Das INFORS Kochbuch: Grundwissen, Rezepte und Strategien für mikrobielle Prozesse

Inhalt
Einleitung
Einleitung 3
1. Bioreaktor-Grundlagen 5
1.1 Wozu ein Bioreaktor? 5
1.2 Aufbau und Komponenten 5
1.3 Funktionsweise 6
Gerührt oder geschüttelt? 6
Temperaturmessung und -regelung 7
pH-Messung und -Regelung 7
Nährstoffe hinzufügen 8
Begasung 8
Druckmessung und -kontrolle 9
Schaumbildung vermeiden 9
2. Bioprozess-Grundlagen 11
2.1 Mikroorganismen 11
Bakterien 11
Hefe 12
Pilze 12
2.2 Der Bioprozess 12
2.3 Was geschieht nach dem Bioprozess? 15
3. Aufbau, Vorbereitung und
Durchführung eines Bioprozesses 19
3.1 Bioreaktor vorbereiten 19
3.2 Nährmedium hinzufügen 22
3.3 Wenn der Spass dann vorüber ist... 23
4. Bioprozessstrategien und
deren Steuerung 25
4.1 Batch 25
4.2 Fed-Batch 25
4.3 Kontinuierlicher Kulturbetrieb 26
4.4 Weitere Sonderformen der
Prozessführung 26
4.5 Massstabsübertragung bei der Prozessund
Medienentwicklung 27
5. Anwendungsbeispiele 29
5.1 Saccharomyces cerevisiae-
Kultivierung 29
5.1.1 Grundaufbau 29
5.1.2 Workflow 29
5.2 Escherichia coli-Kultivierung 33
5.2.1 Grundaufbau 33
5.2.2 Workflow 33
5.3 Pichia pastoris-Kultivierung 38
5.3.1 Grundaufbau 38
5.3.2 Workflow 38
6. Tipps für einen erfolgreichen
Bioprozess 45
6.1 Kontaminationen vermeiden 45
6.2 Wachstumsmaximierung durch Messung
der Gelöstsauerstoffkonzentration 45
6.3 Kulturvolumen beibehalten 45
6.4 Schaumbildung vermeiden 45
6.5 Funktionsfähiger Abgasfilter 46
6.6 Konstante Pumpengeschwindigkeit 46
6.7 Erfolgreiche Biomasseausbeute 46
6.8 Erfolgreiche Proteinausbeute 46
6.9 Tipps für Fed-Batch-Prozesse 47
7. Weiterführende Literatur 49
7.1 Biotechnologie 49
7.2 Bioprozesstechnik 49
7.3 Mikrobiologie 49
7.4 Praktische Laborarbeit 49
7.5 Populärwissenschaftliche Publikationen 49
8. Glossar 50
Nun ist es also soweit.
Endlich stehen Sie im Labor vor einem Bioreaktor und sind hochmotiviert, allerlei Experimente
mit dem Gerät zu starten.
Apropos starten: Wie schaltet man so einen Bioreaktor überhaupt an? Und dann? Mit
einem Blick ins Handbuch kann diese Frage geklärt werden, aber was ist mit der grundsätzlichen
Funktionsweise, zusätzlichen Tipps zur Vorbereitung und zur Durchführung
eines Bioprozesses? Womöglich wurde das eine oder andere Experiment schon einmal
durchgeführt. Könnte man dieses nicht am Anfang schlichtweg «nachkochen» anstatt
sich gleich in neuen Kreationen zu verlieren?
Darüber haben wir uns auch Gedanken gemacht. Schliesslich ist noch kein Bioprozess-
Experte vom Himmel gefallen.
Mit diesem Leitfaden möchten wir Ihnen eine Orientierung geben und Sie Schritt für
Schritt an den Bioprozess heranführen. Wir erklären, wie ein Bioreaktor funktioniert und
was darin passiert, wenn man Mikroorganismen mit Nährstoffen zusammenbringt. Wir
schauen uns die Grundlagen des Bioprozesses und die Strategien an, mit denen ein Bioprozess
zum gewünschten Erfolg geführt werden kann. Und wir werfen einen Blick auf
die üblichen Beteiligten, die Mikroorganismen. An dieser Stelle sei darauf hingewiesen,
dass dieses Dokument auf Bioreaktoren mit 0,5 L bis 10 L Arbeitsvolumen sowie aerobe,
mikrobielle Bioprozesse eingeht, auch wenn einige Erläuterungen durchaus auf grössere
oder kleinere Experimente anwendbar sind.
Wie in allen guten Kochbüchern befinden sich in diesem Dokument Rezepte.
Es sind Rezepte, die zur bestmöglichen Kultivierung von Mikroorganismen ausgelegt sind,
um jedes Missverständnis hinsichtlich Verwechslungen mit einem konventionellen Kochbuch
auszuschliessen. Klare Anleitungen, einen Ausblick auf das zu erwartende Ergebnis
und einige Tipps sollen helfen wunschgemäss auch genau dieses Ziel zu erreichen.
Natürlich ist es mit einem kleinen Leitfaden nicht getan. Der Bioprozess an sich ist nur ein
Schritt, dem Prozesse vorangehen, die sich mit der Vorbereitung der Mikroorganismen,
Kulturmedien, und Korrekturmittel beschäftigen. Und es gibt viele nachgelagerte Prozeduren,
bei denen das Ernten und das Weiterverarbeiten des Bioprozess-Ergebnisses im
Fokus stehen. Wir hoffen jedoch, dass wir Ihnen mit diesem «Kochbuch» den Schritt in
die Bioverfahrenstechnik erleichtern, die Neugierde wecken und die Angst vor vermeintlich
«dummen» Fragen nehmen – die wir uns im Übrigen beim Schreiben selbst gestellt
haben.
Wir freuen uns auf Rückmeldungen, die das Kochbuch verbessern und erweitern. Hinweise
und konstruktive Kritik nehmen wir gerne unter marketing@infors-ht.com entgegen.
Wir wünschen eine angenehme Lektüre!
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