Zusammenfassung
Der Einsatz von Mikroorganismen, isolierten Enzymen oder ganzen Zellen in biotechnologischen Prozessen stellt spezielle Anforderungen an die Reaktionstechnik. Besonderes Augenmerk liegt dabei auf der Wahl der richtigen Rühr- und Begasungstechnik. Außerdem ist häufig ein steriles Arbeiten unabdingbar. In diesem Kapitel werden diese Aspekte genauer beleuchtet. Darüber hinaus erfolgt ein Exkurs zu den Photo- und Mikrobioreaktoren als speziellere Vertreter dieser Gruppe. Abschließend wird die Bedeutung der biochemischen Reaktoren für die Industrie u. a. anhand des Frings-Acetators gezeigt.
Access this chapter
Tax calculation will be finalised at checkout
Purchases are for personal use only
Similar content being viewed by others
Literatur
Antranikian, G. (Hrsg.): Angewandte Mikrobiologie: Mit 69 Tabellen. Springer, Berlin/Heidelberg (2006)
Aßmann, M., Mügge, C., Gaßmeyer, S.K., Enoki, J., Hilterhaus, L., Kourist, R., Liese, A., Kara, S.: Improvement of the Process Stability of Arylmalonate Decarboxylase by Immobilization for Biocatalytic Profen Synthesis. Front. Microbiol. 8(448) (2017). https://doi.org/10.3389/fmicb.2017.00448
BASF: Online-Bericht 2016. http://bericht.basf.com/2016/de/basf-nachhaltige-zukunft.html (2017). Zugegriffen am 11.07.2018
Bayer, A.G.: Mechanischer Schaumzerstörer und Verfahren zur mechanischen Schaumzerstörung. EU-Patent EP 0 035 705 A2 (1981)
Bayer, A.G.: Online-Geschäftsbericht 2016. http://www.geschaeftsbericht2016.bayer.de/lagebericht-ergaenzungen/der-bayer-konzern/sicherheit-fuer-menschen-und-umwelt/umweltschutz.html#hash-tab4 (2017). Zugegriffen am 11.07.2018
Büttgenbach, S.: Mikrosystemtechnik: Vom Transistor zum Biochip. Technik im Fokus. Springer, Berlin/Heidelberg (2016)
Cabrera, Z., Fernandez-Lorente, G., Fernandez-Lafuente, R., Palomo, J.M., Guisan, J.M.: Novozym 435 displays very different selectivity compared to lipase from Candida antarctica B adsorbed on other hydrophobic supports. J. Mol. Catal. B Enzym. 57(1–4), 171–176 (2009). https://doi.org/10.1016/j.molcatb.2008.08.012
Cantone, S., Ferrario, V., Corici, L., Ebert, C., Fattor, D., Spizzo, P., Gardossi, L.: Efficient immobilisation of industrial biocatalysts: Criteria and constraints for the selection of organic polymeric carriers and immobilisation methods. Chem. Soc. Rev. 42(15), 6262–6276 (2013). https://doi.org/10.1039/c3cs35464d
Chmiel, H. (Hrsg.): Bioprozesstechnik, 3. Aufl. Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg (2011)
Chmiel, H., Takors, R., Weuster-Botz, D.: Bioprozesstechnik, 4. Aufl. Springer Spektrum, Berlin (2018)
Deutsche Industrievereinigung Biotechnologie: https://www.vci.de/vci/downloads-vci/publikation/biotechnologie-auf-einen-blick.pdf (2017). Zugegriffen am 06.06.2018
Dietzel, A. (Hrsg.): Microsystems for pharmatechnology: Manipulation of fluids, particles, droplets, and cells. Springer, Cham/Heidelberg/New York (2016)
Elander, R.P.: Industrial production of beta-lactam antibiotics. Appl. Microbiol. Biotechnol. 61(5–6), 385–392 (2003). https://doi.org/10.1007/s00253-003-1274-y
Engelhardt, H., Haltrich, W.G., Kehrer, K., Lauer, H., Werner, F.L.: Die Kläranlage der BASF AG in Ludwigshafen/Rh. Chem. Ing. Tech. 47(10), 401–413 (1975). https://doi.org/10.1002/cite.330471002
