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Bioverfahrensentwicklung

Autor	Winfried Storhas
Verlag	Wiley-VCH
Erscheinungsjahr	2013
Seitenanzahl	871 Seiten
ISBN	9783527673865
Format	ePUB/PDF
Kopierschutz	DRM
Geräte	PC/MAC/eReader/Tablet
Preis	97,99 EUR

Zukunft sichern durch Nachhaltigkeit - die Bioverfahrenstechnik bedeutet einen wichtigen Schritt auf diesem Weg. Bioverfahrenstechnik ersetzt klassische, chemische Syntheseverfahren durch nachhaltige, biologische Verfahren. Als interdisziplinäres Arbeitsgebiet vereint sie viele sehr unterschiedliche Gebiete aus dem naturwissenschaftlichen und ingenieurtechnischen Bereich. Mit diesem Buch wird allen, die an der Entwicklung biotechnologischer Prozesse beteiligt sind, ein Werk an die Hand gegeben, das die einzelnen Mosaiksteinchen der Bioverfahrensentwicklung erläutert und zu einem Gesamtbild zusammenfügt. Es werden Einblicke in die naturwissenschaftlichen Gebiete Mikrobiologie, Molekularbiologie, Zellbiologie und Biochemie sowie in die ingenieurtechnischen Bereiche Elektrotechnik, Informatik, Steuerungstechnik, Maschinenbau und Verfahrenstechnik gegeben, wobei jeweils der Blickwinkel auf die Verfahrensentwicklung gerichtet ist. Im Vordergrund der beschriebenen Gesamtprozesse stehen Verfahren, die eine wichtige Rolle in der Industrie spielen. Ein ganzes Kapitel setzt sich mit Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen auseinander, die bereits im Anfangsstadium der Entwicklung eines neuen Verfahrens eine wichtige Rolle spielen. Anhand von Verfahrensbeispielen werden die beschriebenen Prozesse klar und praxisorientiert erklärt.
Die 2. vollständig überarbeitete Auflage des Erfolgstitels von 2003 ist ein Muss für alle Studenten der Biotechnologie und Verfahrenstechnik und ein ideales Nachschlagewerk für Ingenieure der Verfahrenstechnik, Biochemiker und Pharmazeuten.
Stimmen zur 1. Auflage:
'Mich als Student der Biotechnologie hat dieses Buch überzeugt. Es stellt den roten Faden zwischen den vielen zum Teil doch unterschiedlichen Disziplinen her...Alles in allem ein sehr empfehlenswertes Buch.'
Dirk Dägele, 6. Semester Biotechnologie an der Fachhochschule für Technik und Gestaltung, Mannheim, Uni-Online
'Das Buch ist ein nützlicher Begleiter in der täglichen Praxis und kann sowohl als Lehrbuch wie auch als Nachschlagewerk verwendet werden.'
BIO WORLD, Dr. C. Andretta
'Dieses Buch richtet sich an alle, die einen Beitrag zur Entwicklung eines biotechnologischen Prozesses leisten möchten. Es informiert sehr ausführlich über die Bioverfahrensentwicklung und ermöglicht, sich ein Gesamtbild zu verschaffen. Es ist auch als Lehrbuch für das Gebiet Bioverfahrenstechnik gut geeignet.'
F & S

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Blick ins Buch

Inhaltsverzeichnis

Cover	1
Titel	5
Contents	9
Dank für besondere Unterstützung bei der Neuauflage und bei der ersten Auflage	7
Vorwort zur ersten Auflage	21
Vorwort zur zweiten Auflage	23
Formelzeichenerklärung	25
Indexerklärung	31
Abkürzungsverzeichnis	35
1 Leistungsfähigkeit der Bioverfahrenstechnik	41
1.1 Allgemeine Betrachtungen	41
1.2 Einsatzfelder und Produktgruppen	42
1.2.1 Leistungsdarstellung der Bioverfahrensentwicklung	43
1.2.2 Bioverfahrensentwicklung in der Nahrungsmittelindustrie	45
1.2.2.1 Vorrangige Vorteile der Bioverfahrensentwicklung	45
1.2.2.2 Zunehmende Bedeutung der Bioverfahrensentwicklung	46
1.2.2.3 Einsatzgebiete	46
1.2.2.4 Einsatz von genetisch veränderten Mikroorganismen in der Nahrungsmittelindustrie	48
1.2.3 Gentechnologie	58
1.3 Voraussetzungen für den Einsatz der Bioverfahrenstechnik	58
1.3.1 Aufgaben der Forschung und Entwicklung	58
1.3.2 Optimierung der Verfahrensoperationen	59
1.3.3 Harmonisierung der Arbeitsgruppen	61
1.3.4 Integrierter Umweltschutz – agierender Umweltschutz	62
1.4 Märkte und Marktanteile biotechnologischer Produkte	62
2 Arbeitsgebiete der Bioverfahrenstechnik	65
2.1 Einführende Betrachtungen	65
2.2 Stellung und Aufgaben der Mikrobiologie	66
2.2.1 Beschaffung und Auswahl eines potenziellen Produktionsstammes	67
2.2.1.1 Anreicherung und Isolierung	69
2.2.1.2 Screening	72
2.2.2 Stammentwicklung bzw. Stammverbesserung	74
2.2.3 Überproduktion von Metaboliten –Stammentwicklung durch Metabolic Engineering	78
2.2.4 Haltung und Führung von Produktionsstämmen	83
2.2.4.1 Gefriertrocknung (Lyophilisation)	83
2.2.4.2 Tiefkühllagerung und Gefrierkonservierung	84
2.3 Stellung und Aufgaben der Molekularbiologie	86
2.3.1 Gentechnischer Zugriff auf Stoffwechselwege	86
2.3.2 Gentechnische Übertragung von Synthesepotenzialen	89
2.3.3 Expressionssysteme	91
2.3.3.1 Transkriptionsbestimmende Elemente	94
2.3.4 Produktionssysteme für rekombinante Proteine	96
2.3.5 Vor- und Nachteile gängiger Expressionssysteme	106
2.4 Stellung und Aufgaben der Zellkulturtechnik	109
2.4.1 Grundlagen der Zellbiologie	111
2.4.1.1 Cytologie	111
2.4.1.2 Zellorganellen	114
2.4.1.3 Extrazelluläre Matrix	118
2.4.2 Zellkulturen und Zelllinien	119
2.4.2.1 Primärkultur und primäre (adhärente) Zelllinien	119
2.4.2.2 Kontinuierliche Zelllinien	120
2.4.2.3 Organkulturen	122
2.4.2.4 Adhärente Zellkulturen: Microcarrier	122
2.4.2.5 Adhärente Zellkulturen: Roller Bottles	124
2.4.2.6 Suspensionskulturen	124
2.4.3 Rekombinante Proteinexpression in Säugerzellen	125
2.4.3.1 Expressionsvektoren	126
2.4.3.2 Episomale Vektoren	131
2.4.3.3 Stabile Transfektion und Amplifikation	132
2.4.3.4 Klonierung	134
2.4.3.5 Kryokonservierung und Zellbänke	138
