TY - JOUR A1 - Tippkötter, Nils A1 - Al-Kaidy, Huschyar A1 - Wollny, Steffen A1 - Ulber, Roland T1 - Functionalized magnetizable particles for downstream processing in single-use systems JF - Chemie Ingenieur Technik N2 - Biotechnological downstream processing is usually an elaborate procedure, requiring a multitude of unit operations to isolate the target component. Besides the disadvantageous space-time yield, the risks of cross-contaminations and product loss grow fast with the complexity of the isolation procedure. A significant reduction of unit operations can be achieved by application of magnetic particles, especially if these are functionalized with affinity ligands. As magnetic susceptible materials are highly uncommon in biotechnological processes, target binding and selective separation of such particles from fermentation or reactions broths can be done in a single step. Since the magnetizable particles can be produced from iron salts and low priced polymers, a single-use implementation of these systems is highly conceivable. In this article, the principles of magnetizable particles, their synthesis and functionalization are explained. Furthermore, applications in the area of reaction engineering, microfluidics and downstream processing are discussed focusing on established single-use technologies and development potential. Y1 - 2013 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.201200130 VL - 85 IS - 1-2: Special Issue: Single-Use Technology SP - 76 EP - 86 PB - Wiley CY - Weinheim ER - TY - JOUR A1 - Tippkötter, Nils A1 - Deterding, A. A1 - Ulber, Roland T1 - Determination of acetic acid in fermentation broth by gas-diffusion technique JF - Engineering in Life Sciences N2 - Due to the interfering effects of acetic acid in many fermentation processes, a gas-diffusion technique was developed for the online determination of acetic acid. The measurements were accomplished with a flow diffusion analysis (FDA) unit from the TRACE Analytics GmbH, Braunschweig, Germany. The diffusion analysis is based on the UV-absorbance of acetic acid at 205 nm. The measurement was achieved by the separation of an acceptor and a carrier stream (acidified fermentation broth) using a gas permeable polytetrafluoroethylene (PTFE) membrane, whereby broth constituents that would otherwise disturb the UV-measurement of acetic acid, are held back efficiently. Merely, the fermentation by-products, e.g. formic acid, is capable of diffusing through the membrane. While formic acid can disturb the measurement, carbon dioxide does not absorb at 205 nm. The method operates with time-dependent sample enrichment. During the analysis, a small volume of the acceptor stream is stopped for a defined time interval in the acceptor chamber. During this period, the gaseous acetic acid diffuses through the membrane and is enriched in the acceptor chamber. Subsequently after the enrichment, the acceptor stream flows through a UV-detector. The intensity of the signal is proportional to the acetic acid concentration. Online measurements in bioreactors via a sterile filtration probe have been accomplished. A linear calibration in the range of 0.5–5.0 g/L acetic acid with a relative standard deviation of <5 % was obtained. A sampling rate of 8 samples per hour was possible. The system was applied for the determination of acetic acid in E. coli fermentation broth. The instrument is easy to clean, very user-friendly and does not require any toxic or expensive reagents. Y1 - 2008 U6 - https://doi.org/10.1002/elsc.200820227 VL - 8 IS - 1, Special Issue: Technical Systems for the Use in Life Sciences SP - 62 EP - 67 ER - TY - GEN A1 - Tippkötter, Nils A1 - Duwe, Anna A1 - Rais, Dominik A1 - Zibek, Susanne A1 - Zorn, H. T1 - Optimierung und Scale-up der enzymatischen Hydrolyse inkl. Ligninabbau T2 - Chemie Ingenieur Technik N2 - Primäre Ziele der Hydrolyse pflanzlicher nachwachsender Rohstoffe sind möglichst hohe Zuckerkonzentrationen für nachfolgende Fermentationen und eine Maximierung der Produktivität. Zur Optimierung dieser Prozesse wird Organosolv-aufgeschlossene