Engelmann, C., Kragl, U.: Spray congealing as innovative technique for enzyme encapsulation. J. Chem. Technol. Biotechnol. 93(1), 191–197 (2018). https://doi.org/10.1002/jctb.5339
Förtsch, G., Meinholz, H.: Handbuch Betrieblicher Gewässerschutz. Springer Spektrum, Wiesbaden (2014)
Gottschalk, G.: Biotechnologie: Das ZDF-Studienprogramm als Buch, 4. Aufl. Vgs-Verlag, Köln (1987)
Grollmisch, A., Kragl, U., Großeheilmann, J.: Enzyme Immobilization in Polymerized Ionic Liquids-based Hydrogels for Active and Reusable Biocatalysts. SynOpen. 02(02), 192–199 (2018). https://doi.org/10.1055/s-0037-1610144
Grünberger, A., Wiechert, W., Kohlheyer, D.: Single cell microfluids: opportunity for bioprocess development. Curr. Opin. Biotechnol. 29, 15–23 (2014). https://doi.org/10.1016/j.copbio.2014.02.008
Gupta, P.L., Lee, S.-M., Choi, H.-J.: A mini review: Photobioreactors for large scale algal cultivation. World. J. Microbiol. Biotechnol. 31(9), 1409–1417 (2015). https://doi.org/10.1007/s11274-015-1892-4
Hass, V.C., Pörtner, R.: Praxis der Bioprozesstechnik: Mit virtuellem Praktikum. Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg (2009)
Hegab, H.M., Elmekawy, A., Stakenborg, T.: Review of microfluidic microbioreactor technology for high-throughput submerged microbiological cultivation. Biomicrofluidics. 7(2), 21502 (2013). https://doi.org/10.1063/1.4799966
Hirschberg, H.G.: Handbuch Verfahrenstechnik und Anlagenbau: Chemie, Technik, Wirtschaftlichkeit. Springer Berlin Heidelberg, Berlin/Heidelberg, s.l (1999)
Industriepark Höchst: Industrielle Abwasserreinigung. https://www.industriepark-hoechst.com/de/stp/menue/powered-by-infraserv/leistungen/entsorgung/abwasserreinigung (2017). Zugegriffen am 11.07.2018
Kallenberg, A.I., van Rantwijk, F., Sheldon, R.A.: Immobilization of penicillin G acylase: the key to optimum performance. Adv. Synth. Catal. 347(7–8), 905–926 (2005). https://doi.org/10.1002/adsc.200505042
Katchalski-Katzir, E., Kraemer, D.M.: Eupergit® C, a carrier for immobilization of enzymes of industrial potential. J. Mol. Catal. B Enzym. 10(1–3), 157–176 (2000). https://doi.org/10.1016/S1381-1177(00)00124-7
Katoh, S., Horiuchi, J.’i., Yoshida, F.: In: Katoh, S., Horiuchi, J.’i., Yoshida, F. (Hrsg.) Biochemical Engineering: A Textbook for Engineers, Chemists and Biologists. Wiley-VCH, Weinheim (2015)
Leistner, G., Müller, G., von Rüden, F.: Biologische Abwasserreinigungsanlagen. Chem. Ing. Tech. 53(5), 303–307 (1981). https://doi.org/10.1002/cite.330530502
Lipphardt, G.: Sauberes Wasser – technische Möglichkeiten, wirtschaftliche Konsequenzen. Chem. Ing. Tech. 54(4), 279–286 (1982). https://doi.org/10.1002/cite.330540403
Ozturk, S.S., Hu, W.S. (Hrsg.): Cell Culture Technology for Pharmaceutical and Cell-Based Therapies Biotechnology and Bioprocessing Series, Bd. 30. Taylor & Francis, New York (2006)
Perlman, D.: Advances in Applied Microbiology, Bd. 20. Academic Press, New York (1976)
Plagemann, R., von Langermann, J., Kragl, U.: Microwave-assisted covalent immobilization of enzymes on inorganic surfaces. Eng. Life Sci. 14(5), 493–499 (2014). https://doi.org/10.1002/elsc.201300115
