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Projekte unserer Studierenden (Auswahl)

Ausarbeitung eines studentischen Praktikums im Bereich pharmakologischer Wirkstoffe - Herstellung des Wirkstoffes Natamycin

Studentische Projekte Nachhaltige Bioprozesstechnik (I24200-1)

Mit diesem Projekt soll das Prozessspektrum der, im Technikum der Hochschule Furtwangen, durchführbaren Herstellungsverfahren sinnvoll erweitert werden.

Dazu sollten Herstellungsverfahren pharmakologischer Wirkstoffe betrachtet und auf ihre Eignung hin bewertet werden. Viele Herstellungsverfahren konnten aufgrund von Gefahrenpotentialen, dem Verfahrensaufbau oder dem Kostenaufwand ausgeschlossen werden.

Die Herstellung von Natamycin hat sich diesbezüglich als geeignetes Verfahren hervorgetan, weshalb dieser Prozess für ein studentisches Praktikum ausgearbeitet wurde.

Natamycin ist ein Wirkstoff gegen Pilze beziehungsweise ein Antimykotikum. Es wird in der Pharma- und Lebensmittelindustrie eingesetzt und hat Potential im Einsatz in Verpackungen mit antimikrobiellen Eigenschaften. Zudem ist Natamycin nicht als Gefahrstoff eingestuft und in der Europäischen Union unter der E-Nummer 235 als Lebensmittelzusatzstoff zugelassen.

Dieses Herstellungsverfahren bietet sich als studentisches Praktikum an, da es Wissen aus vorhergehenden Vorlesungen in der Praxis umsetzt und den Studierenden die Durchführung eines industrienahen Prozesses von seiner Planung, Realisierung, Führung, Analytik, bis hin zur Auswertung ermöglicht. Zudem kann der Wirkstoff Natamycin interdisziplinär untersucht und verwendet werden.

Studierender: Emanuel Jehle

Betreuerin: Dipl.-Ing. (FH) Ursula Eschenhagen

Simulation eines mathematischen Modells der Fermentation von Bäckerhefe

Studentische Projekte Nachhaltige Bioprozesstechnik (I24199-1)

Im Zuge der Simulation, werden Stoffwechselwege, die in einer Fermentation durch Bäckerhefe ablaufen mathematisch beschrieben. Die Simulation dient als vereinfachtes Modell einer Fermentation mit Zellprozessen wie Ethanolproduktion, Glucoseverbrauch und Zellwachstum, sowie Volumen Zu- bzw. Abläufen. Neben diesen kann das Modell auch die Energieerhaltung und das Wachsen von Hefen auf Ethanol (statt Glucose) verarbeiten. Um die Ergebnisse zu quantifizieren wird das Modell mit experimentellen Daten gespeist und deren richtige Darstellung überprüft.

Dieses Modell kann im Anschluss als Kompartiment einer komplexeren Simulation (Bsp.: miteinander gekoppelte Reaktoren) mit kurzen Rechenzeiten, bis maximal 30 Sekunden genutzt werden.

Durch die Simulation sollen die Studenten der HFU Furtwangen ein besseres Verständnis für komplexe Zellmechanismen entwickeln.

Studierender: Bruno Beltram

Betreuer: M. Sc. André Moser

Einfluss von Hochdruck auf die Enzyme der Stärkehydrolyse

Studentische Projekte Nachhaltige Bioprozesstechnik (I24158-1)

Stärke ist einer der wichtigsten Reservestoffe in pflanzlichen Zellen. Sie ist ein Mehrfachzucker, welcher aus Glucose-Einheiten besteht. Um die Stärke zu spalten, werden Enzyme benötigt. Für die enzymatische Stärkehydrolyse werden oft die Enzyme α-Amylase und Glucoamylase eingesetzt. Aufgrund der hohen Nachfrage für diese Enzyme besteht ein enormer Bedarf darin, deren Effizienz zu steigern.

Ziel dieses Projekt ist es, eine Literaturübersicht über den Einfluss von Hochdruck auf α-Amylase und Glucoamylase zu erstellen. Außerdem wird anhand der Daten aus der Literatur die Druckabhängigkeit von α-Amylase und Glucoamylase für die Implementierung in ein mathematisches Modell vorbreitet.