2.4.3.6 Transiente Transfektion	138
2.4.4 Grundlegende Labortechnik	139
2.4.4.1 Subkultivierung von Zellen	139
2.4.4.2 Kontamination	142
2.4.5 Monitoring von Zellkulturen	144
2.4.5.1 Zellzahl und Vitalität	146
2.4.6 Medien für die Zellkulturtechnik	148
2.4.6.1 Entwicklung der Säugerzellmedien	149
2.4.6.2 Serumhaltige Medien	151
2.4.6.3 Seren	151
2.4.6.4 Serumfreie Medien	152
2.4.6.5 Puffersysteme: Natriumhydrogencarbonat	154
2.4.6.6 Puffersysteme: 4-(2-Hydroxyethyl)-1-piperazinethansulfonsäure (HEPES)	155
2.4.6.7 Monitoring von Mediumsbestandteilen und Metaboliten	155
2.5 Stellung und Aufgaben der Biochemie	157
2.5.1 Merkmale von Stoffklassen und deren Eigenschaften	157
2.5.1.1 Aminosäuren	157
2.5.1.2 Proteine	159
2.5.1.3 Lipide	165
2.5.1.4 Kohlenhydrate	168
2.5.1.5 Nucleinsäuren	172
2.5.1.6 Vitamine/Coenzyme	174
2.5.2 Katabolische und anabolische Stoffwechselvorgänge	176
2.5.2.1 Enzymatische Katalyse	176
2.5.2.2 Regulation der Stoffwechselvorgänge	176
2.5.2.3 Untersuchung von Stoffwechselvorgängen	179
2.5.2.4 Stoffwechsel von Lipiden	180
2.5.2.5 Stoffwechsel von Proteinen und Aminosäuren	181
2.5.2.6 Stoffwechsel von Kohlenhydraten	184
2.5.3 Grundmechanismen der Energiegewinnung	188
2.5.3.1 Zentrale Rolle des Acetyl-CoA im Stoffwechsel	188
2.5.3.2 Tricarbonsäurecyclus und Oxidative Phosphorylierung	189
2.5.4 Stoffanalytik – Hilfe für das Downstream-Processing	191
2.5.4.1 Analytische Methoden der Biochemie	191
2.6 Informatik – Messen, Regeln und Steuern von Prozessen	193
2.6.1 Messgrößen – Einflussgrößen – Zielgrößen – Monitoring	195
2.6.1.1 Primärparameter	196
2.6.1.2 Sekundärparameter	198
2.6.1.3 Zuordnung der wichtigsten Prozessgrößen	206
2.6.1.4 Monitoring	207
2.6.1.5 Offline-Monitoring	214
2.6.1.6 Berechenbare Größen	216
2.6.2 Regelalgorithmen und Automatisierung	221
2.6.2.1 Regelkonzepte – Fuzzy-Logik, Prädikation, Neuronale Netze	221
2.6.2.2 Automatisierung und Automatisierungsgrad	224
2.6.3 Das Prozessleitsystem (PLS)	227
2.6.3.1 Anforderungen an das Prozessleitsystem	227
2.6.3.2 Beschreibung eines Prozessleitsystems	230
2.6.3.3 Aufbau von Steuerprogrammen	231
2.6.3.4 Menüanwahl/Programmablauf	232
2.6.4 Einführung in die Bioinformatik	235
2.6.4.1 Zum Begriff der Bioinformatik	235
2.6.4.2 Entwicklung der Bioinformatik	236
2.7 Stellung und Aufgaben der Verfahrenstechnik	237
2.7.1 Bedarf und Abbau von Mediumsbestandteilen	240
2.7.1.1 Bestandteile von Fermentationsmedien	240
2.7.1.2 Allgemeine Substratansprüche der Mikroorganismen	241
2.7.1.3 Substrate zur technischen Mikroorganismenzucht	243
2.7.1.4 Kohlenstoffquellen	243
2.7.1.5 Stickstoffquellen	244
2.7.1.6 Abbau und Verwertung der Substrate	245
2.7.1.7 Abbau von Proteinen und Nucleinsäuren	245
2.7.1.8 Abbau von Kohlenhydraten	247
