ACHEMA

Hochschule Anhalt mit mehreren innovativen Themen im Bereich Forschung & Innovation vertreten

Die ACHEMA ist das Weltforum für chemische Technik, Verfahrenstechnik und Biotechnologie. Vom 4. bis zum 8. April 2022 ist das Frankfurter Messegelände erneut Treffpunkt der weltweiten Prozessindustrie.

Am Fachbereich Angewandte Biowissenschaften und Prozesstechnik der Hochschule Anhalt werden Ingenieure der Verfahrens-, Lebensmittel- und Pharmatechnik sowie der Biotechnologie in hohem Maße anwendungsorientiert ausgebildet. Sowohl die zahlreichen state-of-the-art ausgestatteten Labore als auch ~600 m2 Technikumsfläche für Arbeiten im Pilotmaßstab bieten den Studierenden und Lehrenden des Fachbereichs exzellente Bedingungen in Lehre und angewandter Forschung. Diese werden mit dem ab 2023 geförderten Forschungsneubau im Bereich der Lebensmittelherstellung für den Campus Köthen am Hubertus sogar noch erweitert. Das projekt- und praxisorientierte Studium am Fachbereich vermittelt neben den berufsspezifischen Kenntnissen und Fähigkeiten auch digitale Kompetenzen für die Industrie 4.0. Dazu stehen den Studierenden und Lehrenden neben PC-Pools auch technische Ausstattungen und Räume zur Entwicklung von VR-Projekten zur Verfügung. Für ein internationales Lehr- und Forschungsklima am Fachbereich sorgt der 2020 eingeführte, internationale Masterstudiengang molecular Biotechnology (M.Sc.). Die angewandte und transferorientierte Forschung, die auch teils interdisziplinär mit anderen Fachbereichen erfolgt, konzentriert sich vor allem auf den für die Hochschule profilgebenden Bereich der Life Sciences.

Der FB Angewandte Biowissenschaften und Prozesstechnik ist im Bereich Forschung & Innovation in Halle 6.0/A 53 mit mehreren Themen vertreten.

  • Algentankstelle
    Abb.: Milking-Verfahren (semi-technischer Maßstab)


    Kontinuierliche Gewinnung extrazellulärer Lipide aus Mikroalgen während der Kultivierung

    Hintergrund
    Mikroalgen enthalten viele wertvolle Inhaltsstoffe, die stofflich und energetisch genutzt werden können. Bisher verhindern jedoch die hohen Kosten und Energieeinträge, die zur Herstellung, Ernte und Aufarbeitung von Algenbiomasse notwendig sind, den Erfolg der Technologie. Eine Alternative bietet die Mikroalge Botryococcus braunii, die in der Natur in verschiedenen Races auftritt und während des Wachstums kontinuierlich ölhaltige Stoffe aus der Zelle in das umgebende Medium absondert. Diese Öle bestehen aus Kohlenwasserstoffen und können als Rohölersatzstoffe verarbeitet werden.

    Zielstellung
    Das von Botryococcus braunii abgesonderte Öl kann direkt während der Kultivierung aus der Kultursuspension extrahiert werden, ohne die Zellen dabei zu zerstören. Das hat neben der Einsparung kostenintensiver Aufarbeitungsschritte den großen Vorteil, dass die Zellen kontinuierlich weiter Öl produzieren und ausscheiden, welches in regelmäßigen Intervallen geerntet werden kann („Milking von Mikroalgen“). Hierfür wurde ein Gerätesystem entwickelt und patentiert (DE 10 2014 005 372 A1), welches während der Kultivierung die Ölabtrennung erlaubt. Ziel der Untersuchungen ist die Übertragung des kontinuierlichen „Milking“-Prozesses in den technischen Maßstab. Nach erfolgreicher Übertragung des Verfahrens vom Labormaßstab (3 L Blasensäulenreaktoren) in den semi-technischen Maßstab (6 L Flat-Panel-Airlift-Reaktoren) wird in aktuellen Untersuchungen ein Scale-up in den technischen Maßstab (25 L Flat-Panel-Airlift-Reaktoren) realisiert.