Die Hochdruckbehandlung von α-Amylase und Glucoamylase zeigt einen positiven Einfluss auf ihre Eigenschaft (Enzymaktivität und Enzymstabilität) im Druckbereich zwischen 1000 und 2000 bar.

Studierender: Steve Gaelle Ntanko Tainkeu       

Betreuer: M. Sc. Christian Appl

 

Bestimmung des Energieverbrauchs bei der UV-Oxidation einer Farbstofflösung

Studentische Projekte Nachhaltige Bioprozesstechnik (I24157-1)

Gerade mal 1% des Wassers auf der Erde ist zugängliches Süßwasser. Dieses wird zunehmend durch chemische Verunreinigungen wie Pflanzenschutzmittel, Arzneimittel oder synthetische Hormone belastet. Die UV-Oxidation mit Wasserstoffperoxid (H2O2) ist ein geeignetes Verfahren zur Behandlung von Abwasser, welches mit Mikroschadstoffen belastet ist.
Zu Forschungszwecken wurde an der Hochschule Furtwangen ein Photoreaktor entwickelt, mit welchem eine UV/ H2O2-Oxidation durchgeführt werden kann. Verschiedene Versuchsreihen haben die Entfärbung von verunreinigtem Wasser durch einen speziellen Farbstoff gezeigt. Dabei hat sich herausgestellt, dass Stellgrößen wie Volumenstrom, H2O2-Konzentration und Lampenleistung einen großen Einfluss auf den oxidativen Prozess haben.
Das Ziel dieser Arbeit ist die Berechnung des Energieaufwands, basierend auf den durchgeführten Versuchsreihen. Des Weiteren sollen Prozesskosten und eine effiziente Betriebsführung ermittelt werden. Die Auswertung der Versuchsreihen hat ergeben, dass eine Aufkonzentrierung von H2O2, eine hohe Lampenleistung und niedriger Volumenstrom zur Senkung des Energieverbrauchs führt. Ein vielversprechender Ansatz, um den Energieverbrauch weiter zu senken, ist eine einfache verfahrenstechnische Wasserleitungsführung.

Studierender: Vladimir Makarov

Betreuer: Prof. Dr. Th. Oppenländer

Kondensation von Wasser aus industriellen Abgasen als unkonventionelle Wasserquelle

Studentische Projekte Nachhaltige Bioprozesstechnik (I24123-1)

Die natürlichen Süßwasserressourcen sind insbesondere in niederschlagsarmen Gebieten schon heute ausgereizt. Dennoch wird die Wassernachfrage weltweit weiterhin um circa 1% pro Jahr ansteigen. Vor diesem Hintergrund soll eine neue und unkonventionelle Wasserquelle untersucht werden: Industrielle Abgase. Die Abgase enthalten große Mengen Wasser, welche bisher ungenutzt in die Atmosphäre ausgestoßen werden.

Ziel des Projekts ist es, das Konzept einer Anlage zur Wassergewinnung durch Kondensation industrieller Abgase zu entwickeln und deren Machbarkeit zu untersuchen. Im Projekt wird stellvertretend das Abgas einer Gasfeuerung betrachtet. Mithilfe der Anlage soll das Wasser als Brauchwasser nutzbar gemacht werden, um beispielsweise Nutzpflanzen zu bewässern.

Das Verfahren wird mit einer Simulationssoftware nachgebildet, um unter Anderem den Einfluss von Betriebsweise und Umgebungsbedingungen auf die Wasserausbeute und den spezifischen Energieverbrauch zu untersuchen. Die Simulation zeigt in erster Näherung, dass das nutzbare Potenzial eines durchschnittlichen Gaskraftwerkes (Leistung: 100 MWel) ca. 40 Tonnen Wasser pro Stunde beträgt.

