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Biotechno > Industielle Biotechnologie > Flashcards

Industielle Biotechnologie Flashcards

1
Q

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A

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2
Q

Welche drei Verfahrenstypen zur Steuerung von Fermentationen werden unterschieden?

A

Diskontinuierliche, kontinuierliche und semi-kontinuierliche Verfahren.

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3
Q

Was ist charakteristisch für das diskontinuierliche Verfahren bei Fermentationen?

A

Es erfolgt in Zyklen mit Füllung des Kessels, biotechnologischer Umsetzung und anschließender Leerung und Trennung des Produkts.

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4
Q

Was versteht man unter industrieller Biotechnologie nach der Definition der OECD?

A

Die Anwendung von Wissenschaft und Technik auf lebende Organismen, Teile von ihnen, ihre Produkte oder Modelle von ihnen, um lebende oder nicht lebende Materie zu verändern.

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5
Q

Warum ist das kontinuierliche Verfahren besonders für Großproduktionen geeignet?

A

Wegen der ständigen Zuführung der Austauschstoffe und Entnahme des Gemischs, was eine gute Abstimmung und ein Fließgleichgewicht ermöglicht.

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6
Q

Wie funktioniert das semi-kontinuierliche Verfahren und für welche Dauer bleiben Mikroben typischerweise im Reaktor?

A

Es ist eine Kombination der anderen Verfahren, wobei Mikroben über mehrere Tage (90) im Reaktor verbleiben und täglich das Medium gewechselt wird.

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7
Q

Welche interdisziplinären Ansätze werden in der industriellen Biotechnologie verfolgt?

A

Erkenntnisse aus Biologie, Chemie, Physik, Informatik, Medizin und Verfahrenstechniken.

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8
Q

Welche ökonomischen Gesichtspunkte sind bei der Entwicklung von Fermentationsprozessen relevant?

A

Die Wahl des Verfahrens erfolgt meist aus wirtschaftlichen Gesichtspunkten.

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9
Q

Nenne die fünf Teilbereiche der Biotechnologie.

A

Rote, grüne, weiße, graue und blaue Biotechnologie.

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10
Q

Was ist notwendig, um Bioreaktoren effektiv zu betreiben?

A

Ein gutes Wissen über die Bedingungen für die Mikroorganismen und Steuermöglichkeiten.

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11
Q

Wie wird die Modellierung zur Optimierung von Fermentationsprozessen eingesetzt?

A

Durch systematische Prozess-Optimierung im Labormaßstab und schrittweise Mengenvergrößerung mit Anpassung der Kulturbedingungen und Verfahrenstyp.

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12
Q

Was ist der Zweck der Gentechnik innerhalb der Biotechnologie?

A

Die gezielte DNA-Änderung der verwendeten Organismen.

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13
Q

Welche Methoden werden zur Aufbereitung von intrazellulären Produkten verwendet?

A

Zell-Abtrennung durch Zentrifugation und Zellzerstörung durch Ultraschall (Labormaßstab) oder Druck-Verfahren (Produktionsmaßstab).

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14
Q

Welche Hauptgruppen biotechnologisch hergestellter Produkte gibt es?

A

Niedermolekulare Produkte, technische Enzyme, Pharmawirkstoffe und Produkte der Gentechnik.

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15
Q

Wie werden extrazelluläre Produkte aufbereitet?

A

Durch Membranfiltrations-Verfahren und Protein-Ausfällung durch Salz-Zugabe, gefolgt von Gel- oder Adsorptions-Chromatographie und Ionentauschern.

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16
Q

Wie werden Bakterien in der Biotechnologie hauptsächlich unterschieden?

A

Nach ihrer Anfärbbarkeit in Gram-negativ und Gram-positiv sowie nach ihrer Form in Kokken und Stäbchenbakterien.

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17
Q

Welche Phasen des Zellwachstums werden unterschieden und was ist charakteristisch für die stationäre Phase?

