Die Natur ist eine Meisterin in der effizienten Synthese von Molekülen und Materialien jedweder Komplexität und achtet dabei seither auf Nachhaltigkeit und die ihr zur Verfügung stehenden Ressourcen. Was können wir von ihr lernen, welche Prinzipien nutzen, so dass unser menschlicher Fußabdruck unsere Lebensgrundlage nicht gefährdet?
Diese Grundfragen leiten die Biotechnologie, Biochemie und Bioverfahrenstechnik zu der wir an der HTWD einen Beitrag leisten wollen. Schauen Sie doch einfach mal bei unseren konkreten Forschungsthemen vorbei oder unterstützen Sie uns im Voranbringen unserer Forschungsthemen z.B. im Rahmen einer Abschlussarbeit.
Abschlussarbeiten
Angebote finden Sie im OPAL Modul L471/L472 (Bachelor) oder kontaktieren Sie uns.
Algenbiotechnologie
Mikroalgen existieren auf der Erde bereits seit Millionen von Jahren und sind in der Lage selbst in den lebensfeindlichsten Umgebungen zu wachsen. Ihre Anpassungsfähigkeit in Kombination mit der Fähigkeit Photosynthese betreiben zu können, macht sie zu einem interessanten Forschungsobjekt. Die Notwendigkeit, ökologisch nachhaltige Produktionsverfahren zu entwickeln und bessere Ressourcenverwertung umzusetzen, rückt Mikroalgen immer mehr in den Fokus der Forscher. Die Bioverfahrenstechnik der HTW Dresden beschäftigt sich bereits seit mehreren Jahren mit Mikroalgen, um die Entwicklung zukunftsweisender Technologien voranzutreiben. Im Fokus stehen vor allem anwendungsorientierte Forschungen in enger Zusammenarbeit mit Industriepartnern.
Schwerpunkte
Heterotrophie von Mikroalgen
Einige Mikroalgen sind in der Lage heterotrophen Stoffwechsel zu betreiben, wobei sie organische Substrate als Kohlenstoff- und Energiequelle, im Gegensatz zu CO2 und Licht bei der Photosynthese, nutzen. Da das heterotrophe Wachstum nicht durch gelöstes CO2 oder verfügbares Licht limitiert wird, erfolgt es deutlich schneller als phototrophes Wachstum. Im Fokus steht vor allem das Verständnis für optimale Bedingungen von heterotrophem Mikroalgenwachstum, um maximale Aubeuten für entsprechende Produktionsprozesse erzielen zu können.
Produktsynthesen basierend auf Mikroalgen
Mikroalgen sind im Gegensatz zu Bakterien oder Hefen in der Lage komplexe Stoffwechselprodukte aufzubauen, wodurch sich eine breite Produktpalette ergibt. An der HTW Dresden wird vor allem die Produktion von Pigmenten mit Mikroalgen untersucht.
Wachstumsuntersuchungen von Mikroalgen
In allen biotechnologischen Produktionsverfahren spielt das Wachstum von Mikroorganismen eine zentrale Rolle. Häufig ist allerdings das Messen von Wachstum weniger trivial. Die Arbeitsgruppe der HTW Dresden beschäftigt sich intensiv mit dem Monitoring und der Bildungskinetik von Biomasse, Photosynthesepigmenten sowie Sekundärmetaboliten.
Wasseraufbereitung mit Mikroalgen
Mikroalgen können zur Reinigung von Abwasser und Prozesswässern aus der Lebensmittelindustrie verwendet werden. Die im Wasser gelösten organischen Substanzen und Ionen wie Ammonium, Sulfat und Phosphat können durch Mikroalgenwachstum entfernt bzw. deren Konzentration soweit verringert werden, dass sie innerhalb der gesetzlichen Grenzwerte liegen. Aktuell wird daran gearbeitet, die Effizienz des Verfahrens zu steigern, um eine großtechnische Umsetzung zu ermöglichen.
Digitale Lehre
Biotechnologische Prozesse spielen bei der Veränderung unseres Wirtschaftens hin zu einer nachhaltigen Kreislaufwirtschaft eine wichtige Rolle. Grundoperation der Prozesse ist die Kultivierung von Mikroorganismen in einem Bioreaktor, auch Fermentation genannt. Für Studierende ist es entscheidend, die Zusammenhänge zwischen verschiedenen Einflussgrößen und dem Fermentationserfolg zu verstehen und zu verinnerlichen. Erfahrungsgemäß verstehen die Studierenden die Zusammenhänge, wenn sie die Fermentationen durchführen, das Verhalten des Systems beobachten und basierend auf Messgrößen den Versuch auswerten und die chemischen Reaktionen beobachten. Aufgrund zeitlich beschränkter Praktika und Ressourcen kommt das spielerische Lernen durch praktische Erfahrung häufig zu kurz.
Wir schaffen Abhilfe, indem wir das digitale Modell einer Fermentation auf Basis von ALADIN (Generator für Aufgaben und Lösungshilfen aus der Informatik und angrenzenden Disziplinen) erstellen, so dass alle Studierenden die Möglichkeit erhalten, in FermentALADIN so viele Fermentationen virtuell durchzuführen, wie sie möchten, und somit das grundlegende Verhalten einer Fermentation aus Erfahrungen lernen.
