Bioprozeßtechnik

In Kapitel 1 wurde von der zentralen Bedeutung des Biokatalysators für den biotechnischen Prozeß gesprochen. Als Grundsituation wird immer der Fall auftreten, einen Produktionsstamm beschaffen zu müssen, d. h. eine Zellkultur mit genügend hoher Populationsdichte und Produktbildungsfähigkeit, um den Prozeß mit wirtschaftlichem Vorteil durchzuführen.

Bioreaktoren im allgemeinen dienen zur „Zähmung“ der Biosysteme im technischen Maßstab in den verschiedenen Gebieten (vgl. Abb. 1.1) und sollen für die Bedürfnisse der Bioprozesse optimale Bedingungen schaffen (vgl. Abb. 2.4).

Mit welchen Problemen hat man nun zu rechnen, wenn die in Kapitel 3 behandelten Bioreaktoren zur Messung der Kinetik von Bioprozessen herangezogen werden? In dieser Situation kommt der Vorteil der in Kapitel 3.2 dargestellten Systematisierung zum Tragen. Die Kriterien, homogene oder heterogene Systeme bzw. Reaktoren mit oder ohne Konzentrationsprofil, zeigen ihre Brauchbarkeit.

In Übereinstimmung mit der Denkweise dieses Textes ist jede Modellbildung nach Abb. 2.13 als adaptiv zu verstehen, bei der schrittweise die Anpassung der Hypothese nicht nur in den Werten für die Parameter k, sondern auch in den Modellfunktionen f erfolgen muß. Alle in diesem Kapitel dargelegten Modellansätze sind also nur als erste Starthilfe der Modellierung eines Bioprozesses zu betrachten. Von Fall zu Fall werden verschiedene „Submodelle“ für die Erfassung der einzelnen Einflüsse zur Beschreibung eines ganzen Prozesses zu kombinieren sein. Die Gefahr einer Formalkinetik bei Extrapolationen auf andere Bedingungen kann durch Befolgen der in Kapitel 4.3 dargestellten Strategie weitgehend ausgeschaltet werden. Durch die formalkinetische Natur ergibt sich auch, daß jederzeit andere mathematische Funktionen gefunden werden können, die im Rahmen der Meßgenauigkeit dieselbe Aufgabe erfüllen. Für eine Modellerstellung ist also das Erkennen und Erfassen verschiedener Einflüsse (Submodelle) prinzipiell wichtiger als die mathematische Struktur einzelner Funktionen.

Im Zusammenhang mit den Arbeitsmethoden der Bioprozeßtechnik in Kapitel 2 wurden die Probleme der Prozeßentwicklung erörtert und der Unterschied zwischen einer empirischen und systematischen Vorgangsweise dargelegt (vgl. Abb. 2.3 und 2.11). Wie aus Abb. 2.9 zu entnehmen ist, bildet der Problemkreis der Umsatzermittlungen die Stufe der Synthese der Daten, die für die Kinetik und die Bioreaktoren nach einer Strategie bestimmt wurden.