2.7.1.9 Antibiotika und Induktoren	247
2.7.2 Versuchsplanung	248
2.7.2.1 Faktorielle Versuchsplanung	249
2.7.2.2 Statistische Versuchsplanung	251
2.7.2.3 Genetischer Algorithmus	256
2.7.3 Maßstabsübertragungsregeln	259
2.7.3.1 Grundsätzliches zur Ähnlichkeitstheorie	263
2.7.3.2 Modellgesetze	265
2.7.3.3 Verfahrenstechnische Primäraufgaben	267
2.7.3.4 Leistungsberechnung	270
2.7.3.5 Maßstabsvergrößerung von Rührwerkbioreaktoren	276
2.7.3.6 Synchronisierte Parallelfermentation	279
2.7.4 Bilanzierung und Transportmechanismen	283
2.7.4.1 Bilanzgleichungen	283
2.7.4.2 Transportvorgänge	285
2.7.4.3 Wärmeleitung	291
2.7.4.4 Stoff-, Wärme- und Impulstransport an Phasengrenzen	293
2.7.4.5 Wandlungsgeschwindigkeiten	295
2.7.4.6 Design von verfahrenstechnischen Apparaten	296
2.7.4.7 Umsatz, Ausbeute, Selektivität	306
2.7.5 Zufall und Statistik in der Verfahrenstechnik	307
2.7.6 Dimensionsanalyse	309
3 Mosaik der Bioverfahrensentwicklung	327
3.1 Verknüpfung aller Aufgabengebiete	329
3.2 Logistik	333
3.3 Einfluss auf die Ökologie	334
3.3.1 Bakterieller Aspekt	334
3.3.2 Stoffaspekte	338
3.4 Ringschlüssel	340
3.5 Behördenengineering: GMP-Richtlinien, Genehmigungsgrundlagen, Gesetze und Verodnungen	341
3.5.1 Allgemeine Informationen zu GMP	341
3.5.2 Planung, Ausrüstung und Layouten eines Wirkstoffbetriebes unter Maßgabe der Anforderungskataloge	342
3.5.3 Empfehlungen und Hilfestellungen zur Validierung	344
3.5.3.1 Begriffsdefinition und Zielsetzung	344
3.5.3.2 Qualifizierung	344
3.5.3.3 Durchführung	344
3.5.4 Gesetze zur Regelung der Planung und des Betriebs von bioverfahrenstechnischen Anlagen	346
3.5.4.1 Das Gentechnik-Gesetz und die Verwaltungsvorschriften (GentG, GenTSV)	347
3.5.4.2 Bau und Ausrüstung gem. Anh. III–V GenTSV zu den Sicherheitsstufen 1–4	350
3.5.4.3 Anhang IV und V	365
3.5.5 Wichtige Internetadressen	365
4 Bioreaktionstechnik in Laborgefäßen	367
4.1 Allgemeine Betrachtungen	367
4.2 Beschreibung des kleinsten Bioreaktors	370
4.2.1 Geometrische Zusammenhänge	370
4.2.2 Unterscheidung von Kolbenreaktoren hinsichtlich des Energieeintrags	373
4.3 Leistungseintrag in Kolbenreaktoren	374
4.3.1 Untersuchungen zum Schüttelkolben (SK)	374
4.3.2 Korrelationsgleichungen zur Berechnung der Leistungsdichte	378
4.3.3 Leistungseintrag in ein Becherglas	383
4.4 Sauerstofftransferraten (OTR) in Kolbenreaktoren	386
4.4.1 Sauerstoffeintrag in den Schüttelkolben	387
4.4.1.1 Korrelationsgleichungen zur Berechnung des Sauerstoffeintrages	387
4.4.1.2 Untersuchungen zum Sauerstoffeintrag in Schüttelkolben	389
4.4.1.3 Ähnlichkeitstheorie beim Schüttelkolben	391
4.4.2 Sauerstofftransfer im Magnetfischkolben (Glasflasche)	393
4.4.3 Ähnlichkeitstheorie beim gerührten System (Glasflasche)	395
