Lehrveranstaltungen

Qualifikationsziele

Die Studierenden können biokinetische bzw. enzymatische Reaktionen, Stoffumsetzungen und Produktbildung beschreiben und für unterschiedliche Fragestellungen anwenden, so dass sie unter Beachtung verschiedener physikalischer und chemischer Randbedingungen durch den Einsatz von enzymatischen Prozessen verschiedene Lösungen erarbeiten können.

Literatur

(1) Atkinson B, Mavituna F (1991): Biochemical Engineering and Biotechnology Handbook. Stockton Press, New York.
(2) Bailey JE, Ollis DF (1986): Biochemical Engineering Fundamentals. McGraw Hill Book Company, New York.
(3) Dunn IJ, Heinzle E et al. (1992): Biological Reaction Engineering. VCH-Verlag Chemie, Weinheim.
(4) Blanch, H., Clark, D.S. (1997): Biochemical Engineering, Marcel Dekker, New York
(5) Chmiel, H., Takors, Ralf, Weuster-Botz, Dirk (Hrsg.): Bioprozesstechnik, 4. Auflage, Spektrum Akademischer Verlag, Springer, Heidelberg (2018) Pi
(6) Stephanopoulos G (1993): Biotechnology Vol. 3: Bioprocessing. VCH-Verlag Chemie, Weinheim.
(7) Schügerl K (1985): Bioreaktionstechnik Bd. 1: Grundlagen, Formalkinetik, Reaktortypen und Prozessführung. Salle und Sauerländer Verlag, Frankfurt a. M.  
(8) Villadsen, J., Nielsen, J., Lidén, G. (2011): Bioreaction Engineering Principles, Third edition, Springer, New York, Dordrecht, Heidelberg, London
(9) Hu, W.S. (2012): Cell Culture Bioprocess Engineering, Minnesota
(10) Fuchs, G., Schlegel, H.G. (2006):  Allgemeine Mikrobiologie, 8. Auflage, Georg Thieme Verlag, Stuttgart
(11) Doran, P.M. (2013): Bioprocess Engineering Principles, Second edition, Academic Press, Waltham (2013)
(12) Moo-Young, M. (ed.) (2018): Comprehensive Biotechnology, Third edition, Elsevier, Amsterdam (2011)

Qualifikationsziele

Die Studierenden können die unterschiedlichen Prozesse der Bioverfahrenstechnik nennen und beschreiben. Sie sind in der Lage, Berechnungen zur Auslegung und Maßstabsvergrößerung von Bioreaktoren durchzuführen. Sie vergleichen anhand von Bilanzen verschiedene Reaktorsysteme und können auf dieser Grundlage die benötigten Prozessparameter wählen und berechnen. Die Studierenden sind zudem in der Lage, das theoretisch erworbene Wissen auf reale Reaktoren zu übertragen. Die Studierenden können die Eignung verschiedener Prozessparameter für ein definiertes Problem bewerten. Die Studierenden können die Analogie zwischen Stoff-, Impuls- und Wärmetransport ableiten.

Inhalte

• Einführung und Definitionen
• Grundlegende Aufgaben von Bioreaktoren
• Verschiedene Reaktortypen
• Kennzahlen / Ähnlichkeitstheorie
• Transportprozesse in Bioreaktoren
• Fluiddynamik
• Rheologie
• Mehrphasensysteme in Bioreaktoren
• Bilanzierung von Bioprozessen
• Instrumentierung und Peripherie
• Praktikum: Bioreaktor; Rührkessel; Air-Lift-Schlaufenreaktor; Verweilzeit

In enger Anlehnung an die Vorlesung werden in der Übung Rechenbeispiele als Übungsaufgaben vergeben und diskutiert.

