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Projekte unserer Studierenden (Auswahl)

Erzeugung elektrischer Energie mittels anaerober mikrobieller Brennstoffzellen zur Bestimmung der Mikroorganismenbesiedlung und des optimalen Elektrodenabstands

Studentische Projekte Nachhaltige Bioprozesstechnik (I27962-1)

20 % des Energiebedarfs einer Kommune gehen durchschnittlich in die Abwasserbehandlung. Bei Deutschlandweit 10 000 Kläranlagen sind das etwa 4 400 Gigawattstunden jährlich. Dabei sind die im gewöhnlichen Haushalt anfallenden Abwässer keineswegs energiearm. Sie enthalten unteranderem energiereiche Kohlenstoffverbindungen und eine Vielzahl an Mikroorganismen. Diese Eigenschaften werden schon zur Aufbereitung des Abwassers einbezogen. Einige der natürlich darin enthaltenen Mikroorganismen geben jedoch auch freie Elektronen an ihre Umgebung ab und können daher theoretisch als Energiequelle in einer mikrobiellen Brennstoffzelle genutzt werden. Die Forschung hierzu steckt jedoch noch in ihren Kinderschuhen und soll mit diesem Projekt weiter vorangetrieben werden. Neben dem Einfluss von Elektrodenabständen auf den elektrischen Ertrag wird auch ein kontinuierlicher Kompartimentreaktor tiefergehend untersucht und dessen Mikroorganismenbesiedlung analysiert. Dabei wurde Klärschlamm als Inokulum und eine Pepton-, Stärkelösung als Medium verwendet.

Studierender: Tim Kiefer

Betreuer: Prof. Dr.-Ing. Holger Schneider

Modellgestützte Charakterisierung eines Scale-Down Reaktorsystems

Studentische Projekte Nachhaltige Bioprozesstechnik (I27961-1)

Bei der Produktion von biotechnologischen Produkten kommen Produktionsreaktoren mit sehr großen Volumina zum Einsatz. In diesen Reaktoren kommt es im Gegensatz zu Reaktoren im Labormaßstab, die bei der Prozessentwicklung verwendet werden zu einer ungleichen Verteilung der Nährstoffe und des Sauerstoffes, die den Prozess und dessen Ertrag nachteilig beeinflussen können. Es entstehen hierbei verschiedene Zonen mit unterschiedlichen Konzentrationen an Nährstoffen. Da bei der Entwicklung von Prozessen die Nährstoffe aufgrund des kleinen Volumens gleichmäßig im Reaktor verteilt sind werden die Einflüsse der Konzentrationsgradienten meist nicht berücksichtigt. Zur Untersuchung dieser Einflüsse kommen sogenannte „Scale-Down Modelle“ zum Einsatz, die verschiedene Zonen des Produktionsreaktors simulieren. Diese bestehen aus zwei Reaktoren, die über eine Pumpe miteinander verbunden sind. Es können unterschiedliche Bedingungen in den beiden Reaktoren eingestellt werden, zwischen denen die Zellen hin- und hergeschickt werden.  Mit diesen Modellen kann beispielsweise untersucht werden, welche Auswirkungen es hat, wenn die Zellen zwischen einer sauerstoffreichen und sauerstoffarmen Umgebung zirkulieren. Nach der Untersuchung der Einflüsse werden die gewonnenen Erkenntnisse in ein Computermodell übertragen wodurch Prozesse effizienter und nachhaltiger gestaltet werden können.