Pulz, O.: Photobioreactors: Production systems for phototrophic microorganisms. Appl. Microbiol. Biotechnol. 57(3), 287–293 (2001). https://doi.org/10.1007/s002530100702
Renneberg, R., Süßbier, D.: Biotechnologie für Einsteiger, 1. Aufl. Elsevier Spektrum Akademischer Verlag, München (2006)
Römpp, H., Deckwer, W.-D., Ackermann, W. (Hrsg.): Römpp-Lexikon Biotechnologie und Gentechnik, 2. Aufl. Römpp-Lexikon/Thieme, Stuttgart (1999)
Sahm, H., Antranikian, G., Stahmann, K.-P., Takors, R.: Industrielle Mikrobiologie, 1. Aufl. Springer Berlin Heidelberg, Berlin/Heidelberg (2013)
Schäpper, D., Alam, M.N.H.Z., Szita, N., Eliasson Lantz, A., Gernaey, K.V.: Application of microbioreactors in fermentation process development: A review. Anal. Bioanal. Chem. 395(3), 679–695 (2009). https://doi.org/10.1007/s00216-009-2955-x
Scheper, T., Babel, W., Blanch, H.W., Cooney, C.L., Enfors, S.-O., Eriksson, K.-E.L., Fiechter, A., Klibanov, A.M., Mattiasson, B., Primrose, S.B. (Hrsg.): Bioprocess and Algae Reactor Technology, Apoptosis. Advances in Biochemical Engineering Biotechnology, Bd. 59. Springer, Berlin/Heidelberg (1998)
Schmid, R.D.: Taschenatlas der Biotechnologie und Gentechnik. Wiley-VCH, Weinheim (2002)
Schwister, K.: Taschenbuch der Verfahrenstechnik, 5. Aufl. Fachbuchverlag Leipzig im Carl Hanser Verlag, München (2018)
Schwister, K., Adam, M. (Hrsg.): Taschenbuch der Umwelttechnik: Mit 61 Tabellen, 2. Aufl. Fachbuchverl. Leipzig im Carl-Hanser-Verlag, München (2010)
Sheldon, R.A.: Cross-linked enzyme aggregates (CLEAs): stable and recyclable biocatalysts. Biochem. Soc. Trans. 35(Pt 6), 1583–1587 (2007). https://doi.org/10.1042/BST0351583
Sheldon, R.A., Brady, D.: The limits to biocatalysis: Pushing the envelope. Chem. Commun. (Camb.). 54(48), 6088–6104 (2018). https://doi.org/10.1039/c8cc02463d
Sheldon, R.A., van Pelt, S.: Enzyme immobilisation in biocatalysis: why, what and how. Chem. Soc. Rev. 42(15), 6223–6235 (2013). https://doi.org/10.1039/c3cs60075k
Singh, R.N., Sharma, S.: Development of suitable photobioreactor for algae production – a review. Renew. Sust. Energ. Rev. 16(4), 2347–2353 (2012). https://doi.org/10.1016/j.rser.2012.01.026
Ugwu, C.U., Aoyagi, H., Uchiyama, H.: Photobioreactors for mass cultivation of algae. Bioresour. Technol. 99(10), 4021–4028 (2008). https://doi.org/10.1016/j.biortech.2007.01.046
Uhrich, D., von Langermann, J.: Preparation and characterization of enzyme compartments in UV-cured polyurethane-based materials and their application in enzymatic reactions. Front. Microbiol. 8(2111) (2017). https://doi.org/10.3389/fmicb.2017.02111
Wang, X., Liu, J., Du, G., Zhou, J., Chen, J.: Efficient production of l-sorbose from d-sorbitol by whole cell immobilization of Gluconobacter oxydans WSH-003. Biochem. Eng. J. 77, 171–176 (2013). https://doi.org/10.1016/j.bej.2013.06.008
Zlokarnik, M.: Verfahrenstechnik der aeroben Abwasserreinigung. Entwicklungen und Trends. Chem. Ing. Tech. 54(11), 939–952 (1982). https://doi.org/10.1002/cite.330541102
Weiterführende Literatur
Baerns, M. (Hrsg.): Basic Principles in Applied Catalysis: With 50 Tables Physics and Astronomy Online Library, Bd. 75. Springer, Berlin (2004)