A

Anlauf-Phase, exponentielle Phase, Verzögerungs-Phase, stationäre Phase und Absterbe-Phase. In der stationären Phase ist die Produktivität am höchsten.

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18
Q

Welche Enzymklasse ist für die Verknüpfung der Okazaki-Fragmente während der DNA-Replikation verantwortlich?

A

Ligasen.

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19
Q

Warum sind Fermentationen vorteilhaft gegenüber chemischen Prozessen?

A

Sie ermöglichen gezieltere, schnellere und energiegünstigere Reaktionen mit weniger Abfall.

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20
Q

Welche Rolle spielen Enzyme in Waschmitteln?

A

Sie spalten Makromoleküle in wasserlösliche Mikromoleküle durch Hydrolyse.

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21
Q

Wie wird die Temperatur in der Versuchsreihe zum Nachweis von Proteasen in Waschmitteln kontrolliert?

A

Die Temperatur darf nicht über 60°C steigen, um eine Denaturierung der Enzyme zu vermeiden.

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22
Q

Wer hat das Mikroskop erfunden?

A

Antoni van Leeuwenhoek

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23
Q

Wer hat PCR erfunden?

A

Kary B. Mullis

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24
Q

Wer hat den Genbegriff erfunden?

A

Wilhelm L. Johanssen

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25
Q

Wer hat die gen sequenzierung erfunden?

A

Frederic Sanger

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26
Q

Wer hat Penicillin erfunden?

A

Alexander Fleming

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27
Q

Wer hat die Evolutionstheorie erfunden?

A

Charles Darwin

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28
Q

Definition von Biotechnologie nach OECD

A

Anwendung von Wissenschaft und Technik…
…auf lebende Organismen
—Teile von ihnen (enzyme, dna, Plasmide)
…ihre Produkte
…Modelle von ihnen
…des Wissensstandes

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29
Q

Definition Biotechnologie FCI

A

Interdisziplinärer Ansatz zur Erforschung biologischer Systeme und die praktische Anwendung der gewonnenen Erkenntnisse

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30
Q

Gentechnik nach FCI

A

Methoden und verfahren zur Isolierung, Veränderung und Übertragung von Erbmaterial

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31
Q

Weisse Biotechnologie Anwendung

A

Produktion, haushalt, Polymere

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32
Q

Rote Biotechnologie Anwendung

A

Therapien, Kosmetik, Diagnostik

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33
Q

Grüne Biotechnologie Anwendung

A

Nachwachsende Rohstoffe, Landwirtschaft, Lebensmittel

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34
Q

Graue Biotechnologie Anwendung

A

Umweltschutz (Abluft, Abwasser Reinigung)

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35
Q

Blaue Biotechnologie Anwendung

A

Umweltschutz, Algen-Biodiesel, Kosmetik

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36
Q

Rote Biotechnologie Produkt

A

Blutgerinnungsfaktor VII

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37
Q

Grüne Biotechnologie Produkt

A

resistenter Mais, Kartoffelstärke, Phytase

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38
Q

Weiße Biotechnologie Produkt

A

Waschmittel, Cyclodextin

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39
Q

Graue Biotechnologie Produkt

A

Schadstoddabbauende Bakterien

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40
Q

Blaue Biotechnologie Produkt

A

Schwamm Kollageb

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41
Q

Vorteile der Biotechnologie für die Chemieproduktion

A

-Spezifität und Selektivität -> besser Steuerbar

-Effizienz und Umweltverträglichkeit

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42
Q

Spezifität und Selektivität von Biotechnologie

A

Lieferung des gewünschten Endprodukts ohne Weiterverarbeitung aus einer Vorstufe

* Keine aufwändigen Trennungsverfahren
* Keine Verunreinigungen des Endprodukts

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43
Q

Effizienz und
Umweltverträglichkeit Biotechnologie

A

einfachere, umweltfreundlichere, sauberere
 Produktionsverfahren


Reduktion der Abhängigkeit von fossilen Rohstoffen


Senken der Investitionskosten


Senkung der Energie- und Entsorgungskosten


Wettbewerbsfähigkeit steigern, neue Märkte
 erschließen)