Studierender: Joel Ketterer

Betreuer: Prof. Dr.-Ing. Erpelding

Biotechnologische 2-Phenylethanolherstellung im Vergleich zur chemischen Synthese

Studentische Projekte Nachhaltige Bioprozesstechnik (I24122-1)

2-Phenylethanol (2-PE) ist die Hauptkomponente des Rosenöls und durch seinen charakteristischen Rosenduft eines der wichtigsten Additive in der Kosmetikindustrie. Der Aromastoff kann durch direkte Extraktion aus Rosenblüten oder durch eine chemische Synthese gewonnen werden. Da die Extraktion aufgrund der geringen Ausbeute jedoch sehr kostspielig ist, wird in der Industrie die chemische Synthese, bei welcher zum Teil umweltschädliche Chemikalien verwendet werden, bevorzugt.

Alternativ wird deshalb an der HFU die biotechnologische Herstellung von 2-PE erforscht.

In diesem Projekt wird im Zuge der Prozessoptimierung eine Übersicht über bisherige biotechnologische Herstellungsverfahren erstellt. Außerdem soll geprüft werden, ob dieses Verfahren der nachhaltigere Herstellungsprozess im Vergleich zur chemischen Synthese ist. Dafür eignet sich eine Lebenszyklusanalyse (LCA), mit welcher die Prozesse erfasst und hinsichtlich ökologischer Gesichtspunkte bewertet werden können, besonders gut.

Eine systematische Recherche führte dabei zu einem umfassenden Literaturreview der Veröffentlichungen im Zeitraum von 1994-2020.

Die Lebenszyklusanalyse ergab eine um 37 % höhere Umweltbelastung durch die chemische Synthese.

Studierender: Konstantin Kienko

Betreuer: Prof. Dr.-Ing. V.C. Hass, Dipl.-Ing. (FH) Ursula Eschenhagen

Vergleich verschiedener Phytase-Herstellungsverfahren als Basis für die mathematische Modellierung

Studentische Projekte Nachhaltige Bioprozesstechnik (I24121-1)

Das Enzym Phytase baut die Verbindung Phytat ab, welche in Ölsaaten, Vollkorngetreide und Hülsenfrüchten vorkommt und Phosphat (P) sowie gebundene Mineralstoffe wie beispielsweise Eisen (Fe2+) enthält. Der Mensch ist nicht dazu in der Lage, Phytase zu produzieren und kann deshalb aufgenommenes Phytat nicht abbauen. Durch die Anreicherung von Phytat-haltigen Lebensmitteln mit Phytase (z. B. bei Haferflocken) oder dem gezielten Phytat-Abbau durch Phytase im Verarbeitungsprozess von Phytat-haltigen Lebensmitteln (z. B. bei Tofu), können die gebundenen Mineralstoffe und das Phosphat freigesetzt und im menschlichen Verdauungstrakt verwertet werden. Insbesondere bei Menschen, die sich ausschließlich pflanzlich (vegan) ernähren, lässt sich dadurch die Mineralstoffaufnahme verbessern.

Im Rahmen dieses Projektes werden verschiedene Phytase-Herstellungsverfahren durch eine systematische Literaturauswertung miteinander verglichen und als Basis für die mathematische Modellierung der Phytase-Herstellung verwendet.

Agrarindustrielle Nebenprodukte wie Reiskleie, Weizenkleie oder auch Palmkernpresskuchen können als Rohstoff für die nachhaltige Herstellung von Phytase durch gentechnisch unveränderte Mikroorganismen genutzt werden. Die mathematische Modellierung der Phytase-Herstellung leistet einen wichtigen Beitrag zur Prozessplanung und -realisierung im Technikum der Hochschule Furtwangen.

Studierender: Björn Ganter

Betreuer: Prof. Dr.-Ing. V.C. Hass, Dipl.-Ing. (FH) Ursula Eschenhagen

Recycling von Polyethylenterephthalat –Fasern durch enzymatische Prozesse

Studentische Projekte Nachhaltige Bioprozesstechnik (I24114-1)

Das nachhaltige Recycling von textilen Fasern aus Polyethylenterephthalat (PET)stellt aktuell eine große Herausforderung dar. Das PET in seiner reinen Form,wie es z.B in Getränkeflaschen vorkommt, wird aktuell durch Granulieren, Extrudieren und Spritzgiessen in einem geschlossenen Kreislaufgeführt und somit wieder und wieder recycelt. Die Verluste sind hier sehr gering.Textilien hingegen, enthalten oft einen Verbund aus verschiedensten Fasermaterialien welche zusätzlich mit Farbstoffen oder Beschichtungen bearbeitet werden. Diese zusätzlichen Inhaltsstoffe beeinflussenbei herkömmlichem Recycling dieStruktur des Kunststoffes wodurch dessen Qualität deutlich gesenkt wird.In diesem Projekt werden deshalb verschiedene Enzymehinsichtlich Ihres Potenzials für die Spaltung von PET untersucht. Sosoll ein Enzym identifiziert werden, dass für ein solches Recycling geeignet scheint und so in weiteren Forschungsarbeiten zu diesem Thema einen Einsatz finden soll.

