Das Projekt "Förderschwerpunkt Biotechnologie: ChemBioTec: Prozessentwicklung und -optimierung biotechnologischer Verfahren mit Hilfe einer innovativen Simulationsumgebung am Beispiel der Maßstabsvergrößerung eines industriellen Prozesses zur biotechnologischen Herstellung von Ectoin" wird/wurde gefördert durch: Deutsche Bundesstiftung Umwelt. Es wird/wurde ausgeführt durch: Technische Universität Dortmund, Lehrstuhl für Anlagen- und Prozesstechnik.Industrielle biotechnologische Fermentationsprozesse werden sehr häufig aus dem kleinen Labormaßstab heraus entwickelt. Dabei bezieht sich ein Großteil der Entwicklungsarbeiten auf den Bereich der Stammentwicklung und der Definition optimaler Fermentationsbedingungen. Im Bereich der Stammoptimierung (Upstream) existieren bereits systematische Methoden zur zielgerichteten Steigerung der Produktivität. Dagegen wird der Downstream-Prozess oft isoliert von der biotechnologischen Umsetzung schrittweise und rein empirisch durch experimentelle Untersuchung einer Vielzahl denkbarer Trennverfahren ermittelt. Entwicklern biotechnologischer Prozesse fehlt dadurch oft das Gefühl, wie sich Entscheidungen für oder gegen bestimmte Aufarbeitungsschritte und deren Reihenfolge auf die Gesamtbilanz des Prozesses auswirken. Gleiches gilt für die Sensitivität des Downstream-Prozesses in Bezug auf veränderte Reaktionsbedingungen (z.B. pH-Wert oder Salzkonzentration). Das Augenmerk der Prozessentwickler richtet sich sehr oft nur auf die Maximierung der Ausbeute des gerade von ihnen bearbeiteten singulären Schrittes und lässt die Integration in den Gesamtprozess unberücksichtigt. Auch nach Aufnahme der Produktion liegen oft noch keine verlässlichen Massen- und Energiebilanzen vor, wodurch mögliches Optimierungs-potential ungenutzt bleiben muss. Als eine Hauptursache für die nicht durchgeführte ganzheitliche Bioprozessentwicklung wurden auf dem von der DBU im Oktober 2005 geförderten Workshop 'Gram-to-Ton Biocatalysis' fehlende Simulations- und Modellierungsprogramme zur Förderung des Prozessverständnisses identifiziert. Ziele des Projektes war daher die Erstellung eines ersten Prototyps einer Simulationsumgebung für das Design biotechnologischer Aufarbeitungen und die Anwendung dieses Simulators zur Entwicklung eines optimierten Verfahrens zur Herstellung von Ectoin im Tonnenmaßstab. Der Projektpartner bitop produziert Ectoin zu Projektbeginn nach dem so genannten Bakterienmelkverfahren mit einer Kapazität im unteren Jahrestonnenbereich. In diesem Verfahren führten hohe Restmedien- und Salzfrachten und die ausbleibende Wiederverwendung der Salze zu einer hohen Umweltbelastung. Es war offensichtlich, dass im Rahmen des Scale-Ups die Reststoffentsorgung neu gestaltet werden musste. Gleichzeitig wurde an einer Anpassung des Fermentationsverfahrens gearbeitet, die zu einer deutlich erhöhten Raum-Zeit-Ausbeute an Ectoin führen sollte. Die verbesserte Ökonomie und Ökologie der biotechnischen Umsetzung kommt im oberen Jahrestonnenbereich allerdings nur dann zum Tragen, wenn ein insgesamt ökologisch und ökonomisch besseres Herstellungsverfahren inklusive der Aufarbeitung erreicht wird. Deshalb war es durch die Variation der Fermentation erforderlich, den Downstream-Prozess neu zu entwerfen. (Text gekürzt)