Hanswerner Dellweg. Biotechnologie. Grundlagen und Verfahren VCH

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1 Hanswerner Dellweg Biotechnologie Grundlagen und Verfahren VCH

2 Inhalt Liste der benützten Abkürzungen 0 Einleitung Bedeutung der Biotechnologie Die wichtigsten Produkte der Fermentationsindustrie Bier WeinundSekt Destillierte alkoholische Getränke Industriealkohol Backhefe Speiseessig Antibiotica Steroide Vitamine Citronensäure Aminosäuren Enzyme Eiweißhefe Butanol-Aceton Biotechnologiemarkt Die technisch wichtigsten Mikroorganismen Versorgung der Mikroorganismen mit Substraten Versorgung mit Sauerstoff Versorgung mit anderen Elementen Versorgung mit Stickstoff Versorgung mit Kohlenstoff Das Nährmedium Terminale Wasserstoffakzeptoren > Gärungen Atmung Anaerobe Atmung Unvollständige Oxidationen Energetischer Vergleich zwischen aerobem und anaerobem Stoffwechsel.. 30 XIII

3 VIII Inhalt 1 Verfahrenstechnische Grundlagen von Fermentationen Sterilisation des Mediums Hitzesterilisation Kinetik der Inaktivierung von Mikroorganismen Die wichtigsten fermentationstechnischen Verfahren Oberflächenverfahren Submersverfahren Kontinuierliche Verfahren Aufarbeitung von Bioprodukten Abtrennung Aufschluß von Mikroorganismenzellen Anreicherung Reinigung Modifikation Trocknung Produktabtrennung in situ 52 2 Kinetische Grundlagen für Wachstum und Produktbildung Diskontinuierliche Kultur Die Wachstumskurve Produktbildung im diskontinuierlichen Prozeß Kontinuierliche Kultur Das Z/D-Diagramm Stabilitätseigenschaften der kontinuierlichen Kultur Ausbeute des mikrobiellen Wachstums Ertragskonstante FAT/ATP, Erhaltungsenergie und deren biologische Ursachen Das Konzept der verfügbaren Elektronen" Sauerstoffbedarf und Sauerstoffversorgung _ 81 3 Zellsubstanz-Biosynthese Backhefe Nähr-und Futterhefe Weitere Verfahren zur Hefegewinnung Verhefung von Molke Verhefung von Stärkesuspensionen 104

4 Inhalt IX 4 Unvollständige Oxidationen und Gärungsprozesse Oxidation von Alkoholen Gewinnung von Essigsäure Sorbit-Sorbose-Oxidation Technische Gärungen Ethanol Milchsäure Butanol-Aceton-Gärung Mikrobielle extrazelluläre Polysaccharide Technisch interessierende Polymere aus Mikroorganismen Dextrane Lävane Amylose Pullulan Xanthan Alginate Curdlan Produktion von Dextran Aminoglycosid-Antibiotica Glycoside im Pflanzenreich Primäre Biosyntheseprodukte unter Verwendung von Pilzen Citronensäure Biochemische Grundlagen Herstellungstechnik Fumarsäure Andere Säuren des Citratcyclus Gluconsäure Sekundäre Biosyntheseprodukte Antibiotica Penicilline Cephalosporine Streptomycine 150

5 X Inhalt IAA Chloramphenicol Tetracycline Puromycin Wirkungsweise von Antibiotica Resistenzfaktoren gegen Antibiotica Gibberelline Ergot-Alkaloide Sekundärprodukte aus Pflanzenzellkulturen Mikrobielle Stoffumwandlungen (Biotransformationen) Fermentation Steroid-Transformationen Hydroxylierungsreaktionen Einführung einer Ketogruppe 166 8:2.3 Seitenkettenabbau Einführung einer Doppelbindung Aromatisierung Verwendung von immobilisierten Enzymen oder Zellen Biotransformationen in anderen Stoffklassen Einzellerproteine Eiweißbedarf des Menschen Eiweißerzeugung Fischprotein Algenkulturen, Blattproteine : Eiweiß aus Mikroorganismen Verfahren mit Paraffinen Prozeßmerkmale der SCP-Gewinnung Produktmerkmale Die früheren Verfahren mit Hefen SCP aus Methanol Genetisch veränderte Mikroorganismen für SCP Mikrobielle Verfahren zur Herstellung von Futtermitteln Mikrobielle Verfahren zur Gewinnung von Nahrungsmitteln 193

6 Inhalt XI 10 Aminosäuren und Nucleotide Verwendung und Bedeutung von Aminosäuren Chemische Synthese von Aminosäuren Stereoisomeren-Trennung Trennung von Acetyl-D, L-aminosäuren mit immobilisierten Aminoacylasen Fermentative Aminosäuregewinnung L-Glutaminsäure L-Lysin Produktion weiterer Aminosäuren mit auxotrophen und regulatorischen Mutanten Enzymatische Aminosäure-Synthesen Ammonia-Lyasen Pyridoxalphosphat-Enzyme Aminosäure-Dehydrogenasen Gewinnung von Nucleosiden und Nucleotiden Fermentative Gewinnung von Nucleotiden Technische Enzyme und Biokatalysatoren Tierische Enzyme Pflanzliche Enzyme Mikrobielle Enzyme Zur Exkretion mikrobieller Proteine Allgemeine Gesichtspunkte zu mikrobiellen Enzymen Herstellungsverfahren für mikrobielle Enzyme Aufarbeitung von Enzymen und Proteinen Enzymaufarbeitung in wäßrigen Phasensystemen Die wichtigsten Enzyme von industriellem Interesse Immobilisierung von Enzymen Immobilisierung von Mikroorganismenzellen Reaktoren für den Einsatz von immobilisierten Biokatalysatoren Einsatz immobilisierter Biokatalysatoren Immobilisierte Glucoseisomerase (IGI) Immobilisierte Penicillin-Acylase (IPA) Andere Prozesse mit immobilisierten Biokatalysatoren 254

7 XII Inhalt 11.8 Membranverfahren für enzymatische Umwandlungen Membrantypen und deren Aufbau Der Enzym-Membranreaktor (EM-Reaktor) Multienzymsysteme mit Cofaktor-Regenerierung Biosensoren Abwasserbehandlung und Methangärung Abwasserreinigung Aerober contra anaerober biologischer Abbau Abwasseranalytik Chemischer und biologischer Sauerstoffbedarf Aerobe Abwasserbehandlung Die Mischpopulationen im Belebtschlamm Verfahrenstechnische Aspekte der aeroben Abwasserbehandlung Schlammabtrennung Schlammentsorgung Anaerobe Behandlung von Abläufen Thermodynamische Aspekte des anaeroben Abbaus Konventionelle Faultürme Prozeßvarianten des anaeroben Abbaus Abwasserbehandlung durch anaerobe Prozesse Wichtige Prozeßparameter der anaeroben Abwasserreinigung Energie aus Abfällen 302 Literatur 305 Register 311

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