Studierende: B.Sc. Julia Hinze-Nägele

Betreuer: M.Sc. Michael Menden

Neue Projekte im Sommersemester 2020

*** Aufgrund der aktuellen Coronasituation konnten die Studierenden Ihre Projekte leider nicht im Technikum / Labor durchführen. Damit sie dieses besondere Semester trotzdem absolvieren konnten, wurden alle Projekte als theoretische Arbeiten durchgeführt. Diese werden in Kürze hier vorgestellt.***

Im Wintersemester planen unsere Studierenden im 1. Semester ihre Projekte für das Sommersemester. Folgende Projekte sollen durchgeführt werden:

  • Einfluss der Hochdruckbehandlung auf die Enzyme der Stärkehydrolyse
  • Etablierung eines Herstellungsprozesses für Phytase aus Kluyveromyces marxianus mit Reiskleie als Phytatquelle
  • Gewinnung und Aufkonzentrierung von Cellulasen im Technikum der Hochschule Furtwangen
  • Recycling von Polyethylentherephthalat-Fasern durch enzymatische Prozesse
  • Konzeptionierung, Realisierung & Durchführung eines experimentellen, zweigekoppelten Bioreaktorsystems
  • Erhöhung des Etrags von biokatalytisch hergestelltem 2-Phenylethanol durch eine systemintegrierte Zweiphasenextraktion mit Polypropylenglycol
  • Bestimmung des EE0-Wertes (Electrical Energy per order) bei der UV-Oxidation von Rhodamin B Lösung mit H2O2 im 6 kW Technikumsphotoreaktor
  • Ermittlung der Umsetzbarkeit und Planung einer Anlage zur Gewinnung von Wasser aus industriellen Abgasströmen für die Verwendung im Lebensmittelanbau

Untersuchung des Potentials zur polymerbasierten Substratverwertung durch Penicillium crustosum

Studentische Projekte Nachhaltige Bioprozesstechnik (I22198-1)

Der Schimmelpilz Penicillium crustosum

An der Hochschule Furtwangen (HFU) wurde eine Polyethylenterephtalat (PET)-verwandte Textilfaser im Hinblick auf ihre Abbaubarkeit durch Klärschlamm und Kompost untersucht. Im Zuge dieser Arbeit wurde ein thermisches Hydrolysat der Faser hergestellt, um den Abbauprozess zu beschleunigen. In einer Suspension aus Leitungswasser und des Hydrolyseproduktes der Faser wurde ein unbekannter Organismus entdeckt. Der Organismus wurde extern durch das DSMZ-Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen GmbH als Penicillium crustosum identifiziert. Im Rahmen des Projektes wurde untersucht, ob dieser Pilz in der Lage ist, das Polymer oder dessen Bestandteile als Kohlenstoffquelle zu verwerten.

Studierende: B.Sc. Gisela Krause

Betreuer: M.Sc. Michael Menden, Prof. Dr.-Ing. V.C. Hass

Anwendung eines modellgestützten Design of Experiments (mDoE)

Studentische Projekte Nachhaltige Bioprozesstechnik (I22199-1)

In diesem Projekt wurde ein Proof of Concept für die Anwendung eines modellgestützten Design of Experiments (mDoE) auf Hefekultivierung erbracht. Ziel war es, durch Verbesserung der Zufütterungsstrategie möglichst viele Zellen in einem Bioreaktor zu produzieren. Dazu wurde die beste Zufütterungsstrategie auf die Biomasseproduktion mit einem mathematischen Computer-Modell auf zwei Arten ermittelt. Als erstes wurde ein Design of Experiments durchgerechnet und als zweites ein Lösungsalgorithmus (Nelder-Mead-Algorithmus) angewendet. Diese beiden Methoden wurden miteinander verglichen. Im Rahmen der Anwendung des mDoE wurden zudem eine Unsicherheitsanalyse und eine Simulatorstudie durchgeführt, sowie Experimente im Bioreaktor gefahren. Dabei wurde eine Biomassedichte von 65 g L-1 erreicht.