Literatur

(1) H. Chmiel: Bioprozesstechnik. Spektrum Akademischer Verlag - ISBN 978-3-8274-1607-0
(2) J. Nielsen, J. Villadsen: Bioreaction Engineering Principles, 2nd Ed., Kluwer Plenum Publishers - ISBN 0-306-47349-6
(3) V.V. Hass, R. Pörtner: Praxis der Bioprozesstechnik, Spektrum Akademischer Verlag - ISBN 978-3-8274-1795-4
(4) I.J. Dunn, E. Heinzle, J. Ingham, J.E. Prenosil: Biological Reaction Engineering, Wiley-VCH - ISBN 3-527-30759-1
(5) K. Schügerl, K.H. Bellgardt: Bioreaction Engineering, Springer Verlag - ISBN 3-540-66906-X
(6) Ullmann´s Biotechnology and Biochemical Engineering, Wiley-VCH - ISBN-13 978-3527316038 

Qualifikationsziele

Die Studierenden können die unterschiedlichen Prozesse der Bioverfahrenstechnik nennen und beschreiben. Sie sind in der Lage, Berechnungen zur Auslegung und Maßstabsvergrößerung von Bioreaktoren durchzuführen. Sie vergleichen anhand von Bilanzen verschiedene Reaktorsysteme und können auf dieser Grundlage die benötigten Prozessparameter wählen und berechnen. Die Studierenden sind zudem in der Lage, das theoretisch erworbene Wissen auf reale Reaktoren zu übertragen. Die Studierenden können die Eignung verschiedener Prozessparameter für ein definiertes Problem bewerten. Die Studierenden können die Analogie zwischen Stoff-, Impuls- und Wärmetransport ableiten.

Inhalte

• Einführung und Definitionen
• Biochemische / biotechnologische Grundlagen
• Grundlegende Aufgaben von Bioreaktoren
• Verschiedene Reaktortypen
• Enzym- und Wachstumskinetik
• Kennzahlen / Ähnlichkeitstheorie
• Transportprozesse in Bioreaktoren
• Rheologie
• Mehrphasensysteme in Bioreaktoren
• Bilanzierung von Bioprozessen
• Instrumentierung und Peripherie
• Praktikum: Bioreaktor; Rührkessel; Air-Lift-Schlaufenreaktor

In enger Anlehnung an die Vorlesung werden in der Übung Rechenbeispiele als Übungsaufgaben vergeben und diskutiert.

Literatur

(1) H. Chmiel: Bioprozesstechnik. Spektrum Akademischer Verlag, 2011
(2) V.V. Hass, R. Pörtner: Praxis der Bioprozesstechnik, Spektrum Akademischer Verlag, 2011
(3) J. Nielsen, J. Villadsen: Bioreaction Engineering Principles, 2nd Ed., Kluwer Plenum Publishers - ISBN 0-306-47349-6

Qualifikationsziele

Die Studierenden sind dazu befähigt, mit Mikro- und Makrokinetiken umzugehen und anzuwenden. Sie sind darüber hinaus in der Lage, erlernte Kenntnisse über heterogene Katalyseprozesse in praktische Anwendungen zu überführen. Die Studierenden verstehen ferner reaktionstechnische Grundbegriffe sowie die Prinzipien der thermodynamischen Grundlagen chemischer Reaktionen, der Mikrokinetik homogener Gas- und Flüssigkeitsreaktionen und der Makrokinetik bei Gas/Feststoff- und Fluid/Fluid-Reaktionen.

Inhalte

In der Vorlesung Chemische Reaktionskinetik werden reaktionstechnische Grundbegriffe und die thermodynamischen Grundlagen chemischer Reaktionen diskutiert und an Rechenbeispielen erläutert. Themen der nicht durch Stofftransportphänomene überlagerten Mikrokinetik homogener Gas- und Flüssigkeitsreaktionen umfassen den energetischen Ablauf einer Reaktion, molekulare Reaktionsmechanismen, unterschiedliche Reaktionsordnungen. Im Kapitel Makrokinetik werden stofftransportüberlagerte chemische Reaktionsphänomene bei Gas/Feststoff-Reaktionen im und am Katalysatorkorn sowie bei Fluid/Fluid-Reaktionen inkl. von Sorptionsvorgängen angesprochen.
In den begleitenden Übungen werden die in der Vorlesung dargelegten Grundlagen vertieft.

