Bioprozesstechnik

Bioprozesstechnik, oder Bioprocess Engineering, ist ein interdisziplinäres Fachgebiet, das Biologie, Chemieingenieurwesen und Biotechnologie verbindet, um biologische Produktionsprozesse zu entwerfen, zu optimieren und in großem Maßstab bereitzustellen. Ziel ist die Umwandlung erneuerbarer Substrate durch lebende Zellen, Enzyme oder mikrobiologische Systeme in wertvolle Produkte unter kontrollierten Bedingungen.

Im Upstream-Prozess werden biologische Systeme kultiviert, einschließlich der Auswahl geeigneter Stämme, der Medienformulierung, der Optimierung von Wachstums- und Produktionsbedingungen sowie der Gestaltung von Bioreaktoren. Der Downstream-Prozess umfasst Trenn- und Reinigungsschritte zur Gewinnung reinem Produkt, zum Beispiel Zellen, Proteine oder Enzympräparate, oft durch Zentrifugation, Filtration und Chromatographie.

Die Bioprozessführung umfasst Regelung, Automatisierung und Modellierung, um Parameter wie pH, gelösten Sauerstoff, Temperatur und Substratkonzentrationen zu steuern. Verschiedene Betriebsformen werden eingesetzt, darunter Batch-, Fed-Batch- und kontinuierliche Prozesse. Die Gestaltung von Bioreaktoren (Rührkessel, Blasen-Säulen, Festbettreaktoren) und deren Skalierung von der Labor- zur Produktionsanlage ist ein zentrales Thema.

Anwendungsbereiche sind die Herstellung von Therapeutika, Enzymen und Impfstoffen in der Pharma- und Biotechnologie, die Herstellung von Lebensmitteln und Futtermitteln, industrielle Bioprodukte wie Biokraftstoffe, Biopolyamide sowie Umweltanwendungen wie Abwasser- und Abfallbehandlung. Qualitäts- und Sicherheitsstandards, einschliesslich GMP, sowie Validierung von Anlagen (IQ/OQ/PQ), spielen eine zentrale Rolle.

Ausbildung erfolgt typischerweise in Ingenieurwissenschaften oder Biotechnologie; die Praxis erfordert Zusammenarbeit mit Biologie, Chemie, Prozesskontrolle und Regulierung. Zu den Herausforderungen zählen die Skalierung von Prozessen, Kostenkontrolle, Aufrechterhaltung der Produktivität und die Einhaltung regulatorischer Vorgaben.