Studierender: Dennis Maier

Betreuer: Prof. Dr.-Ing. Volker C. Hass,  M. Sc. André Moser

Etablierung eines Aktivitätstests zum PET-Abbau durch die PETase und MHETase aus Ideonella sakaiensis

Studentische Projekte Nachhaltige Bioprozesstechnik (I27946-1)

Plastik ist ein sehr beliebter und vorteilhafter Werkstoff in der Industrie, so dass die jährliche Produktion der Polymere weltweit bei über 350 – 400 Millionen Tonnen liegt. Dadurch entsteht jedoch das Plastikmüllproblem in der Umwelt, das eine große Herausforderung darstellt. Der biologische Abbau durch plastikabbauende Enzyme bietet dabei einen vielversprechenden Lösungsansatz. Im Rahmen dieses Projektes werden die Enzyme PETase und MHETase, die in Kombination zum Abbau des Kunststoffes Polyethylenterephthalat benötigt werden, mit Hilfe des pET-Expressionssystemsgentechnisch in E. coli-Bakterienhergestellt. Nach der erfolgreichen Expression wird die enzymatische Aktivität der beiden Proteine durch die Etablierung eines Aktivitätstests überprüft. In nachfolgenden Projekten sollen die exprimierten Enzyme verwendet werden, um PET-verschmutzte Proben zu behandeln. Dabei gelangen die Proteine nicht in die Umwelt, sondern werden beispielsweise an geeigneten Filtern immobilisiert.

Studierender: David Kornberger

Betreuerinnen: Prof. Dr. hum. biol. Ulrike Salat, B. Sc. Tanja Paatsch

ß-Galactosidase-Produktion mithilfe von Kluyveromyces marxianus-Zellen

Studentische Projekte Nachhaltige Bioprozesstechnik (I27942-1)

Kluyveromyces marxianus ist eine anpassungsfähige, schnellwachsende Hefeart, die durch den Laktosestoffwechsel viel Potential für eine nachhaltige Lebensmittelindustrie bietet. Beispielsweise kann durch die Verwendung der Molke als Nährmedium sowohl der Ressourcenverbrauch als auch die Abwasserbelastung gesenkt werden. Kluyveromyces marxianus wird unter anderem zur Produktion des laktoseumsetzenden Enzyms ßGalactosidase verwendet. Zu diesem Thema soll ein Praktikumsversuch für Studierende der HFU entwickelt werden. Ziel ist es, bisherige Schüttelkolbenversuche mit Kluyveromyces marxianus in den Reaktormaßstab zu übertragen und dabei die Enzymausbeute zu optimieren. Die Fütterung der Hefe mit Laktose und deren Umsetzung zu Galactose und Glukose beinhaltet sowohl anregende als auch hemmende Effekte auf die Enzymproduktion. Diese Zusammenhänge bieten das Potenzial für einen spannenden und lehrreichen Praktikumsversuch.

Studierende: Naemi Müßle

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

Untersuchung von seed trains und Auswirkung der Qualität auf den Gesamtprozess

Studentische Projekte Nachhaltige Bioprozesstechnik (I27930-1)

Dieses Projekt beschäftigt sich mit der Realisierung eines sogenannten seed trains mit Saccharomyces cerevisiae im Technikum der Hochschule Furtwangen. Unter einem seed train versteht man die stufenweise Kultivierung von Mikroorganismen, dazu wird die Kultivierung zunächst in einem geringen Volumen gestartet. Nach Kultivierung für einige Stunden in dieser ersten Stufe wird die Kultur in die nächste Stufe überimpft. Durch Vorlegen von zusätzlichem Nährmedium wird so das Volumen der Kultur von Stufe zu Stufe erhöht. Gestartet wird die Kultivierung in diesem Fall in einem Volumen von 50 mL in einem Kulturkolben. Nach mehreren Stufen in weiteren, größeren Kulturkolben folgt die Kultivierung in Bioreaktoren. Auch bei diesen Stufen werden mehrere Größen von Bioreaktoren verwendet, um das Volumen weiter zu erhöhen. Ist es beispielsweise das Ziel die Kultur anschließend für einen Biotechnologischen Prozess in einem 20 L Bioreaktor zu verwenden, würde dieser die letzte Stufe des seed trains darstellen. Neben der Realisierung dieser Kultivierungsstrategie im Technikum, stellt die Simulation mit Hilfe eines Computergestützten Modells einen weiteren Teil dieses Projektes dar. Durch Betrachtung der Startund Prozessbedingungen, sowie der Kinetiken für die Kultivierung von S. cerevisiae kann die Kultivierung im Voraus simuliert und so beispielsweise eine Fütterungsstrategie geplant werden. Außerdem können durch Nachsimulation der durchgeführten Kultivierung die Kultivierungsdaten mit den Simulationsdaten verglichen werden und so auch das Modell an neue Erkenntnisse angepasst werden. Mit Hilfe des Simulationsmodells können unter Betrachtung der erlangten Erkenntnisse durch Laborversuche Optimierungsstrategien zur Verbesserung des seed trains erarbeitet werden und zum Beispiel auch eine mögliche Biotechnologische Produktion unter Verwendung der kultivierten Zellen simuliert werden und die Auswirkung die Qualität auf den Gesamtprozess betrachtet werden.

Studierende: Denise Ochs

Betreuer: Prof. Dr.-Ing. Volker C. Hass, M.Sc. Ch. Fittkau

Fermentation und proteolytische Aufarbeitung eines Tofu-Molke-Konzentrates

Studentische Projekte Nachhaltige Bioprozesstechnik (I27929-1)

Bei der Tofuproduktion folgt nach der Gewinnung der Sojamilch die Gerinnung des Sojaproteins. In diesem Prozessschritt fällt neben dem ausgefällten Tofuprotein auch Tofu-Molke an. Tofu-Molke gilt bei der Tofuproduktion als Reststrom und wird überwiegend unbehandelt in das Abwasser geleitet. Die Tofu-Molke beinhaltet jedoch noch eine hohe Konzentration an organischen Stoffen, die zum einen im Abwasser eine Belastung für die Umwelt darstellen und zum anderen als nachhaltige Rohstoffe für verschiedene Produkte weiterverarbeitet werden könnten. Im Rahmen dieses Projektes soll das Tofu-Molke-Konzentrat so aufbereitet werden, dass es als Geschmacksverstärker oder als Substrat für die Kultivierungen von Mikroorganismen eingesetzt werden kann. Hierfür werden eine Fermentation mit Hefen und die Proteolyse des Tofu-Molke-Konzentrates untersucht und optimiert.

Studierende: Julia Meyer

Betreuer: Prof. Dr.-Ing. Volker C. Hass, M.Sc. Ch. Appl

Machbarkeitsstudie einer kontinuierlichen Synthese von Bromalkyl-Glykosiden im Mikroreaktor mittels Fischer Glykosylierung

Studentische Projekte Nachhaltige Bioprozesstechnik (I27928-1)

Glykomimetika spielen eine große Rolle in einer Vielzahl von biologischen Prozessen und Vorgängen (beispielsweise in der Zell-zu-Zell-Kommunikation). Dadurch besteht ein großes Interesse darin diese für medizinische Zwecke künstlich nachzubauen. Es ist wichtig diese Glykomimetika-Moleküle mit einem funktionalisierten Abstandshalter auszustatten, so dass diese in der Lage sind an Transportmoleküle oder an feste Oberflächen zu binden. Es wäre theoretisch möglich mit solchen Therapeutika Behandlungen zu entwickeln, die praktisch frei von Nebenwirkungen sind. Darüber hinaus erhöht diese Präzision die Erfolgschancen von Studien, was zu drastischer Kürzung der Zeit von der Entwicklung bis zur Markteinführung eines Medikamentes und niedrigeren Entwicklungskosten führt. Bromalkyl-Glykoside sind für die Anwendung als funktionalisierte Abstandshalter sehr vielversprechend. Um BromalkylGlykoside auch industriell anwenden zu können, ist eine Produktion im technischen Maßstab notwendig. Hierfür müssen jedoch Herausforderungen wie die thermodynamische Handhabung der chemischen Synthese von Glykosiden mittels Fischer-Glykolysierung bewältigt werden. Ein vielversprechender Ansatz hierfür ist die Herstellung von Bromalkyl-Glykosiden in einem kontinuierlich betriebenen Mikroreaktor. Das Ziel des Projektes war es Bromalkyl-Glykoside, im Rahmen einer Machbarkeitsstudie, in einem Mikroreaktor an der Hochschule Furtwangen mittels Fischer Glykosylierung herzustellen.