    Förderung

     

    DIGIPOL (ZS/2018/11/95487)

     

    Kontakt:

    Prof. Dr. Carola Griehl

  • Monitoring von Biomasse
    Abb.: Geräteentwicklung zum Monitoring der Parameter


     

    Monitoring von Biomasse und Algeninhaltsstoffen mittels Flow-cell Spektroskopie  

    Hintergrund
    Mikroalgen gelten als attraktive Rohstoffquelle, da sie mit Hilfe von Sonnenlicht als Energiequelle und umweltschädlichem CO2 als C-Quelle ihre gesamte Biomasse effizienter als Landpflanzen und ohne Beanspruchung von Ackerbauflächen aufbauen. Im Fokus der Mikroalgenproduktion stehen die Entwicklung neuer Systeme zur Bestimmung maximaler Produktionsausbeuten, die Etablierung optimaler Kultivierungsprozesse und energieeffiziente Aufarbeitungstechnologien. Für das zeitnahe Monitoring während der Kultivierung werden das Biomassewachstum und Chlorophyll direkt photometrisch detektiert. Die Bestimmung eingelagerter Lipide gelingt indirekt durch Zugabe eines Fluoreszenz-Farbstoffes, der mit den Lipidkörpern assoziiert. Aufgrund der Farbstoffzugabe kann diese Fluoreszenz-Messung jedoch nicht im Reaktor (inline) erfolgen.

    Zielstellung
    Ziel dieses Vorhabens ist die Entwicklung eines auf Durchfluss (flow-cell) basierenden spektroskopischen Verfahrens, das sowohl die Bestimmung von Biomasse und Pigmenten mittels Transmissionsmessung (Photometrie) als auch die Quantifizierung eingelagerter Lipide durch Fluoreszenzmessung gestattet. Unter Einführung von IoT-Technologien wird eine automatisierte Probenziehung realisiert, Steuerung und Datenverarbeitung erfolgen dezentral und cloud-basiert.

    Kontakt:

    Prof. Dr. Carola Griehl

    Alexander Kettner

  • PHA - PolyhydroxyalkanoateModell-gestützte Produkt
    Abb.: PHA-Produktion mit Mikroorganismen


    Modell-gestützte Produktion von Polyhydroxyalkanoaten für industrielle Anwendungen

    Hintergrund
    Thermoplastische Polyhydroxyalkanoate (PHAs) haben aufgrund ihrer Eigenschaften großes Potenzial zur Substitution Erdöl-basierter Kunststoffe wie Polypropylen (PP). PHAs werden vollständig biotechnologisch synthetisiert und sind sowohl biokompatibel als auch biologisch abbaubar. Um neue Anwendungsfelder zu erschließen, müssen die Herstellungskosten reduziert werden. Der Großteil der Kosten resultiert dabei aus der Verwendung definierter Kohlenstoffquellen (Kohlenhydrate).

    Zielstellung
    Im Rahmen des Projektes wird untersucht, inwieweit Reststoffe und Nebenprodukte der lokalen Lebensmittelindustrie unter Einsatz modellbasierter Regelungsstrategien für eine PHA-Produktion verwertet werden können. Für eine CO2-neutrale nachhaltige PHA-Produktion werden die Synergien des Algenkultivierungsprozesses mit einem heterotrophen bakteriellen Kultivierungsprozess verknüpft. Ziel ist die Entwicklung eines modellgestützten Verfahrens zur Produktion und Extraktion von PHAs mit definierten Materialeigenschaften in einer stabilen und gleichbleibenden Produktqualität.

    Kontakt

    Prof. Dr. Carola Griehl


  • Bioprozessentwicklung, -etablierung ...

