2023-06-252023-06-25https://tore.tuhh.de/handle/11420/16262Für neuartige biokatalytische Prozesse besteht eine besondere Herausforderung in der aufwändigen, überwiegend experimentellen Prozessentwicklung auf Grund komplexer, veränderlicher Substrate und eine komplexen Prozessdynamik. Hier sind effiziente, modellgestützte Prozessentwicklungsstrategien gefordert. Derartige Ansätze haben derzeit in der Auslegung biokatalytischer Prozesse noch nicht den gleichen Stellenwert wie etwa in der chemischen Großindustrie. Insbesondere Druck als prozessrelevanter Größe bei enzymatischen Reaktionen bedingt neue Lösungskonzepte für die Prozessführung. Im geplanten Projekt sollen neuartige, modellgestützte Tools für Prozessentwicklung und -steuerung für enzymatische biotechnische Prozesse unter hohem Druck entwickelt und validiert werden. Hierfür bieten sich z.B. modellbasierte Versuchsplanung zur Bestimmung kinetischer Parameter, modellbasiertes Design-of-Experiment oder modellgestützte Strategien zur Prozessentwicklung und –führung wie die „Open-Loop-Feedback-Optimal“ (OLFO)-Strategie an. Ziel ist es, diese modellbasierten Ansätze zu einer Gesamtentwicklungsstrategie zu verknüpfen, um somit die Prozessentwicklung effizienter zu gestalten. Zu dieser vielversprechenden Entwicklungsstrategie wurde durch die TUHH, AG Pörtner zwar über erste Ergebnisse für mikrobielle und Zellkulturprozesse berichtet, für enzymatische Prozesse wurden derartige Ansätze jedoch bislang nicht verfolgt.For novel biocatalytic processes, there is a particular challenge in the complex, predominantly experimental process development due to complex, changeable substrates and complex process dynamics. Here, efficient, model-based process development strategies are required. Such approaches are currently not as important in the design of biocatalytic processes as in the large-scale chemical industry. In particular, pressure as a process-relevant variable in enzymatic reactions requires new solution concepts for process control. The planned project will develop and validate novel, model-based tools for process development and control for enzymatic biotechnological processes under high pressure. For this purpose, e.g. model-assisted experimental design to determine kinetic parameters, model-assisted design-of-experiment, or model-based process development and management strategies such as the Open Loop Feedback Optimal (OLFO) strategy will be applied. The goal is to combine these model-assisted approaches into an overall development strategy in order to make process development more efficient. While the TUHH, AG Pörtner reported initial results on this promising development strategy for microbial and cell culture processes, this has not yet been pursued for enzymatic processes.