Literatur

(1) Atkins, P. W., Depaula, J., Keeler, J. (2017): Physical Chemistry, Oxford
(2) Baerns, M., Hofmann, H., Renken, A. (1992): Chemische Reaktionstechnik. Lehrbuch der Technischen Chemie, Band 1. 2. Auflage, Georg Thieme Verlag Stuttgart New York
(3) Fitzer, E., Fritz, W., Emig, G. (1995): Technische Chemie - Einführung in die Chemische Reaktionstechnik. 4. Auflage, Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York
(4) Levenspiel, O. (1999): Chemical Reaction Engineering. Third Edition, Wiley & Sons, New York
(5) Levenspiel, O.: Chemical Reactor Omnibook

Qualifikationsziele

Die Studierenden sind am Ende des Semesters in der Lage, wesentliche Entscheidungsschritte in der industriellen Bioverfahrenstechnik zu benennen und anhand von Prozessbeispielen zu erläutern. Sie können also insbesondere…
… geeignete Rohmaterialien vorschlagen sowie notwendige Voraussetzungen bezüglich der Stamm- und Reaktorwahl erkennen,
… klassische und moderne Strategien der Stammentwicklung nennen, diese definieren, geeignete Methoden vorschlagen sowie deren Auswirkung auf die bioverfahrenstechnische Prozessführung bewerten,
… verfahrenstechnische Methoden zur Reaktor-  und Stammcharakterisierung nennen , diese für eine vorliegende Fragestellung beurteilen und eine geeignete Methode auswählen,
… Kriterien zum Scale-up von Bioreaktoren definieren und anwenden, und die Wahl eines Scale-up-Kriteriums begründen,
… Methoden zur Prozessoptimierung nennen sowie einfache statistische Versuchsdesigns entwickeln und analysieren,
… Methoden der Kostenschätzung und Investitionsrechnungen nennen und anwenden,
… sowie wichtige Methoden des Projektmanagement im Anlagenbau nennen.
… wesentliche Elemente der Schutzstrategien benennen und einfache Patent- und Marktstudien durchführen.

Inhalte

• Grundzüge der biotechnologischen Stammentwicklung
• Grundlagen der Maßstabsvergrößerung (scale-up)
• Grundlagen der Maßstabsverkleinerung (scale-down)
• Grundlagen der Prozessoptimierung mittels statistischer Versuchsplanung
• Kostenschätzung biotechnologischer Prozesse

In enger Anlehnung an die Vorlesung werden in der Übung “Industrielle Bioverfahrenstechnik“ Rechenbeispiele als Übungsaufgaben vergeben und anschließend Lösung und Lösungsweg ausführlich diskutiert. An ausgewählten Beispielen sollen die Studierenden Entscheidungen bezüglich der Prozessentwicklung treffen und diskutieren. Mithilfe von Prozesssimulationen wird ein Beispielprozess wirtschaftlich beurteilt und optimiert.

Literatur

(1) M. Zlokarnik: Scale-up - Modellübertragung in der Verfahrenstechnik, 2nd Ed., Wiley-VCH - ISBN 3-527-31422-9
(2) L. Deibele, R. Dohrn: Miniplant-Technik, Wiley-VCH - ISBN 3-527-30739-7
(3) K. Schügerl, K.H. Bellgardt: Bioreaction Engineering, Springer Verlag - ISBN 3-540-66906-X
(4) (6) Ullmann´s Biotechnology and Biochemical Engineering, Wiley-VCH - ISBN-13 978-3527316038
(5) D.S. Clark, H.W. Blanch: Biochemical Engineering, 2nd Ed., Marcel Dekker-Verlag - ISBN-13 978-0824700997 