    Bioprozessentwicklung, -etablierung und Optimierung zur Produktion von Probiotika, Carotinoiden, -Fettsäuren und anderen wertgebenden, mikrobiellen Inhaltsstoffen

  • Nanocellulose

    ... nachwachsender Rohstoff mit überragenden Eigenschaften

     

    Hintergrund

    Das aerobe Bakterium Komagataeibacter xylinus ist in der Lage, aus zuckerhaltigen Medien einen vielseitig einsetzbaren Polymerwerkstoff mit einzigartiger Nanostruktur herzustellen. Bakterielle Nanocellulose (BNC) ähnelt im Aufbau pflanzlicher Cellulose, ist aber im Gegensatz dazu chemisch rein, da sie kein Lignin oder Hemicellulosen enthält. Die feinere Mikrofibrillen-Struktur führt zu einer hohen Zugfestigkeit, Elastizität, Kristallinität und einem enormen Wasseraufnahmevermögen. Außerdem ist das Material ungiftig und nicht allergen. Zunehmende Anstrengungen für Nachhaltigkeit und Klimaschutz sorgen dafür, dass der Markt für BNC in vielen neuen Anwendungsbereichen stetig wächst; Beispiele sind Rohstoffe für Lebensmittel und Lebensmittelverpackungen, kosmetische Anwendungen, Membranen für Ultrafiltration und Gaspermeation sowie im medizinischen Bereich des Tissue Engineering als Gerüst für Knorpel und Blutgefäße.

    Zielstellung

    Bakteriencellulose kann durch Kultivierung sowohl von Rein- als auch von Mischkulturen entstehen. Kombucha - das wachstumsstärkste Produkt unter den funktionellen Getränken - wird traditionell durch die Fermentation von gesüßtem Tee mit einer symbiotischen Kultur aus Essigsäurebakterien und Hefe (SCOBY) hergestellt, wobei bakterielle Cellulose als Nebenprodukt an der Oberfläche des Mediums anfällt. Aus diesem Abfallprodukt können nach gezielter Aufreinigung ebenfalls Biocellulose-Wertprodukte generiert werden. Im Fokus der Untersuchungen an der Hochschule Anhalt stehen die BNC-Produktion durch Rein- und Mischkulturen in ausgewählten Nährmedien, der Einfluss von Kultivierungsbedingungen, Scherkräften und Aufarbeitungsmethoden auf BNC-Erträge und Eigenschaften wie Zugfestigkeit, Wasserhaltekapazität und Ultrastruktur.

    Zusammenarbeit
    FB Elektrotechnik, Maschinenbau, Wirtschaftsingenieurwesen – Bereich Werkstofftechnik

     

    Kontakt

    Prof. Dr. Jana Rödig

    Dorit Beck

  • Das virtuelle Biotechnologie- Haus


    Biotechnologie (er-) leben in VR

    Biotechnologische Produkte gehören zu unserem Alltag.Ob im morgendlichen Joghurt, Duschgel, im Zuckermessgerät,dem Insulin oder dem Antibiotikum, im abendlichenWein oder im Bio-Anteil des Benzins (E10-10%)ermöglichen und sichern biotechnologische Entwicklungenund Produkte nachhaltig unseren Lebensstandard.Die Entwicklung eines virtuellen Biotechnologie-Hauses in einer Kooperation des Fachbereiches  Informatik und Sprachen, des Fachbereiches Elektrotechnik, Maschinenbau und Wirtschaftsingeieurwesen sowie des Fachbereiches Angewandte Biotechnologie und Prozesstechnik der Hochschule Anhalt ermöglicht zum einen die Bedeutung der Biotechnologieim Alltag zu erkennen und bietet den ungeschulten Anwendern in einer virtuellen Umgebung die Möglichkeiterste Erfahrungen mit der Herstellung biotechnologischer Produkte zu sammeln. Zum anderen unterstützt es fortgeschrittene Biotechnologen bei der Vorbereitung aufpraktische Anwendungen. Die Virtual-Reality-Anwendung wurde derzeit am Beispielder Joghurt-Herstellung entwickelt. Es bietet zunächsteinen Trainingsraum für Menschen, die VR zum ersten Mal erleben. Nach dem Kennenlernen der Controller und seiner Funktionen können die Lernenden eigenen Joghurt in einer virtuellen Umgebung herstellen. Abschließend gibt es die Möglichkeit in einem Test das erworbene Wissen
    abzufragen und sich eine virtuelle Belohnung zu verdienen.
    Die immersive Simulation erzeugt ein bleibendes Erlebnis und verbindet damit praktisches Prozesswissen mit theoretischem Unterricht. Das Tool ist bereits für den Einsatz in der Lehre verfügbar. Weitere biotechnologische Szenarien sind in der Entwicklung und werden zukünftig ergänzt.
    Derzeitige Entwicklungen:

