nicht-adhärente Zellarten geeignet sind, Es gelingt meistens, die Zellen bis zu Zellzahlen hochwachsen zu lassen, wie man sie in Gewebe vorfindet, und sie über längere Zeit (2 Monate bis zu 1 Jahr) produzieren zu lassen. Die mögliche Chemostat-Betriebsweise, die Gewinnung von fast sauberem Produkt, sowie die vergleichsweise geringen Anforderungen ans Medium lassen eine sichere und wirtschaftliche Nutzung von Säuger-Zellkulturen in industriellen Größenordnungen zu. Gleichzeitig. wird dem Gedanken des Tierschutzes Rechnung getragen; man denke nur an die für die Produktion monoklonaler Antikörper aus Ascites-Flüssigkeit benötigten Mäuse.
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SILICONSCHLAUCH-BEGASUNGSSYSTEM ZUR KULTIVIERUNG VON INSEKTENZELLENDie Bedeutung der industriellen Anwendung tierischer Zellkulturen zur Herstellung biologischer Produkte hat in den letzten Jahren stark zugenommen. Insektenzellen dienen dabei zur Produktion von Insektenviren. Diese werden aufgrund ihrer hohen Wirtsspezifität als selektiv wirkende biologische Schädlingsbekämpfungsmittel verwendet. Die Produktion von Insektenviren erfordert als Grundlage die Bereitstellung großer Mengen an Insektenzellen, die als Wirtszellen für die Virusreplikation dienen. Da jedoch Insektenzellen unter den tierischen Zellen besonders empfindlich sind, sind sehr schonende Fermentationsbedingungen einzuhalten. Beim Scale up von Bioreaktoren für Suspensionskulturen tierischer Zellen treten von bestimmten Volumina an Schwierigkeiten bei der optimalen Versorgung der Zellen mit Sauerstoff auf. Beim Arbeiten in kleineren Volumina reicht der Sauerstofftransport vom überstehenden Kopfvolumen im Fermenter durch die bewegte Oberfläche in die Kulturflüssigkeit hinein noch aus. Wird jedoch das Fermentationsvolumen erhöht, so ist bald eine Grenze erreicht, oberhalb derer zusätzliche Begasungsmethoden erforderlich sind. Diese können z.B. durch in die Zellsuspension eingebrachte Begasungsvorrichtungen realisiert werden.
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EINFLUSS VON ANTISCHAUMMITTELN AUF MEMBRANTRENNVERFAHRENEine Reihe von Problemen behindert derzeit eine breitere Anwendung der Querstromfiltration beim Ernten bzw. Abtrennen von Mikroorganismen aus Fermentationsbriihen, die man unter dem Begriff 'Fouling' subsumieren kann. Antischaummittel spielen dabei eine große Rolle. Die vorgestellten Ergebnisse zeigen eine Reihe grundsätzlicher Effekte dieser Substanzen an Membranen und einige Einflußparameter bei der Querstromfiltration auf.