5 Upstream-Processing	397
5.1 Lagerung und Logistik	397
5.2 Anmaischprozesse	402
5.3 Konditionierungsprozesse	403
5.4 Reinigungsprozesse (CIP, cleaning in place)	408
5.5 Sterilisationsprozesse (SIP, sterilization in place)	416
5.5.1 Allgemeines	416
5.5.2 Sterilfiltration	417
5.5.3 Chemische und enzymatische Sterilisation	417
5.5.4 Inaktivierung durch Strahleneinwirkung	419
5.5.5 Hitzesterilisation	419
5.5.5.1 Ermittlung der Inaktivierungskinetik	420
5.5.5.2 Modell für eine Mischkulturkinetik	423
5.5.5.3 Mediumskriterium	428
5.5.5.4 Sterilisationsarbeitsdiagramm und Scale-up	432
5.5.5.5 Kontinuierliche Sterilisation (Durchlaufsterilisation)	435
5.6 Virusinaktivierung bei Pharmazeutika	441
6 Stoffumwandlung	445
6.1 Bildung der Biokatalysatoren (Zellwachstum)	445
6.1.1 Vermehrungsmechanismen	445
6.1.2 Phasen der Biokatalysatorbildung (Zellwachstum)	449
6.1.3 Modelle zur Beschreibung des Wachstums	452
6.1.3.1 Nicht strukturierte, verteilte Modelle	453
6.2 Beschreibung der Produktbildung	460
6.2.1 Allgemeines	460
6.2.2 Produktbildungsraten	464
6.3 Enzymkatalysierte biotechnologische Reaktionen	465
6.3.1 Inhibierung von Enzymen (Enzymhemmung)	467
6.3.1.1 Kompetitive Inhibierung	467
6.3.1.2 Unkompetitive Inhibierung	467
6.3.1.3 Nichtkompetitive Hemmung	468
6.3.1.4 Substratinhibierung	468
6.3.1.5 Allosterische Inhibierung (Hemmung)	468
6.3.2 Homogene Enzymkatalyse	468
6.3.2.1 Auslegung einer Enzymreaktion: Bestimmung der Enzymanfangsmenge	469
6.3.3 Heterogene Enzymkatalyse	471
6.3.3.1 Zylindrische Einzelpore	472
6.4 Sauerstoffversorgung eines Mycel-Pellets	477
6.5 Modellierung und Simulation	479
6.5.1 Voraussetzungen	479
6.5.2 Experimentalmethoden und Simulation auf einem PC/MAC	481
6.5.2.1 Batch-Fermentation	481
6.5.2.2 Fed-Batch-Fermentation	482
6.5.3 Stabilitätsprüfung von Gleichgewichtspunkten	484
6.5.3.1 Berechnung der Eigenwerte	486
6.5.3.2 Dynamisches Modell	489
7 Downstream-Processing	493
7.1 Mechanische Trennung	494
7.1.1 Filtration – Mikrofiltration	494
7.1.1.1 Aufgaben- und Funktionsprinzipien	494
7.1.1.2 Verfahrens- und Betriebsweisen	495
7.1.1.3 Berechnungs- und Auslegungsdaten	498
7.1.1.4 Bauarten der einzelnen Typen	517
7.1.1.5 Auswahlkriterien, Einsatzbeispiele, Auslegungsbeispiele	520
7.1.2 Sedimentation	520
7.1.2.1 Aufgaben- und Funktionsprinzipien	520
7.1.2.2 Verfahrens- und Betriebsweisen	520
7.1.2.3 Berechnungs- und Auslegungsdaten	520
7.1.2.4 Bauarten von Sedimentationsanlagen	522
7.1.3 Flotationsprinzip	523
7.1.4 Zentrifugation	526
7.1.4.1 Aufgaben und Funktionsprinzipien	526
7.1.4.2 Verfahrens- und Betriebsweisen	526
7.1.4.3 Berechnungs- und Auslegungsdaten	527
7.1.4.4 Bauarten der einzelnen Typen	528
7.1.5 Ultraschallseparation	529
7.2 Zerteilung von Stoffen	533
7.2.1 Aufgaben und Funktionsbeschreibung	533