Buchenholz-Cellulose verwendet. Die Hydrolyse des Faserstoffes erfolgt mithilfe von Novozymes CTec2-Enzymen. Die Hydrolysen konnten durch neue Rührerelemente auf einen Maßstab von 1000 L übertragen werden. Dabei konnten maximale Ausbeuten (g Glucose g –1 Glucose im Faserstoff) bis 81 g g – 1 und Konzentrationen von 152 g L –1 erreicht werden. Zurzeit können unter Einsatz eines Feststoffreaktors Cellulosefasern in einer Konzentration bis 400 g L –1 enzymatisch hydrolysiert werden. Die cellulolytischen Enzyme stoßen bei hohen Feststoffkonzentrationen an ihre Grenzen. Mit steigendem Feststoffgehalt nimmt die Hydrolyseausbeute ab. Ein Ansatz zur Steigerung der Effizienz ist der Einsatz ligninolytischer Enzyme, die Ligninreste an der Organosolv-Cellulose aufschließen können. Eine solche Verbesserung der Zugänglichkeit für cellulolytische Enzyme an ihr Substrat wurde durch Kulturüberstände verschiedener ligninolytischer Pilze erreicht. Mit Kulturüberständen von Stereum sp. sind Steigerungen der Glucoseausbeuten um bis zu 30 % möglich. Y1 - 2014 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.201450287 SN - 0009-286X SN - 1522-2640 (eISSN) N1 - ProcessNet-Jahrestagung 2014 und 31. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen, 30. September - 2. Oktober 2014, Eurogress Aachen N1 - Förderung vom Bundesministeriumfür Ernährung und Landwirtschaftdurch den Projektträger FNR e. V. im Rahmen des Projekts FKZ 22019409 VL - 86 IS - 9 SP - 1515 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - JOUR A1 - Tippkötter, Nils A1 - Duwe, Anna-Maria A1 - Wiesen, Sebastian A1 - Sieker, Tim A1 - Ulber, Roland T1 - Enzymatic hydrolysis of beech wood lignocellulose at high solid contents and its utilization as substrate for the production of biobutanol and dicarboxylic acids JF - Bioresource Technology N2 - The development of a cost-effective hydrolysis for crude cellulose is an essential part of biorefinery developments. To establish such high solid hydrolysis, a new solid state reactor with static mixing is used. However, concentrations >10% (w/w) cause a rate and yield reduction of enzymatic hydrolysis. By optimizing the synergetic activity of cellulolytic enzymes at solid concentrations of 9%, 17% and 23% (w/w) of crude Organosolv cellulose, glucose concentrations of 57, 113 and 152 g L⁻¹ are reached. However, the glucose yield decreases from 0.81 to 0.72gg⁻¹ at 17% (w/w). Optimal conditions for hydrolysis scale-up under minimal enzyme addition are identified. As result, at 23% (w/w) crude cellulose the glucose yield increases from 0.29 to 0.49gg⁻¹. As proof of its applicability, biobutanol, succinic and itaconic acid are produced with the crude hydrolysate. The potential of the substrate is proven e.g. by a high butanol yield of 0.33gg⁻¹. Y1 - 2014 U6 - https://doi.org/10.1016/j.biortech.2014.06.052 VL - 167 SP - 447 EP - 455 PB - Elsevier CY - Amsterdam ER - TY - GEN A1 - Tippkötter, Nils A1 - Maurer, S. A1 - Pasteur, A. A1 - Kampeis, P. A1 - Ulber, Roland T1 - Hochgradient-Magnetseparation von Fermentationsprodukten–FEM Simulation der Filtermatrix T2 - Chemie Ingenieur Technik N2 - Durch den Einsatz magnetisierbarer Partikel lassen sich Stoffwechselprodukte direkt und selektiv aus feststoffreichen Fermentationssuspensionen abtrennen. Im Gegensatz zu klassischen Adsorbermaterialien können magnetisierbare Partikel mit sehr geringen Durchmessern verwendet werden. Zur deren Abtrennung ist jedoch ein hoher Magnetfeldgradient notwendig. Dieser wird in der Regel durch in der Trennkammer bzw. dem Magnetfeld eingebrachte magnetisierbare Drähte realisiert. Bei der Auslegung der Drahtgitter ist ein Kompromiss zwischen Abtrennrate und Durchlässigkeit nötig. Die Ausrichtung der Drähte in Relation zum Magnetfeld, deren Abstand sowie die geometrische Anordnung können hierbei variiert werden. Zum Verständnis der Einflüsse auf das sich ausbildende Magnetfeld und die Fluiddynamik wurden Simulationen mit der Finite-Elemente-Methode durchgeführt und experimentell überprüft. Hierfür wurden die Drähte unter Variation von Anzahl, Richtung und Anordnung in den