Labor Bioverfahrenstechnik

Aufgabe der Bioverfahrenstechnik ist die Auslegung, Überwachung, Optimierung und Maßstabsvergrößerung von Fermentationen bei reproduzierbaren Ergebnissen. Als Querschnittstechnologie greifen wir unter anderem auf das Wissen der Mikrobiologie, Biochemie, Informatik, Analytik, Sensorik und den Verfahrenstechniken zurück, um Fermentationen auszulegen, zu überwachen und zu optimieren.

Im Lehr- und Forschungslabor der Bioverfahrenstechnik können Fermentationen unter kontrollierten und sterilen Bedingungen durchgeführt sowie analytisch überwacht werden. Dafür stehen beispielsweise Analyseverfahren zur Bestimmung von Alkohol- und Extraktionskonzentrationen, photometrische Verfahren, eine mikrobielle Sicherheitswerkbank und eine enge Kooperation mit dem Fachgebiet der Lebensmittelchemie zur Verfügung.

Die Laborpraktika finden im Rahmen der beiden Wahlpflichtmodule LT1050 Biotechnologie (5. Semester) und LT1041 Bioverfahrenstechnik statt (6. Semester). In den Laborpraktika der studentischen Ausbildung greifen wir jedes Jahr neue Fragestellungen auf, die uns im Rahmen von laufenden Forschungsthemen beschäftigen. Dabei wenden die Studierenden nicht nur das theoretische Wissen aus den Seminaren der Biotechnologie und Bioverfahrenstechnik an, sondern vorausgegangene Laborpraktika liefern das Fundament und das Handwerk zur Bearbeitung des Praktikums.

In den vergangenen Jahren haben sich die Studierenden u. a. mit den folgenden Fragestellungen auseinandergesetzt:

• Biologische Kontrolle von Botrytis cinerea (Grauschimmelfäule) durch Milchsäurebakterien in Äpfeln zur Verländerung der Lagerfähigkeit
• Nachweismethoden des biologischen Abbaus von Kunststoffen
• Screening nach Produktbildnern in der hauseigenen Stammsammlung der Mikrobiologie
• Erhöhung von Produktausbeuten (z. B. Biomasse, Mannitol, Milchsäure) durch Optimierung der Fermentationsbedingungen und -medien (Mannitolbildung)
• Charakterisierung von Milchsäurebakterien: Ermittlung von Temperaturoptima, pH- und Ethanol-Toleranzen, Substrataufnahmespektren, uvm.
• Einfluss des Zellalters und Zellkonzentration auf den Fermentationsverlauf
• Vergleich von unterschiedlichen Betriebsweisen (kontinuierliche vs. diskontinuierliche)

• Bierbrau-Projekt: Die Projektteilnehmenden setzen die theoretischen Grundlagen der Bierherstellung in der Praxis um. Die zugrundeliegenden enzymatischen Prozesse und technologischen Maßnahmen werden zielgesetzt eingesetzt, um ein zuvor definiertes Bierprofil (Aroma, Farbe, Bittere) zu erreichen. Diverse Gärungsnebenprodukte und damit der Fermentationsverlauf können durch vorhandene Analyseverfahren verfolgt werden.

Wir haben uns der Nutzung der Vielfalt von Stoffwechselpotentialen in nativen Mikroorganismen (v.a. Hefen und Milchsäurebakterien) verschrieben.

• Ermittlung des biochemischen Potetials von Essigsäurebakterien
• Haltbarkeitsverlängerung von Bier über biologische Sauerstofffänger (Biologische Scavenger)
• Beschleunigung der Hauptfermentation von Bier durch den Einsatz eines Membranbioreaktors (Membranbioreaktor)
• Bier aus alternativen Rohstoffen (Kartoffelbier)
• Screening und Charakterisierung von Hefen für nicht-alkoholische Fermentationen
• Ermittlung von Wechselwirkung zwischen Hefen und Essigsäurebakterien

• Mikrobielle Brennstoffzellen nutzen Bakterien, um organische Stoffe abzubauen und dabei Strom zu erzeugen.
• Alcolyzer Beer ME: Dieses Gerät bietet die Möglichkeit, den Alkoholgehalt, die Stammwürze und den wirklichen / scheinbaren Extrakt in Bier und Apfelcidre zu messen.
• Brauanlage zur Würzekochung im Bierbrauprojekt
• Autoklav zur Hitzesterilisation von Arbeitsmaterialien und Fermentationsmedien.
• Brutschränke, damit unsere Mikroorganismen bei optimalen Temperaturen wachsen können
• Clean-Bench / mikrobiologische Sicherheitswerkbank: Sicheres Arbeiten unter sterilen Bedingungen, um die Proben und den Anwender vor Kontaminationen zu schützen.
• Fibox 4 trace: Sauerstoffmessgerät, welches nicht-invasive Messungen in Proben erlaubt (Biologische Scavenger)
• Mehrstellenmagnetrührer mit bis zu 60 simultan gerührten Proben für Screeningversuche
• Mikroskope: Damit wir unsere Produktionsorganismen auch sichtbar machen können.
• pH-Meter zum Messen des pH-Wertes.
• Sartocheck 4 plus: Gerät um die Dichtigkeit und die Permeabilität von Membranen zu ermitteln.
• UV-VIS-Spektralphotometer: Mit diesem Gerät kann das Wachstum von Mikroorganismen über die optische Dichte bestimmt werden, aber auch unterschiedliche quantitative Bestimmungen (z.B. Essig- und Milchsäure, vicinale Diketone, freier Aminostickstoff (FAN)) durchgeführt werden.
• Zentrifugen: Wichtig, um Proben und Zellkulturen aufzubereiten