7.2.1.1 Aufgabe der Desintegration	535
7.2.1.2 an den Zellaufschluss	536
7.2.2 Verfahren und Betriebsweisen	536
7.2.2.1 Aufschlussmethoden	537
7.2.2.2 Desintegration mittels Druckentspannung im Hochdruckhomogenisator (HDH)	537
7.2.2.3 Desintegration durch Prall-Druck-Zerkleinerung in einer Rührwerkskugelmühle (RKM)	538
7.2.2.4 Prinzip der Prall-Druck-Zerkleinerung	538
7.2.2.5 Einflussgrößen auf die Desintegration in der Rührwerkskugelmühle	539
7.2.3 Berechnungs- und Auslegungsdaten	540
7.2.3.1 Allgemeine Betrachtungen	540
7.2.3.2 Aufschlussgrad bei der Desintegration	541
7.2.3.3 Homogenisationsdruckdifferenz ?p	541
7.2.3.4 Zulaufkonzentration	542
7.2.3.5 Temperatur	543
7.2.3.6 Auslegung des Hochdruckhomogenisators	543
7.2.3.7 Rührelementeumfangsgeschwindigkeit	544
7.2.3.8 Größe der Mahlkörper	546
7.2.3.9 Dichte der Mahlkörper ?MK	547
7.2.3.10 Mahlkörperfüllgrad	547
7.2.3.11 Design von Rührwerk und Mahlraum	548
7.2.3.12 Volumenstrom	548
7.2.3.13 Zulaufkonzentration und Temperatur	549
7.2.3.14 Auslegung der Rührwerkskugelmühle	549
7.2.4 Bauarten von Zerkleinerern	550
7.2.4.1 Hochdruckhomogenisatoren	550
7.2.4.2 Bauprinzip	552
7.2.5 Auswahlkriterien, Beispiele	552
7.2.5.1 Allgemeiner Überblick über Zerkleinerungstechniken	552
7.2.5.2 Praktische Beispiele zum Zellaufschluss	553
7.3 Vereinigung von Stoffen	553
7.3.1 Aufgaben und Funktionsbeschreibung	553
7.3.2 Verfahren und Betriebsweisen	558
7.3.3 Berechnungs- und Auslegungsdaten	558
7.3.4 Bauarten von Mischsystemen	563
7.3.5 Auswahlkriterien, Beispiele	564
7.4 Wärmeübertragung	566
7.4.1 Aufgaben und Funktionsbeschreibung	566
7.4.2 Verfahren und Betriebsweisen	568
7.4.3 Berechnungs- und Auslegungsdaten	568
7.4.4 Bauarten von Wärmeaustauschern	575
7.4.5 Auswahlkriterien, Beispiele	577
7.5 Thermische Trennung – Destillation, Rektifikation	578
7.5.1 Aufgaben und Funktionsbeschreibung	578
7.5.2 Verfahren und Betriebsweisen	579
7.5.3 Berechnungs- und Auslegungsdaten	583
7.5.4 Bauarten von Destillations- und Rektifikationsapparaten	588
7.5.5 Auswahlkriterien, Beispiele	590
7.6 Absorption	592
7.6.1 Aufgaben und Funktionsbeschreibung	592
7.6.2 Verfahren und Betriebsweisen	593
7.6.3 Berechnungs- und Auslegungsdaten	595
7.6.4 Bauarten von Absorbern	601
7.6.5 Auswahlkriterien, Beispiele	602
7.7 Adsorption	603
7.7.1 Aufgaben und Funktionsbeschreibung	603
7.7.2 Verfahren und Betriebsweisen	605
7.7.3 Berechnungs- und Auslegungsdaten	607
7.7.4 Bauarten von Adsorbern	609
7.7.5 Auswahlkriterien, Beispiele	610
7.8 Extraktion	611
7.8.1 Aufgaben und Funktionsbeschreibung	611
7.8.2 Verfahren und Betriebsweisen	612
7.8.2.1 Wässriges Zweiphasensystem	616
7.8.2.2 Hochdruck-Mehrphasengleichgewichte	617
7.8.3 Berechnungs- und Auslegungsdaten	618
