Magnetische Bioaufbereitungstechnik

Die anwendungsnahe Forschung und Entwicklung der Arbeitsgruppe beschäftigt sich vorrangig mit dem Einsatz der Magnetseparation in der Bioverfahrenstechnik auf folgenden zwei Gebieten:

  1. Magnetische Enzyme, d. h. auf magnetischen Trägerpartikeln gebundene Enzyme für die Biokatalyse
  2. Magnetische Mikrosorbentien, d. h. magnetische Mikropartikel mit spezifischen Oberflächeneigenschaften zur Produktaufarbeitung

Dabei stehen die verfahrenstechnischen Fragestellungen, wie z. B. SIP- und CIP-fähige Konstruktionen (Aseptic design), Quantifizierung der Trennleistungen mittels On-line-Messmethoden, Prozessintegrationen (In-situ product removel) und Prozess-Steuerungen im Fokus der Arbeiten.


Arbeitsgruppe Bioaufbereitung 2010/2011


Magnetische Enzyme

Der Einsatz von Enzymen, die auf magnetischen Trägerpartikeln immobilisiert sind, hat den Vorteil, dass sich die Enzyme durch Magnetseparatoren leicht von der Reaktionsmischung abtrennen lassen.

Die Arbeiten werden in enger Zusammenarbeit mit der TU Kaiserslautern, Lehrgebiet Bioverfahrenstechnik durchgeführt.  Beide Hochschulen führen im Rahmen des Forschungskollegs MAGNENZ kooperative Promotionen auf dem Gebiet der magnetischen Enzyme durch (siehe Pressemitteilung des BMBF).



Magnetische Mikrosorbentien zur Aufarbeitung biotechnologischer Produkte

Mit biotechnologischen Herstellungsverfahren gewonnene Produktströme enthalten neben dem gewünschten Produkt einen hohen Anteil an festen Bestandteilen, Nährsalzen, Puffersubstanzen sowie eine Vielzahl von Nebenprodukten. Das Produkt kann mit sogenannten magnetischen Mikrosorbentien von weiteren, nicht magnetisierbaren Feststoffen (wie z.B. Zelltrümmer) und den gelösten Bestandteilen abgetrennt werden. Dazu verwendet man Magnetfilter nach dem Prinzip der Hochgradienten-Magnetseparation (HGMS). Die beim Einsatz der Magnetfiltration eingesetzte magnetische Kraft wirkt nur auf magnetisierbare Partikel und ist daher hoch spezifisch. Zudem ist die Magnetkraft sehr stark, so dass auch kleinste magnetisierbare Partikel bei hohen Durchsatzraten sicher abgetrennt werden können.

Die Abtrennung eines Wertstoffs mittels Magnetfiltration verläuft wie folgt: Die magnetischen Mikrosorbentien werden zu der Fermentationsbrühe oder dem Zellhomogenisat gegeben. Das gewünschte Produkt bindet über eine Affinitätssorption an deren Oberfläche. Die Suspension wird dann durch einen Magnetseparator geleitet. Dieser besitzt als Filtermatrix eine dreidimensionale, sehr poröse Gitterstruktur aus einem magnetisierbaren Edelstahl. Diese Filtermatrix wird zwischen den Polschuhen eines Magneten angeordnet. Durch die magnetische Kraft bleiben die magnetischen Mikrosorbentien beim Durchströmen der Suspension auf der Filtermatrix haften. Alle anderen Suspensionsbestandteile fließen mit dem Lösungsmittel ungehindert ab. Dann wird das Magnetfeld „ausgeschaltet“, und die magnetischen Mikrosorbentien werden aus der Filtermatrix ausgewaschen. Das Produkt wird desorbiert und von den magnetischen Mikrosorbentien wieder mit dem Magnetfilter getrennt.

Durch den Einsatz von Permanent- statt Elektromagneten konnten die Betriebskosten von Magnetseparatoren inzwischen sehr deutlich reduziert werden. Für das „Ausschalten“ von Permanentmagneten wurde von Steinert Elektromagnetbau GmbH, Köln und dem Forschungszentrum Karlsruhe neue Methode entwickelt, bei der der Magnet und die „CIP“-fähige Filtermatrix nicht mehr mechanisch voneinander getrennt werden müssen.


Arbeitsgruppe Bioaufbereitung 2006/2007


Prof. Dr.-Ing. Percy Kampeis 
Bioverfahrenstechnik

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