    • Applikation zur Weinherstellung
    • Level-Management-Ansatz zur Unterstützung verschiedener biotechnologischer Inhalte

    Das Biotech-Haus, das aus einer studentischen Abschlussarbeit hervorging zeigte ein so großes Potenzial für den Einsatz in Lehre und Promotion, dass die Weiterentwicklung/ Ausbau sowie die wissenschaftliche Begleitung nun von Praxwerk unterstützt wird.

    Kontakt

    Prof. Dr. Jana Rödig

    Prof. Dr. Johannes Tuemler

  • Biogas und Bioenergie


    Potenzial der methanogenen und methanoxidierenden Bakterien fürNachhaltigkeit und Umweltschutz

    Schwerpunkte:

    • Ermittlung des Biogasbildungspotentials von Abwässernund organischen Abfällen mit Batch-Gärtests inEudiometern
    • Einfluss von Substratmangel, Überlastungen oderNähr- und Zusatzstoffen auf die Aktivität von anaeroben Pelletschlämmen
    • Möglichkeiten zur Gewinnung von Wertprodukten wie Methanol oder PHB durch den Einsatz von methanoxidierenden Bakterien (MOB)

    Die Abbauuntersuchungen in Eudiometern bieten dieMöglichkeit, das Biogasbildungspotenzial von organischenMaterialien in Parallelansätzen systematisch zuuntersuchen.

    Dabei werden Standardverfahren wie die VDI 4630 fürGärversuche oder auch brancheneigene Testverfahrenwie die PTS-WA 003/97 für die Papierindustrie angewandt.Wichtige Einflussfaktoren sind Herkunft und Lagerungdes Inokulums, die Voradaption und das Verhältnis von Inokulumzu Substrat.Am Beispiel eines Kreislaufwassers aus der Papierindutriewerden neben dem Potenzial zur Biogasbildung auchNährstoffbedürfnisse, Kohlen-stoffbilanzen, Abbaugradebei schwankenden CSB-Belastungen und die Reaktionder anaeroben Pelletbiologie auf Extremzustände wie Belastungssteigerungen oder Hungerphasen durch Stillständeermittelt. Die Experimente werden durch Schlammanalysen und mikroskopische Untersuchungen der anaeroben Pelletbiologieim Hellfeld, Fluoreszenz- und Elektronenmikrosmikroskop begleitet, um die Struktur der Pellets, Sedimentationseigenschaften und die Aktivität der methanogenen Bakterien zu bewerten. Im Fokus der Untersuchungen an der Hochschule Anhalt stehen deshalb neben den methanogenen Bakterien auch die methan­oxidierenden Bakterien, die Methan als alleiniges Substrat verwerten und zu Chemikalien mit hohem Mehrwert wie z.B. Methanol, PHB, Ectoin oder EPS, umwandeln können.

    Kontakt

    Prof. Dr. Jana Rödig

    Dorit Beck

     

     

  • Multiproduct Recovery of High-Value Lead Compounds


    Bioprocess Developmentfor Multiproduct Recoveryof High-Value Lead Compoundsfrom Marine MicroalgaeDown Stream Process Development

    Kontakt

    Prof. Dr. Claudia Grewe

    Kolos Makay