7.8.4 Bauarten von Extraktoren	622
7.8.5 Auswahlkriterien, Beispiele	623
7.9 Kristallisation	624
7.9.1 Aufgaben und Funktionsbeschreibung	624
7.9.2 Verfahren und Betriebsweisen	625
7.9.3 Berechnungs- und Auslegungsdaten	628
7.9.4 Bauarten von Kristallisatoren	631
7.9.5 Auswahlkriterien	633
7.10 Trocknung	633
7.10.1 Aufgaben- und Funktionsprinzipien	633
7.10.1.1 Einführung	633
7.10.1.2 Funktionsprinzipien	634
7.10.1.3 Allgemeine Literaturhinweise zur Trocknungstechnik	636
7.10.2 Verfahrens- und Betriebsweisen	636
7.10.2.1 Konvektionstrocknung	636
7.10.2.2 Kontakttrocknung	637
7.10.2.3 Gefriertrocknung	637
7.10.3 Berechnungs- und Auslegungsdaten	637
7.10.3.1 Grundlagen	637
7.10.3.2 Vakuumkontakttrocknung	638
7.10.3.3 Konvektive Trocknung	639
7.10.3.4 Scale-up-Methoden und Produkteigenschaften	640
7.10.4 Bauarten von Trocknern	641
7.10.4.1 Einleitende Bemerkungen	641
7.10.4.2 Konvektive Trockner	641
7.10.4.3 Kontakttrockner	645
7.10.5 Auswahlkriterien, Vorgehen und Auslegung	647
7.10.5.1 Auswahlkriterien	647
7.10.5.2 Vorgehen bei der Verfahrensentwicklung	647
7.10.5.3 Scale-up über charakteristische Größen	648
7.11 In-vitro-Refolding	649
7.11.1 Aufgaben und Funktionsbeschreibung	649
7.11.1.1 Gründe für Refolding	652
7.11.2 Verfahren und Betriebsweisen	654
7.11.2.1 Der Verlauf einer In-vitro-Renaturierung	654
7.11.3 Berechnungs- und Auslegungsdaten	656
7.11.3.1 Kinetische Konkurrenz zwischen Faltung und Aggregation	656
7.11.3.2 Molekulare Chaperone	656
7.11.3.3 Synthetische Faltungshilfsmittel	658
7.11.3.4 Konformationsspezifische Liganden	659
7.11.3.5 Lösungsmittelzusätze (Cosolvents)	660
7.11.3.6 In-vitro-Protein-(Rück-)faltung	661
7.11.4 Bauarten von Refolding-Operationen	663
7.11.5 Einige Aspekte aus kommerziellen Verfahren	664
7.12 Proteinaufreinigung und Chromatographie	665
7.12.1 Aufgaben und Funktionsbeschreibung	666
7.12.2 Verfahren und Betriebsweisen	667
7.12.2.1 Adsorptionschromatographie	669
7.12.2.2 Ionenaustauschchromatographie	670
7.12.2.3 Gelchromatographie (Gelfiltration)	672
7.12.2.4 Affinitätschromatographie	674
7.12.2.5 Verteilungschromatographie	675
7.12.2.6 Reverse-Phase-Chromatographie (RPC)	676
7.12.2.7 Elutionsvolumen	679
7.12.3 Betrieb von Chromatographieanlagen	679
7.12.4 Berechnungs- und Auslegungsdaten	680
7.12.5 Bauarten von Chromatographieanlagen	683
7.12.6 Auswahlkriterien, Beispiele	690
8 Integrierte Prozesse und Verfahrensentwicklung	693
8.1 Aufbau und Darstellung eines Prozesses	693
8.2 Vorgehensweise bei der Verfahrensentwicklung	700
8.2.1 Phasen der Bioverfahrensentwicklung	700
8.2.2 Miniplant-Technologie	702
8.2.3 Auswahl der Prozessführung	707
8.3 Sicherheitsaspekte bei der Verfahrensentwicklung	713
8.3.1 Nutzen und Gefahren der Gentechnologie	713
