Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB
Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB
© Gunter Binsack / Fraunhofer CBP
In der Pilotanlage am Fraunhofer-Zentrum für Chemisch-Biotechnologische Prozesse CBP stellen Forscher Erdölersatzstoffe aus nachwachsenden Rohstoffen her.

© Gunter Binsack / Fraunhofer CBP

Bioprozess-Skalierung

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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.

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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.

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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

Referenzprojekte

Enzymherstellung

 

Enzymprozesse

 

Fermentationsverfahren

Kombinierte Verfahren

 

Forschungsinfrastruktur

Infomaterialien

 

Broschüre »Industrielle Biotechnologie - Die Natur als chemische Fabrik«

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Wissenschaftliche Publikationen

Jahr
Year		Titel/Autor:in
Title/Author		Publikationstyp
Publication Type
2012 Milchsäurebakterien für die Herstellung von Milchsäure aus Weizenstroh
Zibek, S.; Gronen, A.; Hirth, Thomas; Rupp, S.		 Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2012 Untersuchungen zur Synthese von optimierten Mannosylerythritollipiden
Zibek, S.; Günther, Michael; Hirth, Thomas; Rupp, S.		 Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2012 Untersuchung der Stickstoffregulation der Gibberellin-Synthese von Fusarium fujikuroi
Elter, T.; Albermann, S.; Krischke, W.; Hirth, Thomas; Tudzynski, B.		 Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2012 Selektive Konversion lignocellulosehaltiger Materialien als Plattformtechnologie für biobasierte Chemikalien
Zibek, S.; Ludwig, D.; Hirth, Thomas; Rupp, S.		 Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2012 Stoffliche Nutzung von Lignin. Ein Beitrag zur ganzheitlichen stofflichen Nutzung von Biomasse. Tl. 2: Chemische und biochemische Spaltung von Lignin in Aromaten
Hirth, Thomas; Unkelbach, G.; Zibek, S.; Staiger, Nadine; Leschinsky, Moritz		 Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2011 Chemo-enzymatic epoxidation of fatty acids and triacylglycerides from various plant oils
Haitz, Fabian; Hirth, Thomas; Rupp, Steffen; Zibek, Susanne		 Konferenzbeitrag
Conference Paper
2011 Chitin-converting enzymes
Moß, K.; Zibek, S.; Hirth, Thomas; Rupp, S.		 Aufsatz in Buch
Book Article
2011 Biobasierte Monomere und Polymere
Hirth, Thomas; Fehrenbacher, Ulrich; Kowollik, Kristian; Krischke, Wolfgang; Krügener, Sven; Rupp, Steffen; Schweppe, Rainer; Unkelbach, Gerd; Zibek, Susanne		 Aufsatz in Buch
Book Article
2011 Co-cultured production of lignin-modifying enzymes with white-rot fungi
Qi-he, C.; Krügener, Sven; Hirth, Thomas; Rupp, S.; Zibek, S.		 Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2011 From lignocellulose to platform chemicals
Ludwig, Daniel; Gronen, Angela; Hirth, Thomas; Rupp, Steffen; Zibek, Susanne		 Konferenzbeitrag
Conference Paper
2011 Co-cultured production of lignin-modifying enzymes with white-rot fungi and its potential application
Krügener, Sven; Qi-he, Chen; Hirth, Thomas; Zibek, Susanne; Rupp, Steffen		 Konferenzbeitrag
Conference Paper
2011 Biotechnological synthesis of long-chain dicarboxylic acids as building blocks for polymers
Huf, Sabine; Krügener, Sven; Hirth, Thomas; Rupp, S.; Zibek, S.		 Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2010 Synthese und Optimierung von Cellobioselipiden und Mannosylerythritollipiden
Rupp, S.; Zibek, S.; Günther, M.; Hirth, Thomas		 Konferenzbeitrag
Conference Paper
2010 Production of alpha-, omega-dicarboxylic acids via biotransformation of fatty acids by the use of Candida tropicalis
Huf, S.; Wagner, Wenke; Hirth, Thomas; Rupp, S.; Zibek, S.		 Konferenzbeitrag
