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Maischprozesssimulation - Modelbasierte Unterstützung bei der Entwicklung, Führung und Überwachung der Depolymerisation von Naturpolymeren am Beispiel des Maischprozesses
Projekt
Förderkennzeichen: AiF 16542 N
Laufzeit: 01.01.2010
- 31.12.2014
Fördersumme: 927.900 Euro
Forschungszweck: Angewandte Forschung
Viele grundlegende Prozesse und Verfahrensschritte der Biowissenschaften bestehen aus der Kombination von Lösungsvorgängen suspendierter Feststoffe und dem Abbau natürlicher Makromoleküle. Im Bereich der Lebens- und Futtermittelindustrie, der Pharmazie und der Biotechnologie basieren diese zumeist auf enzymkatalysierten Spaltungsvorgängen. Die grundlegenden Prozesskausalitäten sind in all diesen Anwendungsfällen meist vergleichbar und auf die partikuläre Lösung des in der Regel dispersen Rohstoffs (z.B. Malz, Mehl, Pulver) und einer gekoppelten Stofftransport-Stoffreaktions-Prozesskaskade zurückzuführen. Sie sind maßgeblich von der prozess- und substratabhängigen Aktivität eines Enzyms und von den einflussnehmenden Stofftransportvorgängen aus den jeweiligen Einzelpartikeln in der entsprechenden Suspension bedingt. Beispiele dafür sind die lipolytische Aktivität in einem Waschvorgang, der HFCS-Herstellung aus Maisschrot, die enzymatische Spaltung von Lignin während der Holzveredelung, die enzymkatalysierte Proteindenaturierung in der Lederveredelung, die Polymerhydrolyse bei der Biogaserzeugung oder Bioethanolherstellung oder aber der Maischprozess bei der Getränkeherstellung. Vor diesem Hintergrund erklärt sich, dass bei enzymkatalysierten Depolymerisationsvorgängen in den verschiedenen Anwendungen nicht nur technologische Größen zu betrachten sind, sondern immer das Gesamtsystem von Lösungsvorgängen, Enzymkinetik und Stofftransportphänomenen gekoppelt zueinander untersucht werden müssen. Die Auswirkung dieser stark verflochtenen Kaskade auf die Auslegung und das Verständnis einer Prozesstechnologie, in der gerade nicht die Einzelphänomene von Bedeutung sind, ist ohne eine modellbasierte Betrachtung nicht möglich. Ziel des Forschungsvorhabens ist die Bereitstellung eines Analyse- und Auslegungswerkzeuges, welches die Zusammenhänge der molekülgrößenabhängigen Enzymkinetiken und des Stofftransports der Reaktanten in einem populationsdynamischen Modell in der Weise zur Verfügung stellt, dass der Abbau von Polysacchariden zielgenau über Prozesstrajektorien nachgebildet werden kann. Als zu untersuchender Beispielprozess wird die Stärkedepolymerisation während des Maischprozesses gewählt.
Abschnittsübersicht
Fachgebiete
- Verfahrenstechnik Lebensmittel
- Informatik
