Bioprozesse

Bioprozesstechnik

In der Forschungsgruppe Bioprozesstechnik wird das Verhalten von Mikroorganismen in der technischen Umgebung des Bioreaktors untersucht. Ziel ist es, Informationen zu erhalten, die für die Entwicklung biotechnologischer Produktionsprozesse benötigt werden. Im Detail geht es um die Ermittlung der Kinetik von Bioreaktionen und um die Charakterisierung von Transportprozessen. Eine wichtige Methode ist dabei die Datenanalyse und Bilanzierung der Prozesse mittels mathematischer Modelle.

Bioprozesstechnik

Ein besonderer Fokus der Forschungsgruppe liegt auf der Nutzung der metabolen Stoffwechselleistung von Hefen. Gegenwärtig wird die Bildung von Ethylacetat aus Molke mit Kluyveromyces marxianus und die auf Pheromonen basierende Kommunikation bei Saccharomyces cerevisiae untersucht.

Projekte der Forschungsgruppe Bioprozesstechnik:

Forschungsgruppenleiter:

Privat-Dozent

PD Dr.-Ing. habil. Christian Löser

Leiter Bioprozesstechnik

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Enzymtechnik

Enzyme – vielseitige biologische Katalysatoren, ohne die es kein Leben auf dieser Welt geben würde – dies sind die Bausteine mit denen wir uns in der Forschungsgruppe „Enzymtechnik“ beschäftigen. Dabei verfolgen wir den kompletten Arbeitsstrang angefangen vom Screening verschiedener Enzymproduzenten über die Produktion und Aufreinigung bis hin zur Charakterisierung und Anwendungsentwicklung. Einen besonderen Stellenwert nehmen hierbei die Basidiomyceten, auch Ständerpilze genannt, ein. Diese besitzen ein außergewöhnliches Enzymspektrum, dessen Potential es zu nutzen gilt. In der Natur verwenden diese Pilze ihre Enzyme hauptsächlich zum Abbau organischer Substanzen und somit zur Nährstoffgewinnung. Die gleichen Abbaumechanismen können jedoch auch in der weißen Biotechnologie eingesetzt werden. So können mittels Cellulasen und Xylanasen lignocellulosehaltige Materialen, meist Reststoffe aus anderen Industriezweigen, in ihre Monomere zerlegt und als neue Ausgangsstoffe für verschiedene biologische oder chemische Umwandlungen in hochwertige Chemikalien genutzt werden. Weitere wichtige Enzyme bei unserer Forschung sind die so genannten Laccasen, in der Natur beim Abbau des Lignins beteiligt, sind sie in der Lage strukturell ähnliche Xenobiotika, wie Giftstoffe, Farbstoffe, Hormone, etc., abzubauen. Dadurch eröffnet sich eine riesige Bandbreite an Anwendungen von der Abwasserreinigung über die Bodensanierung bis hin zur Textilveredlung und dem Einsatz in der Kosmetik. Produziert werden diese Enzyme bei uns hauptsächlich mit Hilfe der Feststofffermentation – eine Kultivierungsart, die dem natürlichen Habitat dieser Pilze sehr nahe kommt. Das umfangreiche Monitoring und das Modellieren dieser komplexen Prozesse ist ein weiterer Forschungsschwertpunkt unserer Gruppe, ebenso wie die stetige Weiterentwicklung geeigneter Immobilisierungsstrategien, hochempfindlicher Biosensorsystemen, verschiedener Charakterisierungsmethoden unter anderem durch den Einsatz einer speziellen Mikrofluidik und die Produktion weiteren interessanter Inhaltsstoffe, wie Aromastoffe und Farbstoffe. Die unglaubliche Vielfalt dieser Pilze ermöglicht abwechslungsreiche und interdisziplinäre Arbeitsfelder, die sich in unserer Forschungsgruppe wiederfinden. Seit 2018 werden außerdem mycelbasierte Materialien (mycelium based composites, kurz MBC) als biologisch abbaubare Alternativen für erdölbasierte Materialien und Baukomponenten untersucht und entwickelt. Die unglaubliche Vielfalt im Reich der Pilze ermöglicht abwechslungsreiche und interdisziplinäre Arbeitsfelder, die sich in unserer Forschungsgruppe wiederfinden.

