Vorlesung 12

Advantages:

• prevent shear stress

• better oxygen supply

• moderate energy consumption

• easy sterilazation

• homogenic in reactor

Disadvantages:

• The disadvantages are the negative advantages of external Loop

advantages:

• good fouling control by cross flow

• easy to replace

• easy to implement in an existing systems

Disadvantages:

• Advantages of the internal Loop

1. Upstream Processing:

   • Sterile Filtration: Entfernung von Mikroorganismen aus Nährmedien.

   • Mikrofiltration (MF): Zellrückhaltung aus Fermentationsbrühe.

   • Virusfiltration: Schutz vor viraler Kontamination.

   • Tangentialflussfiltration (TFF): Zellernte und Zellkonzentration.

2. Downstream Processing:

   • Ultrafiltration (UF): Konzentrierung und Reinigung von Biomolekülen (Proteine, Enzyme, Antikörper).

   • Membranchromatographie: Trennung und Reinigung von Biomolekülen.

   • Diafiltration: Austausch von Pufferlösungen zur Aufreinigung.

1. Arbeitsweise:

   • Kombination von biochemischer Reaktion und Membrantrennung in einer Einheit.

   • Membran entfernt selektiv Produkte oder unerwünschte Nebenprodukte.

   • Enzyme oder Mikroorganismen können immobilisiert oder suspendiert sein.

2. Vorteile:

   • Prozessintensivierung (weniger Prozessschritte).

   • Höhere Produktausbeute durch schnelle Entfernung toxischer Nebenprodukte.

   • Erhöhte Zell- oder Enzymkonzentration durch Retention.

1. Selektive Produktentfernung (z. B. kontinuierliche Extraktion eines Produkts).

2. Retention von Katalysatoren (z. B. Enzyme oder Mikroorganismen).

3. Kontrollierte Substratzufuhr (z. B. Sauerstoff oder Nährstoffe).

1. Virusfiltration entfernt Viren durch Größenausschluss und Adsorption an Membranoberflächen.

2. Wichtig in der pharmazeutischen Industrie, da strenge Anforderungen gelten:

   • <1 Viruspartikel pro Million Dosen erlaubt.

3. Log Reduction Value (LRV) gibt an, wie effektiv Viren zurückgehalten werden (typisch LRV > 4).

1. Dead-End-Filtration:

   • Feedlösung fließt senkrecht zur Membran.

   • Vorteile: Einfach, kostengünstig.

   • Nachteile: Schnelles Fouling, häufige Membranreinigung nötig.

2. Cross-Flow-Filtration:

   • Feed fließt parallel zur Membran, wodurch Partikel mitgerissen werden.

   • Vorteile: Reduziertes Fouling, höhere Lebensdauer der Membran.

   • Nachteile: Höherer Energieverbrauch.

1. Fouling (Verschmutzung der Membran durch Proteine, Zellen, Lipide).

2. Skalierbarkeit (Membranen müssen effizient für große Produktionsmengen angepasst werden).

3. Mechanische Stabilität (Membranen müssen lange Betriebszeiten aushalten).

4. Sterilität (Einweg-Membransysteme oder autoklavierbare Membranen erforderlich).

1. Niedriger Druckverlust (keine dichte Packung nötig).

2. Konvektionsgetriebene Trennung (schneller als diffusiongetriebene Trennung in Säulen).

3. Kein Verdichten der Packung (bei Säulen kann sich die Packung mit der Zeit setzen).

4. Einfachere Skalierung (Membranen können leicht vergrößert werden).

• Upstream Processing: Fokussiert auf den Aufbau der Biomasse durch Zellkultivierung und Optimierung der Wachstumsbedingungen. Hier liegt der Schwerpunkt auf der Erzeugung einer hohen Zellzahl und der Produktion der Ausgangsmaterialien.

• Downstream Processing: Konzentriert sich auf die Gewinnung, Trennung und Reinigung des gewünschten Produkts aus der Kulturbrühe. Dabei stehen die Aufbereitung und Veredelung des Produkts im Vordergrund.

Diese Phasen ergänzen sich in einem biotechnologischen Gesamtprozess, wobei die Effizienz und Qualität des Endprodukts stark von der sorgfältigen Auslegung beider Bereiche abhängen.