44
Q

Unterschied klassische und moderne Biotechnologie

A

Klassische Biotechnologie verwendet typische Organismen und Produkte wie Milchsäürebakterien, Hefe und Schimmelpilze

Moderne ergänzt und ersetzt herkömmliche Chemie, Prozesstechniken und Kulturen durch Hochleistungsstämme

45
Q

Gruppen von moderner Biotechnologieprodukte

A

-Niedermolekulare Produkte
-technische Enzyme in Lebensmittelherstellung
-Pharmawirkstoffe

46
Q

Niedermolekulare Moleküle Beispiele

A

-Cystein
-Vitamin B2
-Cyclodextrine

47
Q

cystein Verwendung

A

-Schleimlöser
-künstliches Fleischaroma
-Zusatz für Backwaren
-Dauerwelle

48
Q

Gewinnung von Cystein

A

früher: Extraktion aus Tierprodukten wie Haar, Hufe

heute: durch gentechnisch veränderte e.coli (effektiver, erhöhte Produktion, weniger Umweltbelastung, verhindert Verbreitung von Tierseuchen)

49
Q

Vitamin B2 Anwendung

A

-essentielles Vitamin
-Umbau im Körper zu Co-Enzym FAD
-erhöhter bedarf im Wachstum

50
Q

Herstellung von B2

A

Sehr effiziente Herstellung durch einen Pilz, weniger Rohstoffe, Produktionskosten und Abfallprodukte

51
Q

Cyclodextrine Herstellung

A

Mais-/ Kartoffelstärke wird durch Enzyme zu ringförmigen Molekülen abgebaut

Enzymgewinnung mittels E.coli Hochleistungsstämme

52
Q

Cyclodextrine Wirkung

A

Einschluss von Geruchsstoffen

selektive Extraktion von Duftstoffen

Verpackung von Wirkstoffen

53
Q

Technische Enzyme Beispiele

A

Chymosin
Zellularen/Pektinasen

54
Q

Chymosin Anwendung

A

Vegetarischer Käse

55
Q

Chymosin Herstellung

A

früher: Extraktion aus Kälbermägen

heute: Gen wurde gentechnisch in Bakterien, Schimmelpilze oder Hefen übertragen

56
Q

Cellulasen Anwendung

A

Pressrückstand von Säften verwerten

In Waschmittel gegen Vergrauungseffekt

57
Q

Vorteile gentechnisch hergestellter Medikamente

A

-höhere Produktionsmengen
-höhere Reinheit
-bessere Wirksamkeit
-kein Risiko durch Verunreinigung von Krankheitserregern

58
Q

Wie wird Bioinformatik für Pharmawirkstoffe verwendet

A

-Verbesserung von Wirkgruppen
-Passgenauigkeit für Patienten
-gezielte Entwicklung von Wirkstoffen

59
Q

Pharmawirkstoffe Beispiele

A

Plasminogen Aktivator
Impfstoffe

60
Q

Plasminogen Aktivator Wirkung

A

Schnelles Auflösen eines Gerinnsels durch gewährleisten der Herzmuskel-Durchblutung

61
Q

Plasminogen Aktivator Modifikation durch gentechnik

A

Unnötige Genabschnitte wurden entfernt -> dadurch wirkt er schneller

weniger nebenwirkungen

62
Q

Analysen von Krankheitserregern Methodik

A

Schnelle Analyse mittels PCR und Auftrennen mittels gelelektrophorese

63
Q

Herstellung von Vakzinen durch Biotechnologie

A

gentechnisch veränderte harmlose Viren, welche in Mäusen vermehrt werden

mRNA Impfung

64
Q

mRNA Impfung Herstellung

A

Zellen nehmen mRNA auf

Proteine wird von Zellen selber hergestellt und Antikörper vom Immunsystem produziert

65
Q

mRNA Impfung Vorteile

A

mRNA Aufnahme über Mundschleimhaut möglich

temperaturstabile Moleküle

kostengünstiger

66
Q

Biotechnologie in der Pflanzenentwicklung

A

-Proteine für die Human- und Tiermedizin in Pflanzen „Molecular Pharming“


-Verbesserte Eigenschaften von Pflanzen für den Abbau von Umweltschadstoffen in belasteten Böden

-Verbesserte Inhaltsstoffe in Nahrungspflanzen

-Verbesserte Inhaltsstoffe in Futterpflanzen

-Optimierte Nutz
pflanzen für die industrielle Stoffproduktion

67
Q

Anwendung der marinen Biotechnologie

A

-Antibiotika
-Krebsmedikamente
-Zusatzstoffe 
für Kosmetika
-Virostatika
-Lebensmittel zusatzstoffe
-Robuste 
Industrie-Enzyme

68
Q

Oxidoreduktasen

A

Redoxreaktionen katalysieren

69
Q

Transferasen

A

funktionelle Gruppen von einem Substrat auf ein anderes übertragen

70
Q

Hydrolasen

A

die Bindungen unter Einsatz von Wasser spalten

71
Q

Lyasen

A

die Spaltung oder Synthese komplexerer Produkte aus einfachen Substraten katalysieren, allerdings ohne Verbrauch von Adenosintriphosphat (ATP) oder eines anderen Nukleosidtriphosphats (NTP).

72
Q

Isomerasen

A

die Umwandlung von chemischen Isomeren beschleunigen

73
Q

Ligasen oder Synthetasen

A

Additionsreaktionen mithilfe von ATP (oder eines anderen NTP) katalysieren.[12] Eine Umkehrreaktion (Spaltung) ist meist energetisch ungünstig und findet nicht statt

74
Q

Translokasen

A

den Transport von Stoffen an oder durch Zellmembranen katalysieren

75
Q
A
76
Q

Wann spricht man von Fermentation?

A

Wenn organische Stoffe mithilfe von Bakterien, Pilz- oder Zellkulturen sowie durch den Zusatz von Enzymen (Fermenten) umgewandelt werden

77
Q

Was entsteht bei der Fermentation?

A

Gase, Alkohol und Säuren

78
Q

Fermentation und Gärung Unterschied

A

Gärung bei anaeroben Prozessen

Fermentation kann aerob oder anaerob sein

79
Q

Erste Phase Fermentation

A

Animpfung des Wachstumsmediums

80
Q

Zweite Phase Fermentation

A

Verzögerungsphase oder Inkubationsphase

Mikroorganismen passen sich an die neue Umgebung an, Zellwachstum noch langsam

81
Q

Dritte Phase Fermentation

A

Exponentielle Phase -> stetiger Anstieg der Wachstumsrate

82
Q

Vierte Phase Fermentation

A

Verlangsamungsphase -> die Wachstumsrate verlangsamt sich aufgrund der sinkenden Nährstoffkonzentration

83
Q

Fünfte Phase Fermentation

A

Stationäre Phase, Biomasse bleibt konstant

84
Q

Sechste Phase Fermentation

A

Absterbephase

85
Q

Anwendungsbereiche der Fermentation

A

-Arzneimittelherstellung (Insulin, Impfstoffe, Antibiotika)
-Nahrungsmittel
-Biotreibstoffe
-Chemikalien (Waschmittel)
-Aminosäuren
-Biologische Abwasserreinigung

86
Q

Für was werden Bioreaktoren für eine Fermentation benutzt?

A

Herstellung von Pharmazeutika, Medikamenten, Antikörpern, Impfstoffen

87
Q

Wo werden Fermenter für eine Fermentation benutzt?

A

Nahrungsmittelproduktion, Milchsäure und Ethanol

88
Q

Welcher Prozess steckt hinter der Sauerteiggärung?

A

Spontangärung

89
Q

Was ist ein Fermenter technisch gesehen?

