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Nenne 3 Vorteile von biokatalytischen Reaktionen
1. hohe Selektivität
2. günstige Randbedingungen (1 bar, 25-60 Grad Celsius, wässriges Milieu)
3. Reinheit der Ausgangsstoffe wegen hoher Selektivität nicht sehr wichtig
4. in der Regel keine giftigen oder gefährliche Komponenten
5. Enatiomerenreine Produkte
Nenne 3 Vorteile von chemisch katalysierten Reaktionen
1. Geringeres Reaktorvolumen (kein wässriges Milieu notwendig)
2. höhere Reaktionsgeschwindigkeit ( durch Druck und Temp. beeinflussbar)
3. deutlich geringere Sterilanforderungen
4. etabliertes Arbeitsfeld, erfahrene und qualifizierte Arbeiter
Nenne 3 Nachteile von biokatalytischen Reaktionen
Hohe Kühlungskosten wegen niedrigem Temperaturniveau
2. Bei Fermentationsprozessen oft hohe organische Abwasserbelastung
3. Bei Fermentationsprozessen liegen die Wertprodukte oft in Mischungen mit
Nebenprodukten der Mikroorganismen vor. (Aufwendige Reinigung)
Nenne 3 Nachteile von chemisch katalysierten Reaktionen
1. Randbedingung von chem. Reaktionen oft sehr verschieden (keine
Vielzweckanlagen möglich)
2. Teure Katalysatoren
3. Hohe Betriebskosten (hohe Temp. und Drücke)
Nenne 3 Betriebsweisen von Reaktoren und zeichne deren Produktverläufe und
Füllstände
Batch, Fed-Batch, Konti.
Nenne 2 Möglichkeiten das Reaktionsgleichgewicht bei Gleichgewichtsreaktionen
zu verschieben
Temperatur: Eine exotherme Reaktion wird durch eine Temperaturerhöhung
verlangsamt oder verhindert. Das Gleichgewicht wird sich auf die Seite der Edukte
verschoben
Druck: Bei einer Druckerhöhung wird die Reaktionsseite mit der geringeren
Teilchenanzahl bevorzugt. Ammoniaksynthese
Stoffmenge:Handelt es sich um ein reversibles System, erhöht sich durch die
Zugabe von z.B. Edukten zwangsläufig die Konzentration von Produkten.
Es liegt eine Produktinhibierte Reaktion vor. Welchen Reaktortyp (Konti/Diskonti)
wählen Sie? Begründe.
diskonti, da die mittlere Produktkonz. am geringsten ist
Es liegt eine Substratüberschussinhibierte Reaktion vor. Welchen Reaktortyp
(Konti/Diskonti) wählen Sie? Begründe
konti. , da die Substratkonz. konstant niedrig ist
Es liegt eine Substrat- und Produktinhibierte Reaktion vor. Welchen Reaktortyp
(Konti/Diskonti) wählen Sie? Begründe.
fed-Batch oder kont. Rührkesselkaskade mit Zwischeneinspeisung, da diese
Betriebsweisen es ermöglichen Substrat- und Produktkonz. im mittleren Bereich zu
halten
Definiere Limitierung und Inhibierung und grenze beide Begriffe voneinander ab.
Limitierung: Reaktionsabbruch aufgrund von Mangel and limitierter Komponente
Inhibierung : Reaktionshemmung aufgrund von zu hoher Konz. der inhibierenden
Komponente
Nenne Formel für Substratinhibierung. Benenne alle Terme und gebe ihre
Einheiten an.
Substratinhibierung: μ = μmax * S / (Ks + S + S^2 / Ki)
μ = Wachstumsrate [1/h]
μmax = maximale Wachstumsrate [1/h]
S = Substratkonzentration [g/L]
Ks = Monod-Konstante Substrat [g/L]
Ki = Inhibierungskonstante [g/L]
Nenne Formel der Gibbsenergie. Benenne alle Terme und gebe ihre Einheiten an.
Gibbs Energie: ΔG = ΔH – TΔS
H = Enthalpie [J]
Gibb an ob die gegebene Reaktion Enthalpie- oder Entropiegetrieben ist.
TS < H enhalpie getrieben
TS > H entropie getrieben
(Betragsmäßig)
a)Gebe Wert dX/dt in einem kontinuierlichen Rührkessel an.
b) Wie heißt der Zustand bei dem sich keine Änderung mehr ergeben?
c) Wie ist der Zusammenhang zwischen D und Wachstumsrate in diesem Zustand?
dX/dt= μ*X-D*X
stationär
μ=D
Wann spricht man von einer Steuerung und wann von einer Regelung? Was wird
bei welchen Durchflussraten angewendet? Erkläre die Betriebsweisen.
Steuerung: Die Stellgröße wird dem System aufgeprägt, welches sich dann auf diese
einstellt und Selbstreguliert.
Beispiel: Chemostat für D zwischen den Randbereichen im Bereich von D=0 und D krit , D als
Stellgröße wird festgelegt und das System stellt sich auf diese größe selbstregulierend ein.
Regelung : Einstellung der Stellgröße zur Einstellung einer bestimmten Messgröße
(Rückkopplung der Messgröße)
Turbidostat für sehr kleine D im Bereich von D=0 und sehr große D im Bereich von D krit über
optische Dichtemessung, Regelung von D zur Erhaltung einer bestimmten optischen Dichte
Nenne 3 Arten von Biokatalysatoren.
Enzyme, Ganzzellbiokatalysatoren und lebende Mikroorganismen
) Nenne 3 dominierende Betriebsweisen von Chemie- und Bioreaktoren.
Batch, Fed-Batch, Konti
Was ist Pmax und wie wirkt es sich auf Biomasse und Produktzuwachs aus?
Pmax ist die maximal erreichbare Produktkonz. einer Produktinhibierung.
Bei Pmax stoppt der Wachstum der Biomasse und des Produkts.
Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit von der Konzentration der Edukte.
Reaktionsordnung
Was ist katabolitreprimierte Produktbildung?
Die Anwesenheit eines bestimmten Katabolites hemmt die Genexpression für einen
bestimmten Promotor, so dass das dahinterliegende Protein bzw Enzym nicht gebildet
werden kann. Beispielsweise können einige Stoffe die Repression der Gene bewirken,
welche für die Enzyme codieren, welche für die Entstehung des jeweiliges Stoffes
verantwortlich sind. Auch hemmt Beispielsweise Glukose den lac-Promotor, so dass in
Anwesenheit von Glukose keine Lactase ausgeschüttet und somit keine Lactose
verstoffwechselt wird.
Nenne Inhibierungsart welche oft das Wachstum beim Start einer Fermentation
hemmt. Gebe die Gleichung an und benenne alle Terme & Einheiten
Substratinhibierung
Backhefe Herstellung ist ein wichtiger biologischer Prozess. Nenne 4 verschiedene
Edukte die zum Wachstum hinzugegeben werden müssen.
Zucker, Vitamine, Phosphor,Stickstoffverbindungen
Für Biomassegewinnung ist ein kontinuierlicher Prozess vorgegeben. Nenne 4
Probleme die bei einem kontinuierlichem Prozess auftreten können.
- Kontaminationsgefahr steigt mit Betriebsdauer
- Wahrscheinlichkeit von Rückmutationen und Plasmidverlust wächst mit
Betriebsdauer
- fährt bei hohen Produktkonzentrationen, die oft inhibierend wirken
- in einem einstufigen kont. Prozess können Wachstum und Produktbildung nicht
gleichzeitig stattfinden