PRÄZISIONSFERMENTATION IM BIOREAKTOR

Die Fermentation begleitet die Menschheit schon seit frühen Jahren. Bier, Wein, Sauerteig oder Kimchi sind hier nur einige wenige Beispiele. Prinzipiell erzeugen bei einer Fermentation Enzyme oder Mikroorganismen aus einem Ausgangssubstrat eine oder mehrere neue Substanzen. So entsteht beispielweise durch das Vergären von Zucker bei der Bierherstellung Alkohol. Die Präzisionsfermentation geht noch einen Schritt weiter: Durch Selektion oder genetische Neuprogrammierung können Mikroorganismen in einem intelligenten Bioreaktor eine Vielzahl an Lebensmittelinhaltsstoffen wie Proteine, Vitamine, Enzyme, Aromen, Pigmente und Fette produzieren. So ist heute schon ein Käse aus Milchproteinen möglich, der nie mit einer Kuh in Berührung kam. Solche Verfahren sind aber nicht nur mit Blick auf den ökologischen Fußabdruck interessant: Die Boston Consulting Group und der Impact Investor Blue Horizon erwarten bis 2035 allein mit alternativen Proteinen Umsätze in Höhe von 290 Milliarden US-Dollar entlang der Wertschöpfungskette.

Hygienegerechte Konstruktion

Verfahrenstechnisch wichtigster Baustein der Präzisionsfermentation ist der Bioreaktor. Dieser muss die sehr individuellen Prozessparameter der Organismen wie Substratzufuhr, Temperatur, Belüftung oder den Einsatz eines Rührers exakt umsetzen können. Er sollte zudem leicht zu reinigen sein und in einer hygienischen Ausführung zur Verfügung stehen. Alles Herausforderungen, die Ziemann Holvrieka aufgrund der mehr als 170-jährigen Erfahrung in der Konstruktion und der Produktion hochwertiger Tanks und Prozesslösungen für die globale Getränke- und Liquid-Food-Industrie uneingeschränkt erfüllt. Bereits bei der Konstruktion setzen die Ingenieure beispielsweise die HACCP-Vorgaben und Empfehlungen der European Hygienic Engineering & Design Group (EHEDG) konsequent und bis ins Detail um. So sind mit den hochmodernen Elektro-Polieranlagen Rautiefen von weniger als 0,3 Mikrometer realisierbar. Und vor der Auslieferung stellen die Experten mit einem Riboflavin-Test sicher, dass die Oberflächen effizient und rückstandslos gereinigt werden können.

Bei der Auslegung eines Bioreaktors stehen die individuellen Rahmenbedingungen des Anwenders immer im Mittelpunkt. Diese hohe Flexibilität gilt auch, wenn die Anlagenplaner Aggregate für Kühl- oder Heizverfahren, Ventile und Pumpen auswählen, internationale Vorgaben umsetzen oder lokale Besonderheiten wie eine Erdbebengefahr oder hohe Windlasten berücksichtigen. In diesem Stadium setzen die Spezialisten unter anderem das Werkzeug der Finite Element Analysis für Stress- und Sicherheitsberechnungen ein und können durch eine zusätzliche Computational Fluid Dynamics den künftigen Prozess vorab simulieren.

Aktuell kann Ziemann Holvrieka Bioreaktoren im Volumenbereich von 50 bis 300 Kubikmeter und Edelstahltanks bis zu einem Durchmesser von 7,5 Meter an einem Stück produzieren und ausliefern. Größere Tanks werden direkt auf der Baustelle gefertigt. Aufgrund dieser Standardisierung, der hohen Produktionskapazität und der direkten Anbindung des Produktionsstandortes in Bürgstadt an die internationalen Schifffahrtswege sind auch kürzeste Liefertermine realisierbar. Diese Zeiteinsparung ist wichtig, weil gerade bei der Präzisionsfermentation oftmals Produktionskapazitäten rasch aufgebaut werden müssen, um wirtschaftlich zu sein. Das Unternehmen agiert dabei von der Konstruktion, über das Projektmanagement, bis hin zur Installation und der Inbetriebnahme als Turnkey-Anbieter.

Diesen Artikel finden Sie in LT 9/2024 auf den Seiten 36 und 37.

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