Studierende: Jessica Jung

Betreuer: Prof. Dr. rer. nat. Magnus Schmidt

Charakterisierung der Destillationskolonne mit dynamischen Daten

Studentische Projekte Nachhaltige Bioprozesstechnik (I27943-1)

 

Die Destillation hat sich in der chemischen Prozessindustrie zur Produkttrennung, Reinigung und Abfallbeseitigung durchgesetzt. Je nachdem, ob es sich um Petrochemikalien, Massenchemikalien, Spezialchemikalien oder Pharmazeutika handelt, kann der Destillationsprozess in zwei Kategorien unterteilt werden:(1) Batch-Destillation, die hauptsächlich in der Spezialchemie-, Biochemie-und Pharmaindustrie eingesetzt wird, und (2) kontinuierliche Destillation, die hauptsächlich in der Petrochemie und Bulk-Chemie eingesetzt wird.Aufgrund des vielfältigen Verwendungszwecks der Reinigung wird an der HFU eine Charakterisierung der Destillationskolonne mit dynamischen Daten durchgeführt.In diesem Projekt wird eine Destillationskolonne mit Ethnaol und Wasser als Probelösung mit verschiedenen Betriebsarten sowie Variablenwie Temperatur, Rückfluss-Verhältnis, Zulauf-Rate, Zulauf-Punkt, und Heizung Bereiche. es wird analysiert, dass die optimale Änderung der Variable in Bezug auf Zeit, Effizienz und zu erreichen Wunsch Grad der Reinigung.

Studierender:Hardikkumar Jasoliya

Betreuer: Prof. Dr.-Ing. Volker C. Hass, M.Sc.Christian Fittkau

Optimierung der Chlorogensäurereduktion in Sonnenblumenproteinkonzentrat durch enzymatische Spaltung

Studentische Projekte Nachhaltige Bioprozesstechnik (I27927-1)

Immer mehr Menschen versuchen sich vegan zu ernähren oder haben eine diagnostizierte Laktoseunverträglichkeit. Aus diesem Grund wird versucht, eine vegane, nachhaltige Alternative (Sonnenblumenmilch) zu Kokos-, Hafer- oder Reismilch zu finden. Der Sonnenblumenpresskuchen (Nebenprodukt bei Öl-Kaltpressung) wird dabei fein vermahlen, wodurch Heliaflor® (ein Sonnenblumenmehl) entsteht. Das Sonnenblumenmehl wird weiter zur Sonnenblumenmilch verarbeitet. Das derzeitige Problem bei diesem Herstellungsprozess ist, dass das Sonnenblumenmehl einen hohen Anteil an Polyphenolen, besonders Chlorogensäure besitzt. Die Chlorogensäure führt in ihrer oxidierten Form zu einer Grünfärbung. Vor allem im alkalischen Bereich (pH > 7) ist eine Grünfärbung zu erkennen, wodurch eine Verarbeitung in der Lebensmittelindustrie aktuell uninteressant ist. Die Chlorogensäure kann mit Hilfe eines Enzyms in ihre Bestandteile Kaffee- und Chinasäure gespalten werden. Das Ziel dieses Projektes ist das Testen alternativer Pektinasemischungen zur Chlorogensäurereduktion, da die derzeit verwendete Pektinasemischung nicht länger produziert wird. Dabei muss beachtet werden, dass das Enzym (Pektinasemischung) nicht aus gentechnisch veränderten Mikroorganismen stammt, da die Sonnenblumenmilch sonst ihr Biozertifikat verlieren würde.

Studierende: Theresa Bartko

Betreuer: Prof. Dr. rer. nat. Simon Hellstern, Dr. Bernd Bohrer (B+B Biotech)

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