Qualifikationsziele

Die Studierenden sind in der Lage, biotechnologische Produktionsprozesse zu beschreiben, zu analysieren und zu bewerten. Dieses beinhaltet sowohl den Up-Stream Prozess, die eigentliche Produktion als auch den Down-Stream-Prozess. Sie sind in der Lage, für ein gegebenes Problem Lösungsvorschläge zu auszuwählen und im Einzelfall auch zu erarbeiten.
Durch praktische Beispiele und experimentelle Arbeiten sind die Studierenden in der Lage Kultivierungs- und Aufarbeitungstechniken selbstständig durchzuführen, zu berechnen und Gesetzmäßigkeiten sicher anzuwenden.

Inhalte

• Überblick über biotechnologische Verfahren mit mikrobiellen und anderen Zellkulturen
• Bioreaktortypen
• Vergleich verschiedener Sterilisationsverfahren
• Wachstum und Produktbildung, Kultivierungsstrategien
• Transportprozesse in Bioreaktoren
• Aufarbeitung: Allgemeine Prinzipien, Primärabtrennung, Feinreinigung von nieder- und hochmolekularen Bioprodukten
• Integration von Kultivierung und Primärseparation

Qualifikationsziele

Die Studierenden können den Aufbau von Pro- und Eukaryoten beschreiben und die Funktionen der Zellbestandteile erläutern, das Wachstumsverhalten von Mikroorganismen erklären und die mathematischen Grundlagen zur Beschreibung des Wachstumsverhaltens anwenden. Darüber hinaus verstehen sie die Bedeutung der Mikroorganismen für die Industrie und können biologische Prozesse beschreiben.

Inhalte

In der Vorlesung Mikrobiologie für Ingenieure werden folgende Grundlagen behandelt:

• Überblick über Mikroorganismen und ihre Einteilung
• Struktur und Funktion von Pro- und Eukaryoten
• Wachstum und Vermehrung von Mikroorganismen
• Mathematische Beschreibung des mikrobiellen Wachstums
• Wachstums- und Nährstoffansprüche von Mikroorganismen und ihre Kultivierung
• Stoffwechsel und deren Vielfalt bei den Prokaryoten
• Mikrobielle Prozesse mit industrieller Relevanz

Literatur

(1) Munk, Katharina (Hrsg.): Mikrobiologie, Spektrum, Akad. Verl. 2001
(2) Fuchs, Georg (Hrsg.), Schlegel, Hans Günter (Begr.): Allgemeine Mikrobiologie, Thieme Verlag Stuttgart, 8. Auflage 2007
(3) Madigan, Michael T., Brock, Thomas D.: Brock Biology of Microorganisms, Pearson/Benjamin Cummings, 12. Ed. 2009 

Die Vorlesung vermittelt, nachhaltige Konzepte für die bio-basierte Produktion von Chemikalien, Materialien, Treibstoffen und Energie aus nachwachsenden Rohstoffen zu erstellen. Darüber hinaus werden biotechnologische Prozesse mittels Öko-Effizienz-Analyse bewertet. Dazu gibt die Vorlesung einen Überblick über industriell relevante Rohstoffe, integrierte Konzepte von Bioraffinerien, und relevante Produkte, um so nachhaltige Produktionsverfahren entwerfen und auslegen zu können.

Qualifikationsziele

Die Studierenden können die wichtigsten Arzneiformen, Hilfsstoffe bzw. Hilfsstoffgruppen und Zubereitungen nach dem Arzneibuch wiedergeben. Nach Abschluss des Moduls können sie weiterhin verfahrenstechnische Operationen bei der Herstellung pharmazeutischer Produkte beschreiben sowie über Methoden und Werkzeuge zur Prüfung der Produkte anwenden. Die Studierenden wissen um die Bedeutung der regulatorischen Vorgaben in der pharmazeutischen Industrie und verstehen diese.

