Prozessentwicklungen im Bereich der chemischen, biotechnologischen und pharmakologischen Verfahren stehen derzeit vor dem Problem, dass die Komplexität der Systeme eine komplette Modellierung und Vorhersage in der Regel nicht ermöglicht. Im Falle der Übertragung eines Prozesses aus dem Labor in den Produktionsmaßstab kommt erschwerend hinzu, dass beim Scale-Up nicht alle Parameter gleichermaßen übertragen werden können, da sich größenabhängige Faktoren mal im Nenner und mal im Zähler wichtiger Prozesskennzahlen befinden. Es ist somit nur ein Scale-up möglich, welches möglichst viele Kennzahlen berücksichtigt, aber eben nicht alle gleichermaßen. Neben den physikalisch fundierten sowie den aus Dimensionsbetrachtungen gewonnenen Gleichungen werden insbesondere in der Bioverfahrenstechnik auch viele empirische Gleichungen verwendet.

Im Rahmen des Forschungskolleg iProcess arbeiten Forscher der Technischen Hochschule Bingen, der Hochschule Trier und der Technischen Universität Kaiserslautern aus allen Prozessbereichen eng zusammen, um anhand zweier Modellprozesse innovative Prozessstrategien zu erarbeiten. Das wissenschaftliche Gesamtziel des anwendungsorientierten Forschungskollegs iProcess ist es, die verfahrenstechnischen Grundlagen zu erarbeiten, um Pilze und Cyanobakterien als Produktionsorganismen für pharmazeutisch wirkende Substanzen zu nutzen. Dabei sollen insbesondere Modelle erarbeitet werden, die zur Auslegung der verfahrenstechnischen Grundoperationen benötigt werden. Diese Modelle sollen in jeder Stufe der gesamten Prozesskette von der Kultivierung in Bioreaktoren bis hin zu der Produktabtrennung erarbeitet werden. Dieses soll exemplarisch an zwei Prozessketten gezeigt werden. Hierbei handelt es sich zum einem um die Herstellung von Proteasehemmern mittels Pilzen und um die Produktion von Polypeptidantibiotika mittels Cyanobakterien.

Basierend auf der bisher durchgeführten Forschung zur Optimierung emerser Bioreaktoren sollen diese durch die Arbeitsgruppe weiter verbessert und in Zusammenarbeit mit dem Arbeitskreis Prof. Ulber der TU Kaiserslautern für die Fermentation von Cyanobakterien nutzbar gemacht werden. Ausschlaggebend hierbei ist eine gleichmäßige Flüssigkeitsversorgung innerhalb des Reaktors über den zu applizierenden Nebel. Durch CFD-Simulationen werden Optimierungspotentiale zur Feuchtigkeitsverteilung untersucht und konstruktiv umgesetzt. Weiterhin soll die Wachstumsoberfläche in den emersen Reaktoren vergrößert werden.

Link zur Projekthomepage: https://www.mv.uni-kl.de/iprocess/