Hier gibt es mehr zum Thema digitale Lehre im Bereich Chemieingenieruwesen / (Bio)-Verfahrenstechnik
Netzwerk e-learning Chemie / Aufgabenpool Chemie
Digital Fellowship Programm des HDS
zum dem auch FermentALADIN gehört
Publikationen
Scherhag, P., Katzberg, M. Mit Hilfe von Mikroalgen gewinnen wir Wertstoffe aus Abwasserströmen“ Präsentation auf Einladung der Sächsischen Agentur für Strukturentwicklung GmbH, Dresden, 2023
Katzberg, M., Scherhag, P. „Aus alt mach blau – Mit Biotechnologie Abwasser als Rohstoff erschließen“, Wissenstag Wasser, Dresden, 2023
Katzberg, M.; „Mit der finalen Anlage vor Augen - Scale-Up aus Dienstleistersicht“. 5. Workshop Bioverfahrenstechnik des VDI-Arbeitskreis Verfahrenstechnik Mitteldeutschland, Leuna, 2019
Katzberg, M.; „Fallbeispiele einer gelungenen Zusammenarbeit“. 13. BioEconomy BUSINESSTREFF „Biotechnologie – eine Chance für Mitteldeutschland?!“, Halle, 2019
Katzberg, M.; „Bridging gaps: Challenges and opportunities on the way to economically feasible biotech-processes“; i-SUP 2016 (Innovation & Integration Sustainable Production), Antwerpen, 2016
Katzberg, M.; Kottemier, K.; Rambowsky, T.; Schönert, S.; Rzeznicka, K.; Himmel, P.; Minimalmedium zur fermentativen Umsetzung von Mono- und/oder Disacchariden zu Milchsäure mit Bacillus coagulans-Stämmen. Patent DE102017101220.
Katzberg, M.; Ritter, H.; Meiswinkel, G.; Kühlein, K.; Cross-Linked Copolymerisates, process for the efficient production of a low-swelling pearl polymer and use thereof. Patent WO2016058640.
Kurjatschij, S.; Katzberg, M.; Bertau, M. (2014) Production and properties of threonine aldolase immobilisates. J. Mol. Catal.B. 103, 3–9.
Bertau, M; Müller, A.; Fröhlich, P.; Katzberg, M. (2013) Industrielle Anorganische Chemie. 4 Auflage. Wiley-VCH, Weinheim.
Fröhlich, P.; Kruse, A.; Ernst, S.; Katzberg, M. (2011) Trendbericht Technische Chemie. Nachrichten aus der Chemie. 59, 335-345.
Katzberg, M. „Applications of Biocatalysis“, Graduiertenkolleg des Mitteldeutschen Katalyseverbundes, Leipzig, 2011 und 2012
Katzberg, M.; Skorupa-Parachin, N.; Gorwa-Grauslund, M.-F.; Bertau, M. (2010) Engineering Cofactor Preference of Ketone Reducing Biocatalysts: A Mutagenesis Study on a γ-Diketone Reductase from the Yeast Saccharomyces cerevisiae Serving as an Example. Int. J. Mol. Sci. 11, 1735-1758
Brinkmann, T.; Rubbeling, H.; Fröhlich, P.; Katzberg, M.; Bertau, M. (2010) Application of Material and Energy Flow Analysis in the Early Stages of Biotechnical Process Development – A Case Study. Chem. Eng. Technol. 33(4), 618–628.
Katzberg, M. „Biokatalytische Reduktion des gamma-Diketons 2,5-Hexandion.“ Promotion TU Dresden, 2009
Katzberg, M.;Wechler, K.; Müller, M.; Dünkelmann, P.; Stohrer, J.; Hummel,W.; Bertau, M.; (2009) Biocatalytic production of (5S)-hydroxy-2-hexanone. Org. Biomol. Chem. 7, 304-314.
Pieper, I.; Wechler, K.; Katzberg, M.; Brusch, L.; Sørensen, P.G.; Mensonides, F.; Bertau, M.; (2009) Biosimulation of drug metabolism - a yeast based model.
Eur. J. Pharm. Sci. 36, 157-170.
Bertau, M.; Henle, T.; Katzberg, M.; Schulz, K.; Jörg, G.; Große, M. Use of Monosaccharides or Disaccharides für masking odours and method and composition for masking odours. Patent WO2008020058 .
Katzberg, M.; „Analysis of caffeine induced improvement of diastereoselectivity in whole-cell-biotransformations of cyclic beta-keto-esters with Saccharomyces cerevisiae by means of flow-cytometry”; Analysis of microbial cells at the single cell level, Bad Schandau, 2008
Bohn, M.; Leppchen, K.; Katzberg, M.; Lang, A.; Steingroewer, J.;Weber, J.; Bley, T.; Bertau, M. (2007) Effects of caffeine on stereoselectivities of high cell density biotransformations of cyclic b-keto esters with Saccharomyces cerevisiae. Org. Biomol. Chem. 5, 3456-3463.
Bertau, M.; Henle, T.; Katzberg, M.; Method for determining oxidative stress potential of test compounds, useful for assessing potential toxicity of food ingredients and antioxidant capacity. Patent DE102005019441.
