Fraunhofer-Zentrum für Chemisch-Biotechnologische Prozesse CBP
Fraunhofer-Zentrum für Chemisch-Biotechnologische Prozesse CBP

© Gunter Binsack / Fraunhofer CBP

Biotechnologische Konversion

Die Ausstattung im Bereich Biotechnologische Verfahren umfasst ein zentrales mikrobiologisches Labor, zwei modular aufgebaute Technikumshallen der biologischen Sicherheitsstufe 1 sowie ein Gewächshaus und eine Freilandanlage zur Algenkultivierung.

Im Fermentationstechnikum werden Forschungsarbeiten zur Entwicklung und Skalierung von biotechnologischen Prozessen durchgeführt, die aerobe sowie anaerobe Fahrweisen erlauben. Die Anlage beinhaltet Bioreaktoren für Fermentationen (Upstream Processing) im Maßstab von bis 1 m³ sowie verschiedene Apparate zum Einsatz unterschiedlicher Methoden für die Aufarbeitung (Downstream Processing) der Mikroorganismen und ihrer Produkte. An das Technikum ist ein Mikrobiologielabor angeschlossen, das die Anzucht von Mikroorganismen zum Animpfen der Fermenter ermöglicht und die prozessbegleitende Analytik bereitstellt.

Ausstattung

Fermentation

  • Fermentation von verschiedenen Mikroorganismen: Reaktorkaskade mit Nennvolumen von 10, 100, 300, 1000 und 10 000 L, ausgestattet mit je vier Vorlagebehältern (Säure, Lauge, Antischaum, Nährstofflösung), umfassender Automatisierung, Mess- und Regeltechnik (Drehzahl, Temperatur, Kopfraumdruck, pH-Wert, gelöst-Sauerstoff, Respiration, Methanolkonzentration)
  • Kontinuierliche Sterilisation von Fermentationsmedien
  • Sackentladestation und Dispergiermaschine bis 1000 kg/h
  • Produktion von beispielsweise organischen Lösungsmittel mithilfe eines Fermenters in ATEX-Ausführung (Nennvolumen 75 L)
  • Kontinuierliche Prozessführung bei Fermentationen durch Zellrückhaltung (sterilisierbare Cross-Flow-Filtrationsanlage)


Algenkultivierung

  • Vollautomatisierte Pilotanlage zur Kultivierung von Mikroalgen (Gewächshaus und Freiland) basierend auf Flat-Panel-Airlift-Reaktortechnologie
    • Indoor (Gewächshaus): fünf Module mit je fünf 6-Liter-Reaktoren, fünf Module mit je fünf 30-L-Reaktoren, drei Module mit je fünf 180-L-Reaktoren – Insgesamt 65 Reaktoren mit 3,6 m³ Inhalt
    • Outdoor (Freiland): ein Modul mit fünf 180-L-Reaktoren, vier Module mit je zehn 180-L-Reaktoren – Insgesamt 45 Reaktoren mit 8,1 m³ Inhalt


Enzymatische Umsetzungen

  • Reaktionen für enzymkatalysierte Reaktionen (500 (mobil), 1300, 2000, 5000 und 10 000 L, gerührt, temperierbar)
  • Enzymatische Hydrolyse/Modifikation von Faserstoffen (Behälter mit spezieller Rührerkonfiguration für hohe Viskositäten)


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 1-2 m³/h, 0,5-1 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 Entsalzungs- und Produktkonzentrierungsprozesse 20/17 m² (0,2 µm/10 kDa), 3/5 m² (0,2 µm/10 kDa, sterilisierbar)
  • Feinreinigung über Flüssigchromatographie (35 L Säulenvolumen)
  • Kristallisatoren (180 L, 800 L) mit nachgeschaltetem Vakuumfiltertrockner (0,5 m²) in ATEX-Ausführung
  • Sprüh- (7 kg/h) und Gefriertrocknung (0,8 m²) zur Konfektionierung der Produkte


Analytikausstattung

  • Labore für mikrobiologische Untersuchungen
  • Qualitative und quantitative Methoden zur Bestimmung der optischen Dichte und Biotrockenmasse, der Konzentration von Zuckern, Alkoholen und organischen Säuren, Proteinanalytik
  • Verschiedene Assays zur Enzymaktivitätsmessung
  • Online-Messung der Alkoholkonzentration im Reaktor und CO2/O2 im Fermentationsabgas