Rühren in neuer Dimension

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Komplexe Mischaufgaben in großen Behältern

Die steigende Behältergröße ermöglicht zwar große Wirkstoffmengen, hat aber ihre Tücken. Es drohen Qualitätsverluste, da die Rührwerke die großen Flüssigkeitsmengen nicht gründlich genug durchmischen. Sauerstoff und Nährstoffe verteilen sich nur ungenügend, Abfallstoffe werden schlecht abtransportiert. Hinzu kommt: Die heute zur Wirkstoffproduktion eingesetzten Mikroorganismen und Zellen sind auf Hochleistung getrimmt mit Turbostoffwechsel und entsprechendem Nährstoff- und Sauerstoffhunger.

Das neue XXL-Magnetrührwerk ist jetzt auch diesen komplexen Mischaufgaben gewachsen, was Zeta u.a. in umfangreichen Tests bewiesen hat.

Große Herausforderung bei Rührprozessen in der Biotechnologie ist die Skalierung vom Labor- in den Industriemaßstab. Denn die Entwicklung ist das eine, Simulation, Berechnung und Validierung, stehen auf einem ganz anderen Blatt.

Mischzeiten, einwirkende Scherkräfte und weitere Parameter verändern sich mit der Behälter- und Rühwerksgröße und trotz umfangreicher Untersuchungen unterstützt durch numerische Strömungssimulation gibt es noch viele Wissenslücken über die Vorgänge und die Stoffverteilung in den großen Bioreaktoren. Wo es beispielsweise hakt, erklärt Zeta-Spezialistin Pittermann: „Unklar ist u.a. wie die Rührwerke die Begasungsraten beeinflussen und wie sich Rührorgane gegenseitig beeinflussen.“ Beides habe Einfluss auf die Produktion und sei ein „spannendes weites Feld“ an dem Zeta gerade arbeite.

Die optimale Versorgung der Zellen ist das A&O

Auch Dr.-Ing. Michael Schlüter, Professor am Institut für Mehrphasenströmung an der TU-Hamburg, interessiert sich für die Zusammenhänge in großen optimierten Industriefermentern und will die Strömungsvorgänge besser verstehen. Es sei bei Rührreaktoren immer noch eine große Herausforderung, die Mischgüte vorauszuberechnen, sagt Schlüter. Gleichmäßige pH- und Sauerstoffkonzen- trations- sowie Temperaturverteilungen seien wichtig, um die Zellen optimal zu versorgen, erklärt er.

„Diese Einflussgrößen und deren Zusammenspiel müssen wir verstehen und beeinflussen können.“ Ein fünf Meter hoher, transparenter Acryl­glasreaktor, der am Technikum des Instituts gemeinsam mit ­Boehringer Ingelheim errichtet wurde, soll den Wissenschaftlern helfen, diese und weitere Geheimnisse zu lüften.

Im Innern des 15 m³ fassenden Glaszylinders dreht das leistungsstarke Zeta-Magnet​rührwerk seine Runden und schafft so neues Prozesswissen. Strömungen können mit Farbe sichtbar gemacht werden und einige Überraschungen hat es auch schon gegeben. Die Vermischung sei sehr viel effektiver als angenommen, erzählt Schlüter.

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