Hochgradient-Magnetseparator eingebracht. Erste Verifizierungen der Simulationen zeigen, dass die in Magnetfeldrichtung ausgerichteten Drähte (x-Achse) über die geringste Partikelrückhaltefähigkeit verfügen. Die Drähte der y- und z-Achse halten den größten Anteil der Magnetpartikel zurück, wobei die Drähte in y-Richtung den höchsten Feldgradienten ausbilden. Des Weiteren konnte gezeigt werden, dass eine rhomboedrische Drahtanordnung der kubischen vorzuziehen ist. Y1 - 2010 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.201050217 SN - 0009-286X SN - 1522-2640 (eISSN) N1 - ProcessNet-Jahrestagung 2010 und 28. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen, 21. - 23. September 2010, Eurogress Aachen VL - 82 IS - 9 SP - 1361 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - GEN A1 - Tippkötter, Nils A1 - Möhring, S. T1 - Nutzung von Fäulepilzen für die selektive Gewinnung von Cellulose und Lignin aus nicht vorbehandelter lignocellulosehaltiger Biomasse T2 - Chemie Ingenieur Technik N2 - Einige Arten der Braun- und Weißfäulepilze sind in der Lage, selektiv entweder Lignin oder Cellulose im Holz abzubauen. Diese Pilze können für eine energiesparende Vorbehandlung lignocellulosehaltiger Biomasse für Bioraffinerien genutzt werden, ohne auf technisch aufwändige Aufschlussapparate zurückgreifen zu müssen. Weißfäulepilze bauen bevorzugt Lignin ab, wodurch die verbleibende Cellulose leichter für enzymatische Hydrolysen in das Monosaccharid Glucose zugänglich wird. Braunfäulepilze bauen dagegen Cellulose und Hemicellulose ab. Die Auswirkungen der Behandlung von Weizenstroh mit verschiedenen Pilzarten werden zurzeit untersucht. Dabei werden die Veränderung der enzymatischen Hydrolysierbarkeit des Substrats sowie die gebildeten Ligninderivate bestimmt. Detaillierte Betrachtungen der Biomasseveränderung werden mithilfe spezifischer Färbemethoden durchgeführt, durch die morphologische Veränderungen der Pflanzengewebe in der 3D-Lichtmikroskopie dargestellt werden können. Y1 - 2014 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.201450353 SN - 0009-286X SN - 1522-2640 (eISSN) N1 - ProcessNet-Jahrestagung 2014 und 31. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen, 30. September - 2. Oktober 2014, Eurogress Aachen N1 - Diese Arbeit wird durch das Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft über die FNR e.V. unter dem Projektnamen „Lokale Vorbehandlung nachwachsender Rohstoffe für Bioraffinerien“ gefördert (FKZ 22028411) VL - 86 IS - 9 SP - 1385 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - CHAP A1 - Tippkötter, Nils A1 - Möhring, S. A1 - Maurer, S. A1 - Roth, J. T1 - Dezentrale Vorbehandlung und Verarbeitung pflanzlicher Reststoffe für Bioraffinerien T2 - Kurzfassungen der Vorträge nach Sessions : Frühjahrstagung der Biotechnologen 2013, 4. - 5. März 2013, Dechema-Haus, Frankfurt am Main Y1 - 2013 SP - 5 CY - Frankfurt am Main ER - TY - CHAP A1 - Tippkötter, Nils A1 - Möhring, Sophie A1 - Roth, Jasmine A1 - Wulfhorst, Helene T1 - Logistics of lignocellulosic feedstocks: preprocessing as a preferable option T2 - Biorefineries N2 - In comparison to crude oil, biorefinery raw materials are challenging in concerns of transport and storage. The plant raw materials are more voluminous, so that shredding and compacting usually are necessary before transport. These mechanical processes can have a negative influence on the subsequent biotechnological processing and shelf life of the raw materials. Various approaches and their effects on renewable raw materials are shown. In addition, aspects of decentralized pretreatment steps are discussed. Another important aspect of pretreatment is the varying composition of the raw materials depending on the growth conditions. This problem can be solved with advanced on-site spectrometric analysis of the material. KW - Analytics KW - Decentral KW - Mechanical KW - On-site KW - Pre-treatment Y1 - 2019 SN - 978-3-319-97117-9 SN - 978-3-319-97119-3 U6 - https://doi.org/10.1007/10_2017_58 N1 - Advances in biochemical engineering/biotechnology ; Vol. 166 SP - 43 EP - 68 PB - Springer CY - Cham ER - TY - GEN A1 - Tippkötter, Nils A1 - Neitmann, E. A1 - Sohling, U. A1 - Ruf, F. A1 - Ulber, Roland T1 - Anaerobe Produktion von ABE-Lösungsmitteln aus an Bleicherde adsorbiertem Öl T2 - Chemie Ingenieur Technik N2 - Mit Palmöl beladene Bleicherde wurde auf die Anwendbarkeit als Rohstoff zur Bildung von Aceton, Ethanol und Butanol (ABE) untersucht. Nach der Abtrennung des entfärbten bzw. gebleichten Öls bestehen 20–40 % (w/w) des Bleicherderückstands aus adsorbiertem Öl. Somit stellt das Mineral einen wertvollen Rohstoff dar. Zur Produktion der Lösungsmittel wurde das gebundene Öl hydrolysiert. Das freigesetzte Glycerin diente als Substrat einer nachfolgenden anaeroben Fermentation zu den ABE-Lösungsmitteln. Die Fermentationen wurden mit verschiedenen Clostridien-Stämmen durchgeführt, von denen einige lipolytische Aktivität aufweisen. Der Ölgehalt der Bleicherde betrug 28 % der Adsorbermasse. Für die Hydrolyse wurden drei Ansätze untersucht: 1. die direkte Fermentation des Adsorbers mit lipolytisch aktiven Clostridien, 2. der Einsatz von Lipasen und die Fermentation des resultierenden Überstands und 3. die Kofermentation mit einer lipolytisch aktiven Hefe. Jeder der drei Ansätze führte zu einerHydrolyse des Öls und Wachstum der Mikroorganismen. Der Einsatz von Lipasen resultierte in einer vollständigen und der schnellsten Hydrolyse des Öls. Eine Glycerinkonzentration von 13,4 g/L konnte erreicht werden. Die anaerobe Fermentation der verschiedenen Clostridien auf Minimalmedien verlief erfolgreich. Der Vergleich der Fermentationen der Bleicherdehydrolysate zeigte, dass das Hydrolysat wachstumsinhibierende Substanzen enthält. Unter diesen Bedingungen konnte eine Ausbeute von Y P/S = 0,11 erzielt werden. Der Einsatz eines Ionenaustauschers zur Reinigung des Hydrolysats vor der Fermentation resultierte in einer Verbesserung des Wachstums Y1 - 2009 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.200950075 SN - 0009-286X SN - 1522-2640 (eISSN) N1 - ProcessNet‐Jahrestagung 2009 und 27. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen, 8.- 10. September 2009, Mannheim VL - 81 IS - 8 SP - 1217 EP - 1218 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - GEN A1 - Tippkötter, Nils A1 - Pasteur, A. A1 - Meyer, C. A1 - Kampeis, P. A1 - Diller, R. A1 - Ulber, Roland T1 - Aufreinigung von Cephalosporin C durch poröse, selektiv-beschichtete Magnetpartikel T2 - Chemie Ingenieur Technik N2 - Die selektive Isolierung von Cephalosporin C (CPC) aus komplexen Fermentationssuspensionen unter Einsatz magnetischer Separation ist das Ziel dieser Arbeit. Das Verfahren wird im frühen Stadium der Aufarbeitung genutzt, um CPC zu stabilisieren und somit die Produktausbeute zu erhöhen. Als Adsorbersysteme für CPC wurden neben einem projektinternen magnetischen Material ND 10322, dessen Oberflächenladungen spezifisch für die Bindung des Zielmoleküls synthetisiert wurden, verschiedene kommerzielle Partikelsysteme verglichen. Es konnten massenspezifische Maximalbeladungen von 51 mg g⁻¹ erreicht werden. Weiterhin wurde die Stabilität von CPC untersucht. Unter optimalen Adsorptionsbedingungen kann CPC stabilisiert werden, so dass die Geschwindigkeitskonstante der Degradation des b-Lactam-Rings unter diesen Bedingungen unter 0,005 h⁻¹ liegt. Untersuchungen zur Wiederverwertbarkeit der neuen Adsorbers zeigten eine irreversible Bindung geringer CPC-Mengen nach dem ersten Einsatz. Nach zwölf Zyklen tritt eine irreversible Bindung von CPC ein, was zu einer signifikanten Reduktion der Adsorptionsfähigkeit führt. Die Anhäufung des CPC auf dem Adsorber konnte durch IR-Untersuchungen auf die Bildung einer Peptidbindung zwischen Carboxylgruppen des CPC und Aminogruppe der Adsorberoberfläche zurückgeführt werden. Y1 - 2012 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.201250391 SN - 0009-286X SN - 1522-2640 (eISSN) N1 - ProcessNet-Jahrestagung 2012 und 30. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen, 10. – 13. September 2012, Karlsruhe VL - 84 IS - 8 SP - 1369 EP - 1370 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER -