Raum | MAR 2.051 / ACK Z 66 |
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Adresse | Marchstr. 23 10587 Berlin |
Sprechstunde | nach Vereinbarung, siehe ISIS-Kurse |
Lehre
Experimentelle und CFD-numerische Untersuchungen zur mechanischen Beanspruchung filamentös wachsender Mikroorganismen in Rührkesseln
Motivation
Filamentös wachsende Mikroorganismen werden industriell bereits vielfältig eingesetzt, um Produkte beispielsweise für die Lebensmittel-, Pharma- oder Konsumgüterindustrie (Zitronensäure, Antibiotika, Enzyme für Waschmittel) herzustellen. Durch die hohe Komplexität biotechnologischer Prozesse besteht weiterhin großes Potential die Produktausbeute und Verfahrenseffizienz zu steigern.
Kultivierungen werden meist im Rührkessel durchgeführt. Eine wichtige Einflussgröße ist die mechanische Belastung durch den Rührer, da die Mikroorganismen durch Scher- und Dehnkräfte geschädigt werden können. Ziele der Arbeit sind u.a. Rührer hinsichtlich ihrer Scherbeanspruchung zu charakterisieren und scherarme Rührer zu entwickeln.
CFD-numerische Arbeiten
Bisherige Untersuchungen legen nahe, dass die Scherbeanspruchung eines Rührers eine Kombination aus der maximalen Belastung und der Häufigkeit des Erfahrens hoher Belastungen ist. Die Beurteilung dieser Beanspruchungshistorie erfolgt numerisch anhand von Partikelbahnen masseloser Parcels nach der Particle-Tracking-Methode. Die von einem Parcel durchlaufenen lokalen Scherraten können dabei aufgenommen werden (vgl. Abb. 1a). Die Darstellung der Verweilzeit bei bestimmter Scherrate über dem dazugehörigen Scherratenwert (Abb. 1b) zeigt eine deutlich höhere Scherbeanspruchung durch den Wellenbandrührer im Vergleich zum Scheibenrührer.
Experimentelle Arbeiten
Exemplarisch werden die Untersuchungen am filamentös wachsenden Pilz Aspergillus niger durchgeführt, dessen Wachstumsform (Morphologie) gezielt eingestellt werden kann. Ob kugelförmige Pellets oder myzeliges Wachstum (vgl. Abb. 2) vorliegt, wird durch die Osmolalität des Kultivierungsmediums eingestellt. Untersucht wird der Einfluss der mechanischen Belastung auf die Produktivität der Mikroorganismen.
Publikationen
2024
Comparative Study of Fluid Dynamic Stress on Aspergillus niger and Model Systems
Chemie Ingenieur Technik, 96 (4) :471-485
2024
2023
Fragmentation of Aspergillus niger pellets in stirred tank bioreactors due to hydrodynamic stress
Chemical Engineering Research & Design, 195 :116-131
2023
2022
Characterizing particulate systems towards the analysis of hydrodynamic stress in stirred-tank (bio)reactors
Chemie Ingenieur Technik, 94 (9) :1336
2022
2020
Rheological characteristics of filamentous cultivation broths and suitable model fluids
Biochemical Engineering Journal, 163 :107746
2020
2019
Numerical Analysis of the Impact of Particle Friction on Bed Voidage in Fixed-Beds
Chemie Ingenieur Technik, 91 (9) :1260-1266
2019