Downstream Processing

Die Aufreinigung bzw. das Downstream Processing bezeichnet in der Biotechnologie alle Verfahren, die zur Abtrennung von Fermentationsprodukten aus einer Fermentationsbrühe eines biotechnologischen Prozesses angewandt werden. Dieser Begriff umfasst dabei alle mechanischen, thermischen, elektrischen und physiko-chemischen Verfahren, die eine Abtrennung des Produktes zulassen.

Prozessbeschreibung

Diese geschieht in der Regel über eine Reihe von Aufarbeitungsschritten, die eine zunehmende Reinheit der Endprodukte gewährleisten. Diese umfassen zuerst die Abtrennung der Mikroorganismen (Zellabtrennung) bei Produkten, die außerhalb der Organismen gebildet werden oder den Zellaufschluss und die nachfolgende Abtrennung bei Produkten im Zellinneren. Daran schließt sich die Isolierung (Capture) des Produktes aus der Brühe an und zum Abschluss wird das Produkt in mehreren Reinigungsschritten (Polishing) angereichert. Den Abschluss bildet die Formulierung des Endprodukts in der gewünschten Reinheit. Innerhalb des biotechnologischen Prozesses stellt die Aufreinigung den höchsten Anteil der Prozesskosten dar, diese liegen in der Regel bei 40 bis 60 % der Gesamtkosten und können bei sehr aufwändig zu reinigenden Produkten wie rekombinanten Proteinen oder monoklonalen Antikörpern bis über 80 % der Kosten ausmachen.

Die Anzahl der Reinigungsschritte hängt von der gewünschten Reinheit des Endproduktes sowie der Anfangskonzentration in der Fermentationsbrühe ab. Mit zunehmender Zahl der Reinigungsschritte nimmt der Zuwachs der Reinheit pro Reinigungsschritt ab, zudem kommt in allen Reinigungsschritten ein Produktverlust zu Tragen, wodurch die Ausbeute mit der Anzahl der Reinigungsschritte abnimmt.

Angewandte Verfahren

• Mechanische Abtrennung (zum Beispiel Zentrifugation, Sedimentation, Filtration, Flotation)
• Thermische Verfahren (zum Beispiel Kristallisation, Verdampfen, Rektifikation, Destillation, Chromatographie, Dialyse (Chemie))
• Elektrische Verfahren (zum Beispiel Magnetische Abscheidung, Elektrolyse)
• Physiko-chemische Verfahren (zum Beispiel reaktive Fällung, Polymerisation, Depolymerisation, Derivatisierung)

Literatur

• Wilhelm R. A. Vauck, Hermann A. Müller: Grundoperationen chemischer Verfahrenstechnik. 11. überarb. u. erw. Auflage, Wiley-Vch, Weinheim 2001, ISBN 3-342-00687-0
• O.-W. Reif, Thomas Scheper: Aufreinigung. In: Garabed Antranikian: Angewandte Mikrobiologie. Springer-Verlag Berlin, Heidelberg 2006, ISBN 978-3-540-24083-9, S. 427–443