8.3.2 Sicherheitsbetrachtung	715
8.3.2.1 Konzept einer Sicherheitsbetrachtung	716
8.3.2.2 Sicherheitsbetrachtung in Form von Störfallszenarien	721
8.4 Prozessintegrierter Umweltschutz	724
8.4.1 Definition des Prozessintegrierten Umweltschutzes	724
8.4.2 Wärmeverbund als Integrationselement	725
8.4.3 Prozesstechnische Integrationselemente	729
8.4.3.1 Recycling als Umweltschutzmaßnahme	729
8.4.3.2 Abwasserentsorgung	730
8.4.3.3 Abgasbehandlung	731
9 Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen	735
9.1 Methoden zur Kostenanalyse eines Verfahrens	735
9.1.1 Strukturen von Kostenschätzungsmethoden	735
9.1.2 Produktionskostenschätzung	739
9.2 Wirtschaftlichkeitsbetrachtung mittels Short-cut-Methoden	747
9.2.1 Möglicher Aufbau einer Short-cut-Methode	747
9.2.2 Ermittlung der Ausgangssubstanzmengen	750
9.2.3 Entsorgungsbilanz	751
9.2.4 Abschätzung des Energiebedarfes	751
9.2.4.1 Abschätzung des Dampfbedarfes	751
9.2.4.2 Abschätzung des Strombedarfes	752
9.2.4.3 Abschätzung des Kühlwasserbedarfes	753
9.2.5 Personalplanung	754
9.2.6 Short-cut-Apparateauslegung zur Apparatekostenschätzung	755
10 Verfahrensbeispiele	761
10.1 Einleitung	761
10.2 Allgemeine Prozessschemata	764
10.2.1 Upstream- und Reaktionsmodule	764
10.2.2 Produktion eines gelösten, extrazellulär exprimierten Produktes	768
10.2.3 Produktion eines gelösten, intrazellulär exprimierten Produktes	771
10.2.4 Produktion eines ungelösten, intrazellulär exprimierten Produktes	772
10.2.5 Produktion eines ungelösten, extrazellulär exprimierten Produktes	776
10.3 Auslegungsbeispiel: b-Galactosidase	777
10.3.1 Fermentative Herstellung von b-Galactosidase	778
10.3.1.1 Prozessbegleitendes Monitoring	784
10.3.1.2 Sauerstoffaufnahmerate (OUR), CO2-Bildungsrate (CPR) und Respirationskoeffizient (RQ) über Fermentationszeit	790
10.3.1.3 Bestimmung der maximalen spezifischen Wachstumsrate µmax	792
10.3.1.4 Berechnung der Ertragskoeffizienten	792
10.3.1.5 Berechnung des kL·a-Wertes	793
10.3.1.6 Diskussion der Ergebnisse und Fehlerdiskussion	794
10.3.2 Aufarbeitung der fermentativ gewonnenen b-Galactosidase	795
10.3.2.1 Ernte und Abtrennung der Biomasse	796
10.3.2.2 Zellaufschluss	797
10.3.2.3 Extraktion	799
10.3.2.4 Aufkonzentrierung	801
10.3.2.5 Gelchromatographie	802
10.3.2.6 Ermittlung der Gesamtausbeute	803
10.3.3 Wirtschaftlichkeit	803
10.3.3.1 Apparate- und Maschinenauslegung	805
10.3.3.2 Energiebetrachtungen	825
10.3.3.3 Strom	826
10.3.3.4 Ermittlung des Kühlwasserbedarfs	829
10.3.3.5 Ermittlung der Stoffströme	831
10.3.3.6 Ermittlung der Abwasserstoffströme	831
10.3.3.7 Apparateliste mit Ermittlung der Investitionen	831
10.3.3.8 Ergebnisdarstellung	835
10.3.3.9 Diskussion	835
Stichwortverzeichnis	849

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