Buchenauer, A., Hofmann, M.C., Funke, M., Büchs, J., Mokwa, W., Schnakenberg, U.: Micro-bioreactors for fed-batch fermentations with integrated online monitoring and microfluidic devices. Biosens. Bioelectron. 24(5), 1411–1416 (2009). https://doi.org/10.1016/j.bios.2008.08.043
Chang, J.-S., Posten, C.: Editorial: recent progress in algal biotechnology. Biotechnol. J. 11(3), 301–302 (2016). https://doi.org/10.1002/biot.201600078
Ertl, G.: Handbook of Heterogeneous Catalysis, 2. Aufl. Wiley-VCH, Weinheim/Chichester (2008)
Funke, M., Buchenauer, A., Mokwa, W., Kluge, S., Hein, L., Müller, C., Kensy, F., Büchs, J.: Bioprocess control in microscale: scalable fermentations in disposable and user-friendly microfluidic systems. Microb. Cell Factories. 9, 86 (2010). https://doi.org/10.1186/1475-2859-9-86
Hemmerich, J., Noack, S., Wiechert, W., Oldiges, M.: Microbioreactor systems for accelerated bioprocess development. Biotechnol. J. 13(4), e1700141 (2018). https://doi.org/10.1002/biot.201700141
Illner, S., Hofmann, C., Löb, P., Kragl, U.: A falling-film microreactor for enzymatic oxidation of glucose. ChemCatChem. 6(6), 1748–1754 (2014). https://doi.org/10.1002/cctc.201400028
Kaltschmitt, M., Hartmann, H., Hofbauer, H. (Hrsg.): Energie aus Biomasse: Grundlagen, Techniken und Verfahren, 3. Aufl. Springer Vieweg, Berlin/Heidelberg (2016)
Liese, A., Seelbach, K., Wandrey, C.: Industrial Biotransformations. Wiley-VCH, Hoboken (2006)
Morschett, H., Loomba, V., Huber, G., Wiechert, W., von Lieres, E., Oldiges, M.: Laboratory-scale photobiotechnology-current trends and future perspectives. FEMS Microbiol. Lett. 365(1) (2018). https://doi.org/10.1093/femsle/fnx238
Wilming, A., Bähr, C., Kamerke, C., Büchs, J.: Fed-batch operation in special microtiter plates: A new method for screening under production conditions. J. Ind. Microbiol. Biotechnol. 41(3), 513–525 (2014). https://doi.org/10.1007/s10295-013-1396-x
Wolf, J., Stephens, E., Steinbusch, S., Yarnold, J., Ross, I.L., Steinweg, C., Doebbe, A., Krolovitsch, C., Müller, S., Jakob, G., Kruse, O., Posten, C., Hankamer, B.: Multifactorial comparison of photobioreactor geometries in parallel microalgae cultivations. Algal Res. 15, 187–201 (2016). https://doi.org/10.1016/j.algal.2016.02.018
Author information
Authors and Affiliations
Corresponding author
Editor information
Editors and Affiliations
Rights and permissions
Copyright information
© 2020 Springer-Verlag GmbH Deutschland, ein Teil von Springer Nature
About this chapter
Cite this chapter
Jastram, A., Langschwager, F., Kragl, U. (2020). Reaktoren für spezielle technisch-chemische Prozesse: Biochemische Reaktoren. In: Reschetilowski, W. (eds) Handbuch Chemische Reaktoren. Springer Reference Naturwissenschaften . Springer Spektrum, Berlin, Heidelberg. https://doi.org/10.1007/978-3-662-56434-9_35
Download citation
DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-662-56434-9_35
Published:
Publisher Name: Springer Spektrum, Berlin, Heidelberg
Print ISBN: 978-3-662-56433-2
Online ISBN: 978-3-662-56434-9
eBook Packages: Life Science and Basic Disciplines (German Language)