Inhalte

Inhalte der Vorlesung:

• Grundbegriffe / Definitionen und Einführung in die Arzneiformenlehre und die Biopharmazie
• Qualitätssicherung in der Pharmazie
• Vorstellung einzelner Darreichungsformen (feste, flüssige, halbfeste und moderne Arzneiformen)
• Packmittel

Inhalte der Übung:

• Arbeit im regulatorischen Umfeld der pharmazeutischen Industrie
• Verfahrenstechnische Operationen in der Pharmazie
• Methoden und Werkzeuge zur Validierung und Prozesskontrolle
• Theoretischer und praktischer Umgang mit dem Arzneibuch

Basierend auf den theoretischen Kenntnissen aus Vorlesung und Übung können die Studierenden im Labor den Umgang mit grundlegenden pharmazeutischen Herstellungs- und Analysemethoden, wie beispielsweise die Befüllung von Kapseln, praktisch anwenden.
Die Exkursion erfolgt in einen pharmazeutischen Produktionsbetrieb. Hier können die Studierenden einen Eindruck von der technischen Umsetzung des Herstellungsprozesses und der Qualitätssicherung und -kontrolle gewinnen.

Modul | MB-IBVT-045 ( Bio-, Chemie- und Pharmaingenieurwesen )
Turnus | Wintersemester
Dozentin | Dr. Christine Hoffmann und PD Dr. Stephan Reichl
Übungsleiter | Dr.-Ing. Katrin Dohnt

Im Praktikum "angewandte Mikrobiologie" wird der industriell weit verbreitete Schimmelpilz Aspergillus niger kultiviert. Dabei werden Aspekte wie die Prozesskinetik, Bilanzierung und Morphologieanalyse mittels Mikroskopie und Bildanalyse angewandt.

Im Praktikum "Bioprozesskinetik" vermittelt Kenntnisse biochemischer Reaktionsmechanismen anhand ausgewählter Laborversuche. Die Studierenden sollen dazu befähigt werden Enzym katalaysierte Umsetzungsprozesse zu planen, Enzyme richtig einzusetzen und die Prozessabläufe mathematisch zu beschreiben.

Modul | Bt-MB 04 (Master Biotechnologie)
Turnus | Sommersemester
Betreuer | Elena Kempf & Katrin Dohnt

Das Praktikum "Bioreaktoren und Bioprozesse" vermittelt die praktischen Grundlagen der bioverfahrenstechnik in mehreren Teilversuchen.

Teilversuch 1: Kultivierung von Escherichia coli im Rührkessel

Betreuer: Anna Dinius & Kevin Viebrock

Teilversuch 2: Fluiddynamik im Rührkessel

Betreuerin: Sarah Brune

Teilversuch 3: Airlift-Schlaufenreaktor

Betreuer: Jonathan Block

Teilversuch 4: Verweilzeitverhalten chemischer Reaktoren

Betreuerin: Dr.-Ing. Katrin Dohnt

Das Praktikum "Bioverfahrenstechnik" vermittelt die praktischen Grundlagen der bioverfahrenstechnik in mehreren Teilversuchen.

Teilversuch 1: Kultivierung von Escherichia coli im Rührkessel

Betreuer: Anna Dinius & Kevin Viebrock

Teilversuch 2: Fluiddynamik im Rührkessel

Betreuer: Sarah Brune

Teilversuch 3: Airlift-Schlaufenreaktor

Betreuer: Jonathan Block

Teilversuch 4: Verweilzeitverhalten chemischer Reaktoren

Betreuerin: Dr.-Ing. Katrin Dohnt

Modul | MB-IBVT-42 (Bachelor Bio-, Chemie- und Pharmaverfahrenstechnik )
Turnus | Wintersemester
Betreuer | s.o.