Studierende: B.Sc. Vanessa Gockel

Betreuer: M.Sc. André Moser

Einfluss von Hydrogencarbonat / Carbonat auf die UV-Oxidative Entfärbung einer RhB-Lösung

Studentische Projekte Nachhaltige Bioprozesstechnik (I22201-1)

Abwässer sind zunehmend mit schwer abbaubaren Schadstoffen belastet, welche durch Kläranlagen nicht entfernt werden können. Mögliche Wasseraufreinigungsmethoden sind bspw. UV-oxidative Verfahren. Im Rahmen dieses Projektes wird das UV-H2O2- Verfahren angewandt, bei dem die Schadstoffe durch oxidative Prozesse in einem Photoreaktor zersetzt werden . Die Effizienz der UV-oxidativen Verfahren wird durch die Anwesenheit von Hydrogencarbonaten und Carbonaten drastisch verringert.
Ziel des Projektes war es, den Einfluss von Carbonat und Hydrogencarbonat auf die Reaktorgeschwindigkeitskonstante k` beim Abbau von Rhodamin zu untersuchen.

Studierende: Ina Schiopu

Betreuer: Prof. Dr. Th. Oppenländer

Untersuchung des Einflusses von Adhäsionsinhibitoren auf die Tumorzellmetastasierung

Studentische Projekte Nachhaltige Bioprozesstechnik (I22202-1)

Im Rahmen dieser Arbeit an der Hochschule Furtwangen University wurde der Einfluss von Adhäsionsinhibitoren auf die Extravasation von Tumorzellen untersucht. Diese Forschungsarbeit soll das Verständnis der Krebsmetastasierung verbessern und außerdem eine Plattform bereitstellen, auf welcher neuartige Zytostatika präklinisch entwickelt und getestet werden können. Die eingesetzten Zellen waren Lungenkrebszellen und Endothelzellen aus der menschlichen Lunge. Für die Untersuchung der Extravasation wurden zwei verschiedene Systeme benutzt, zum einen die klassische Boyden Chamber, zum anderen ein neuartiges mikrofluides System. Die Ergebnisse zeigen, dass in den durchgeführten Versuchen kein Einfluss des Adhäsionsinhibitors Cilengitide festzustellen war. Um einen Einfluss feststellen zu können, müssen weitere Versuche durchgeführt werden.

Studierender: B.Sc. Alexander Schweizer

Betreuering: Dipl.-Biol. Claudia Kühlbach

Untersuchung zur Verstärkung der Metastasierung durch den Einsatz von Homing Faktoren

Studentische Projekte Nachhaltige Bioprozesstechnik (I22203-1)

An der Hochschule Furtwangen wurde der Einfluss von Homing Faktoren auf die Extravasation von Tumorzellen untersucht. Diese leiten die Tumorzellen zu ihrem Metastasierungsort. Bei dieser Arbeit soll das Verständnis verbessert werden, warum bestimmte Tumorzellen überwiegend in ganz speziellen Organsystemen metastasieren. Die eingesetzten Zellen waren Endothelzellen und Tumorzellen aus der menschlichen Lunge. Für die Untersuchung wurden zwei verschiedene Systeme benutzt, zum einen ein neuartiges mikrofluides System und zum Vergleich eine klassische Boyden Chamber. Die Ergebnisse zeigen, dass mit der eingesetzten Konzentration des Homing Faktors CXCL12 kein Einfluss auf die Adhäsion und transendotheliale Migration der Krebszellen festzustellen war. In weiteren Versuchen soll zunächst die optimale Konzentration des Homing Faktors durch unterschiedliche Methoden festgelegt werden.

Studierende: B.Sc. Anika Korzin

Betreuerin: Dipl.-Biol. Claudia Kühlbach