Fermentationsprozesse

Dieses Lehrbuch gibt eine grundlegende, leicht verständliche Einführung in das Modelling der Fermentationskinetik. Der Leser kann im Selbststudium lernen, wie eine simple mathematische Beschreibung eines Prozesses konstruiert wird und wie geeignete Modelle ausgesucht, kombiniert und verändert werden können.

Kinetisches Modelling ist ein wesentliches Werkzeug in der biotechnologischen Forschung und Entwicklung. Die komplexen Systeme, die in einem Reaktionskessel während der Fermenta- tion mittels Zellkulturen entstehen, können unmöglich unter jeder nur denkbaren Kombination von Reaktionsbedingungen ge- testet werden. Hierzu werden das Wissen und die Anwendung der Reaktionskinetik sowie der zugehörigen mathematischen Techniken benötigt. Das vorliegende Lehrbuch gibt eine grundlegende, leicht verständliche Einführung in das Modelling der Fermentationskinetik. Der Leser kann im Selbststudium lernen, wie eine simple mathematische Beschreibung eines Prozesses konstruiert wird und wie geeignete Modelle ausgesucht, kombiniert und verändert werden können.

1 Mathematische Modelle. - 1. 1 Einleitung. - 1. 2 Ausformulierung eines Modells. - 2 Massenbilanzen. - 2. 1 Bilanzgleichungen. - 2. 2 Akkumulationsraten. - 2. 3 Ein- und Austragsterme. - 2. 4 Das allgemeine Modell für einen einfachen Rührkessel. - 2. 5 Strukturierte und nicht strukturierte kinetische Modelle. - 3 Gleichungen für die Reaktionskinetik. - 3. 1 Allgemeine Grundlagen. - 3. 2 Zellwachstum und Inhibition. - 3. 3 Zellerhaltung und endogene Respiration. - 3. 4 Zelltod. - 3. 5 Produktbildung. - 3. 6 Substratverbrauch. - 3. 7 Umgebungseffekte. - 4 Lösung der Modellgleichung. - 4. 1 Rand- und Eingangsbedingungen. - 4. 2 Stationäre und dynamische Modelle. - 4. 3 Überprüfung des Modells. - 5 Diskontinuierliche Kultur. - Vorbemerkung. - 5. 1 Kinetische Modelle für diskontinuierliche Fermentationen. - 5. 2 Messung und Quantifizierung der kinetischen Parameter. - 6 Kontinuierliche Kultur. - 6. 1 Der Chemostat. - 6. 2 Messung und Quantifizierung der kinetischen Parameter. - 7 Zulauf-Prozesse (variables Volumen). - 7. 1 Der Effekt des variablen Volumens. - 7. 2 Modelling-Beispiele für den Zulauf-Betrieb. - 8 Der Chemostat mit Recycling. - 8. 1 Der Auswaschpunkt bei kontinuierlicher Kultur. - 8. 2 Recycling-Systeme. - 9 Sauerstoff-Transport. - 9. 1 Kinetische Modelle. - 9. 2 Der Chemostat mit Sauerstoff-Limitierung. - 9. 3 Sauerstoff-Begrenzung in einem diskontinuierlichen Fermenter. - Nomenklatur und Einheiten. - Weiterführende Lektüre.