Big Bang HTL 4, Schulbuch

74 Biochemie und Biotechnologie (IV. Jahrgang, 7. Semester) 6.3 Zellen als Chemie-Fabrik Gewinnung von organischen Produkten Die meisten organischen Massenchemikalien werden heute aus Erdöl hergestellt. Oft wäre auch eine Fermentation aus nachwachsenden Rohstoffen möglich. Bei einigen, wie z. B. der Zitronensäure wird es bereits so gemacht. Wie in jedem anderen Wirtschaftszweig muss auch in der Biotechnologie möglichst kostengünstig produziert werden. Die Vorteile der biotechnologischen Produktion wurden schon in Abschnitt 6.1 genannt. Die Nachteile werden mit der richtigen Betriebsweise versucht auszugleichen. Vor allem die niedrigen Produktkonzentrationen und die damit verbundene aufwändige Aufbereitung fallen dabei ins Gewicht. Außerdem sind Lebewesen doch sehr viel kom- plexere Systeme, weshalb unvorhersehbare Probleme auf- treten können. Trotzdem gibt es viele Grundverfahren die denen der chemischen Technologie ähneln , wie z. B. Zentri- fugationen, Filtrationen usw. Bearbeite die Aufgaben! Auch die Herstellung von Genussmitteln wie Kakao, Kaffee, Tee oder Tabak involviert Fermentationen. Recherchiere mit Hilfe des Internets, welche biotech- nologischen Prozesse dabei ablaufen. L Überlege welche Nahrungsmittel deines heutigen Frühstücks ohne Biotechnologie nicht existieren würden. L Answer the following questions in complete English sentences: a. What is the name of Saccharomyces cerevisiae in the English language? b. How can you test the level of sugar and alcohol during the fermentation process of wine? c. What is the function of oak chips added to the wine? Where is the oak in large scale wine making? d. When do you add the camden tablet and why? e. Why do you need to close the fermentation bucket? L 6 F12 B1 F13 A1 F14 A1 Wie läuft so eine biotechnologische Produktion eigentlich ab? Was sind denn Beispiele für biotechnologisch herge- stellte Stoffe abseits von Ethanol und Milchsäure? Wie kann ein Organismus dazu gebracht werden ein Stoffwechselprodukt zu bilden, das in ihm normaler- weise gar nicht vorkommt? F15 F16 F17 Die biotechnologischen Verfahren laufen in sogenannten Fermentern , auch Bioreaktoren genannt, ab. In diesen Bioreaktoren sind viele Bedingungen steuer- und regelbar . So können pH-Wert, Temperatur, O 2 -Gehalt und die Zusam- mensetzung des Mediums gemessen und konstant gehal- ten werden. Sehr häufig kommen flüssige Medien zum Einsatz, die gut misch- und pumpbar sind. Während im Labormaßstab häufig Glasgeräte zum Einsatz kommen sind auf industrieller Ebene wie in der chemischen Industrie eher Metallkessel im Einsatz. Abb. 6.13: links: Labor-Fermenter, rechts: kleiner Industrie-Fermenter Bioreaktoren können auf drei unterschiedliche Betriebs- arten betrieben werden: 1. Batch-Prozess : siehe Abb. 6.15 a Beim Batch-Prozess wird ein bestimmtes Volumen eines Nährmediums vorgelegt , dieses dann mit einer kleinen Menge der Mikroorganismen versetzt (= beimpft ). Bei ge- eigneten Bedingungen vermehren sich die Organismen eine Zeit lang exponentiell bis das Substrat verbraucht ist. Bei längerem Betrieb kommt es zu einem Absterben durch Nährstoffmangel oder giftige Stoffwechselprodukte. Abb. 6.14: Typische Wachstumskurve von MO in einer Batch-Kultur Abb. 6.15: Betriebsweise von Fermentern: (a) Batch, (b), Fed-Batch, (c) Chemostat Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv