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Pellets filamentöser Mikroorganismen

Untersuchung und Modellierung der mechanischen und Oberflächen-induzierten Beanspruchung von Pellets filamentöser Mikroorganismen am Beispiel von Lechevalieria aerocolonigenes

Fördergeber: DFG

Ansprechpartner : Marcel Schrader

Zusammenfassung des Gesamtprojektes:

Das Projekt ist Teil des DFG-Schwerpunktprogramms SPP 1934, welches „Dispersitäts-, Struktur- und Phasenänderungen von Proteinen und biologischen Agglomeraten in biotechnologischen Prozessen“ ins Zentrum der Forschung stellt. Speziell filamentöse Mikroorganismen sind in der industriellen Biotechnologie zur Herstellung von chemischen und pharmazeutischen Produkten weit verbreitet. Dabei kann die Morphologie der Mikroorganismen in Abhängigkeit der Prozessparameter (z. B. pH-Wert, Medienzusammensetzung, mechanischer Stress, Inokulumskonzentration) von einem dispersen Myzel bis zu einem dicht verzweigten Pellet reichen. In diesem Projekt wird in Zusammenarbeit mit dem Institut für Bioverfahrenstechnik der Effekt durch den Zusatz von Mikro- (< 30 µm) und Makropartikeln (bis zu 5 mm) auf die Morphologie und damit auch auf die Produktivität des filamentösen Actinomyceten Lentzea aerocolonigenes untersucht. Beim Einsatz beider Partikelarten konnten bereits deutlich erhöhte Konzentrationen des antibiotischen Produkts Rebeccamycin beobachtet werden, was scheinbar auf unterschiedliche Phänomene zurückzuführen ist: physikochemische Oberflächeneffekte bei Zusatz von Mikropartikeln und mechanische Beanspruchung bei Hinzugabe von Makropartikeln zum Kultivierungsansatz. Durch die Verknüpfung von Experimenten und Simulationen sollen im Rahmen des Projektes die zugrundeliegenden Wirkmechanismen identifiziert und quantifiziert werden, um empirisch-mechanistische Modelle aufzubauen.

Ziele und Aufgaben des iPAT

  • CFD-DEM-Simulationen zur Quantifizierung der Intensität und der Häufigkeit an partikelinduzierten, mechanischen Beanspruchungen auf Makroebene (Bioreaktor)
  • Ermittlung des mikro-mechanischen Verhaltens von Pellets und Hyphen
  • Untersuchung von Dispersitäts- und Strukturänderungen bei einem mechanisch beanspruchten Pellet mittels strukturaufgelösten DEM-Simulationen
  • Modellierung von Dispersitäts- und Strukturänderungen mittels Populationsbilanzen
  • Chemische Oberflächenmodifizierung von Mikropartikeln und die Charakterisierung der physikochemischen Mikroorganismus-Partikel-Wechselwirkungen

 

Projektpartner:Lehrstuhl für Systemverfahrenstechnik, TUM; Institut für Prozess- und Verfahrenstechnik, TU Berlin; Institut für Biotechnologie, TU Berlin; Fachgebiet Verfahrenstechnik, TU Berlin

CFD-DEM-Simulation eines Schüttelkolbens mit Glaskugeln
Darstellung der Beanspruchung eines Pellets
Pelletschnitt mit Mikropartikelkern

Abb. : CFD-DEM-Simulation eines Schüttelkolbens mit Glaskugeln (links), Darstellung der Beanspruchung eines Pellets (Mitte), Pelletschnitt mit Mikropartikelkern (rechts)

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