Enzymtechnik

Forschungsschwerpunkte:

Feststofffermentation inkl. Monitoring
Enzymproduktion, insbesondere Laccasen
Farbstoffproduktion
Enzymcharakterisierung
Biosensorik
Enzymimmobilisierung
Mycelbasierte Materialien

Mit folgenden Projektschwerpunkten:

Analysen zur Kultivierung und Quantifizierung von Basidiomyceten und deren Enzyme
Entwicklung von Technologien und Verfahren zur Kultivierung Farbstoff produzierender Pilze sowie zur Gewinnung von natürlichem Farbstoff
Entwicklung von Technologien und Verfahren zur Herstellung von umweltfreundlichen mycelbasierten Materialien
Remediation von Boden und Gewässer mittels Enzymen und Basidiomyceten

Projekte der Forschungsgruppe Enzymtechnik:

Wissenschaftliche Mitarbeiterin

Dr.-Ing. Anett Werner

Leiterin Enzymtechnik

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Pflanzen- und Algenbiotechnologie

Hintergrund:

Vor dem Hintergrund der zunehmenden Verknappung fossiler Rohstoffe, der steigenden Bevölkerungsdichte in den Entwicklungs- und Schwellenländern einerseits und des demographischen Wandels in den Industrienationen andererseits, rücken moderne biotechnologische Produktionsprozesse für die nachhaltige Herstellung von Wirk- und Zusatzstoffen für die Pharma-, Kosmetik oder Lebensmittelindustrie verstärkt in den Fokus von Forschung und Entwicklung. Pflanzen und Algen offenbaren ein breites Spektrum an ernährungsphysiologisch und pharmazeutisch relevanten Inhaltsstoffen.

Traditionelle Methoden der Wirkstoffproduktion, z. B. die chemische Synthese oder Extraktion aus Pflanzenmaterial weisen mehrere Nachteile auf. So unterliegt die Produktqualität und -quantität infolge zahlreicher biotischer und abiotischer Einflussfaktoren starken Schwankungen. Bei der chemischen Synthese entstehen eine Vielzahl von unerwünschten Nebenprodukten, die aufwendig vom Zielprodukt abgetrennt werden müssen. Außerdem zeigen nur wenige chemische Darstellungen eine natürliche Bioaktivität. In-vitro-Prozesse ermöglichen hingegen die GMP-konforme, kontinuierliche Produktion unter optimierten Bedingungen und mit gleichbleibender Qualität und Quantität.

Pflanzen- und Algenbiotechnologie

Blasensäule/Bioreaktor mit roten Hairy roots (beta vulgaris) — © Haas

Extrahierter roter Farbstoff (Betalain) — © Schott

Photomixotropher Kallus der Sonnenblume — © Schott

Photomixotrophe Kalluskulturen — © Schott

Forschungsschwerpunkte:

Die Forschungsgruppe Algen- und Pflanzenbiotechnologie beschäftigt sich seit vielen Jahren mit der Entwicklung effizienter Verfahren zur Wirkstoffproduktion mit Hilfe pflanzlicher Zellkulturen, Hairy roots sowie Mikro- und Makroalgen. Neben der Induktion und dem Screening geeigneter Zelllinien liegt die Expertise vor allem in den Bereichen:

Naturstoffanalytik (HPLC, GC, GC/MS)
(Photo-) Bioreaktordesign (Scale-up und Scale-down)
Onlinemonitoring heterogener biotechnologischer Systeme (z. B. respiratorische Aktivität und laseroptische Sensorik)
Prozesstechnische Optimierung (Prozessführung, Elizitation)
Downstream Processing
Green Bioprinting

Projekte Forschungsgruppe Pflanzen- und Algenbiotechnologie:

Alle Forschungsprojekte der Professur für Bioverfahrentechnik

Forschungsgruppenleiterin:

Portraitfoto Dr.-Ing. Juliane Steingroewer

Wissenschaftlerin

PD Dr.-Ing. habil. Juliane Steingroewer

Leiterin Pflanzen- und Algenbiotechnologie

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Bioprozesse

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Forschungsgruppenleiterin:

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