A

Ein geschlossenes Gefäß in dem gerührt wird

Ein Mikroorganismus stellt aus einem flüssigen Medium (organische Substanzen, Nährstoffe, Spurenelementen) Energie her

Die Organismen nutzen diese Energie zu ihrer Vermehrung und der Produktion der Zielmoleküle

90
Q

Welche Wertstoffe können in einem Fermenter hergestellt werden?

A

Enzyme, Proteine oder kleine Moleküle die in industriellen Prozessen eingesetzt werden können

91
Q

Wie plant man eine Fermentation in einem Fermenter?

A

Art und Konzentration der Nährstoffe

Temperatur

PH-Wert

Sauerstoffgehalt

92
Q

Wie wird eine Fed Batch Fermentation geplant?

A

Eine feeding Strategie wird festgelegt

Prozessbedingungen: temperatur, Rührerdrehzahl, Begasungsrate, Dauer des Fermentationsprozesses

93
Q

Unterschied Labor und Industriefermenter

A

Labor: bessere Durchmischung durch schnellere Drehungen, Glasbehältnisse, Autoclavieren möglich

Industrie: Nur maximal 200 Umdrehungen pro Minute -> weniger Sauerstoff im Medium, anspruchsvolleres und teueres Kühlen, Edelstahlbehältnisse, Dampf und chemische Sterilisierung

94
Q

Batchfermentation

A

So lange kultiviert bis die Nährstoffquelle erschöpft ist, Fermentation wird dann beendet

95
Q

Vorteile Batch-Fermentation

A

-Flexibel einsetzbar
-geringe Investitionskosten
-Kurze kultivierungszeiten -> geringere Infektionsgefahr
-KAum Mutationseinfluss

96
Q

Nachteile Batch-Fermentation

A

Füllen, Sterilisieren, ernten und säubern sind nichtproduktive Totzeiten

Hoher Materialverschleiß

Für jeden Ansatz braucht man Inokulum

Produktqualität schwankt

97
Q

Fed-Batch Fermentation

A

Während dem Fermentationsprozess werden Substrate hinzugefügt

Wenn das kontinuierliche Verfahren nicht wirtschaftlich ist und das Batchverfahren nicht produktiv genug ist

98
Q

Vorteile Fed-Batch Verfahren

A

Große Flexibilität

Hohe Umsatzraten durch definierte Kultivierungszeit

Optimale Führungsbedingungg

Quasistationäre Betriebsweise

99
Q

Nachteile Fed-Batch Verfahren

A

Aufwendige Prozesssteuerung

Hohe Materialbelastung

Unproduktive Totzeiten

100
Q

Kontinuierliche Fermentation

A

Dem Bioreaktor werden ständig Substrate zugeführt und Endprodukt entnommen

Sauerteigproduktion oder Abwasserreinigung

101
Q

Kontinuierliche Fermentation Vorteile

A

Automatisierte, sehr wirtschaftliche Prozesse

Gleichbleibende Qualität

Geringe Personalkosten

Geringe Infektionsgefahr

102
Q

Kontinuierliche Fermentation Nachteile

A

Geringe Fertigungsflexibilität

Gleichbleibende Rohstoffqualität notwendig

Hohe Kosten durch Automatisierung und sterile Führung

Hohe Mutationsgefahr

Kontaminationsgefahr

103
Q

Was muss man beachten wenn man ein Futtersilo ansetzt?

A

-Silo rechtzeitig vorbereiten

-Verschmutzung vermeiden

-Erntezeitpunkt

-Nicht zu stark anwelken

-Siliermittel

-Verdichten

-abdecken

104
Q

Silo rechtzeitig vorbereiten

A

Silo reinigen

Abdichten von undichten Stellen

Seitenwände mit Siloplane abgedichtet werden

Zufahrten so gestalten, dass kein Dreck durch Traktorreifen eingetragen wird

105
Q

Verschmutzung durch Silo vermeiden

A

Schmutz kann zu Fehlgärungen führen

Abschleppung der ernte bei trockenem Boden

Biotechno (5 decks)

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