Das Interdisziplinäre Forschungsmodul (IFM) im Masterstudiengang soll den Studierenden eine vertiefte Kenntnis verfahrenstechnischer Prozessabläufe ermöglichen. Die Interdisziplinarität wird insbesondere durch die logische Vernetzung verschiedener Vertiefungsgebiete innerhalb des Labors deutlich. Hierzu sollen praktische Versuche in drei verschiedenen Instituten durchgeführt werden; die Versuche sind dabei thematisch verknüpft. Mit diesem interdisziplinären Forschungsmodul werden die Studierenden die Wertschöpfungskette vom Gen zum Produkt kennenlernen. Daher gliedert sich das Modul in drei Teilabschnitte:

Versuchsteil 1 am Institut für Bioverfahrenstechnik (ibvt)
Inhalt: Herstellung eines intrazellulären Enzyms mit dem gentechnisch modifizierten Bakterium Escherichia coli
Betreuer: David Lammers, Rochus Jonas

Versuchsteil 2 am Institut für Partikeltechnik (iPAT)
Inhalt: Entwicklung einer Zellaufschlussmethode und Abtrennung der Zellbruchstück
Betreuer: Marie Brunotte, Stephanie Michel

Versuchsteil 3 am Institut für Chemische und Thermische Verfahrenstechnik (ICTV)
Inhalt: Enzymimmobilisierung sowie Produktion und Reinigung des Produktes Isomaltose
Betreuer: Felicitas Aselmeyer, Anke Schmidt-Radeleff

Die Anmeldung erfolgt per E-Mail an David Lammers (d.lammers@tu-braunschweig.de). Bitte gebt bei der Anmeldung Name, Studienfach (+Semester) und Matrikelnummer an. Das Modul wird sowohl im Sommer- als auch im Wintersemester angeboten. Es dauert eine Woche (5 Praktikumstage) und findet üblicherweise im März/April und September/Oktober statt. Anmeldeschluss ist der 01.09.24.

Das Präsenslabor findet im September 2024 im Zeitraum vom 18.09.2024 bis zum 24.09.2024 statt (Termin für eine Gruppe). Bei erhöhter Teilnehmendenzahl werden bis zu zwei weitere Termine bzw. Gruppen angeboten. Die Vorbesprechung dazu wird online durchgeführt und ist verpflichtend für die Teilnahme (Termin wird noch bekanntgegeben). Zugangsdaten für die StudIP-Veranstaltung erhaltet ihr bei David Lammers.

Ansprechpartner:

David Lammers
E-Mail: d.lammers@tu-braunschweig.de
Tel.: 0531/391-55333

Im Praktikum lernen die Studierenden eine Kultivierung im Rührkessel selber zu planen und durchzuführen.

Modul | BT-BB 02 (Biotechnologie Bachelor)
Turnus | Wintersemester
Betreuer | David Vorländer

Teilversuch: Kultivierung von Corynebacterium glutamicum im Schüttelkolben

Die Studierenden erwerben Kenntnisse und methodische Fähigkeiten zur systematischen Analyse von mikrobiologischen Prozessen. Sie sind dazu befähigt, mit der notwendigen fachlichen Breite Problemstellungen anzugehen und die konkrete Bearbeitung praktischer bioverfahrenstechnischer Fragestellungen erfolgreich durchzuführen.

Im Praktikum "Pharmabioverfahrenstechnik" wird die chromatogrpahische Aufreinung eines Proteins dargestellt. Dabei sollen Einflüsse von Säulenmaterial und Puffereigenschaften auf die Trennleistung untersucht werden.

Im Praktium "Pharmaverfahrenstechnik" werden unterschiedliche Stationen durchlaufen, die den Studierenden Anforderungen an Herstellungprozesse von Arzneimitteln näher bringen.

Vorgesehen ist der Besuch von 7 Vorträgen, dabei können wisschenschaftliche Vorträge von Gastwissenschaftlern z.B. im Rahmen des EVT-Seminars oder des ibvt-Kolloquiums sowie Seminarvorträge am Institut für Bioverfahrenstechnik besucht werden.

Anmeldung und Ausgabe des Laufzettels erfolgt zu Semesterbeginn bei Dr.-Ing. Katrin Dohnt

Forschungsqualifikation