Conference Paper
2010 Wheat straw - making a natural carbon source accessible for industry
Ludwig, Daniel; Hirth, Thomas; Rupp, S.; Zibek, S.		 Konferenzbeitrag
Conference Paper
2010 Weizenstroh - Eine potenzielle Rohstoffquelle für die chemische Industrie
Ludwig, D.; Hirth, Thomas; Rupp, S.; Zibek, S.		 Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2010 Biotechnological process development for the production of C5 and C6 sugars as bio-based building blocks from lignocellulose
Ludwig, Daniel; Hirth, Thomas; Rupp, S.; Zibek, S.		 Konferenzbeitrag
Conference Paper
2010 Laccase-katalysierte Detoxifizierung von löslichen Ligninabbauprodukten in vorbehandelten Lignocellulose-Hydrolysaten
Zibek, S.; Rupp, S.; Hirth, Thomas; Amann, M.; Ludwig, Daniel		 Konferenzbeitrag
Conference Paper
2010 New chitinolytic organisms for the degradation of chitin to N-acetylglucosamine
Moß, K.; Hirth, Thomas; Rupp, S.; Zibek, S.		 Konferenzbeitrag
Conference Paper
2010 Expression of codon optimized Bacillus cereus Phospholipase C in Kluyveromyces lactis
Krügener, Sven; Hirth, Thomas; Zibek, S.; Rupp, S.		 Konferenzbeitrag
Conference Paper
2010 Stoffliche Nutzung von Lignocellulose - Detoxifikation von Aufschlusslösungen mit immobilisierter Laccase
Ludwig, D.; Amann, M.; Hirth, Thomas; Rupp, S.; Zibek, S.		 Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2010 Selective synthesis and tailoring of glycolipid biosufactants
Günther, M.; Hirth, Thomas; Rupp, S.; Zibek, S.		 Konferenzbeitrag
Conference Paper
2010 Screening for microorganisms for the synthesis of acetic acid and lactic acid out of wheat straw hydrolysate at low pH
Gronen, A.; Hirth, Thomas; Rupp, S.; Zibek, S.		 Konferenzbeitrag
Conference Paper
2010 Mikrobielle Synthese von Biotensiden
Günther, Michael; Zibek, S.; Hirth, Thomas; Rupp, S.		 Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2010 Identification of yeast strains for the synthesis of a,w-dicarboxylic acids
Huf, S.; Wagner, Wenke; Hirth, Thomas; Zibek, S.; Rupp, S.		 Konferenzbeitrag
Conference Paper
2010 Mikroorganismen zur stofflichen Nutzung von Stroh-Hydrolysat
Gronen, A.; Hirth, Thomas; Rupp, S.; Zibek, S.		 Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2010 Production and optimization of cellobiose lipids and mannosylerythritol lipids
Günther, M.; Hirth, Thomas; Rupp, S.; Zibek, S.		 Konferenzbeitrag
Conference Paper
2010 Production of a,w-dicarboxylic acids via biotransformation of fatty acids by the use of Candida tropicalis
Huf, S.; Wagner, Wenke; Hirth, Thomas; Rupp, S.; Zibek, S.		 Konferenzbeitrag
Conference Paper
2010 Wheat straw - making a natural carbon source accessible for industry
Ludwig, Daniel; Hirth, Thomas; Rupp, S.; Zibek, S.		 Konferenzbeitrag
Conference Paper
2010 Identification of qualified microorganisms for the usage of wheat straw hydrolysate for the synthesis of acetic acid and lactic acid
Gronen, A.; Hirth, Thomas; Rupp, S.; Zibek, S.		 Konferenzbeitrag
Conference Paper
2009 Prozessentwicklung zur Herstellung von NAG mit neuen Chitinasen
Moß, K.; Zibek, S.; Hirth, Thomas; Rupp, S.		 Konferenzbeitrag
Conference Paper
2009 New chitinases for the industrial biotechnology
Moß, K.; Zibek, S.; Hirth, Thomas; Rupp, S.		 Konferenzbeitrag
Conference Paper
2009 Fermentative Herstellung der α,ω-Dicarbonsäure 1,18-Oktadecendisäure als Grundbaustein für biobasierte Kunststoffe
Zibek, Susanne; Huf, Sabine; Wagner, Wenke; Hirth, Thomas; Rupp, S.		 Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
Diese Liste ist ein Auszug aus der Publikationsplattform Fraunhofer-Publica

This list has been generated from the publication platform Fraunhofer-Publica

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.

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