Upstream Processing

Das Upstream Processing umfasst Aufgaben in der Anfangsphase des Fermentationsprozesses in der Biotechnologie. Dazu zählen sämtliche Schritte im Zusammenhang mit der Entwicklung der Mikroorganismen, Nährstoffvorbereitung, Zellkultur, Zellabtrennung und -ernte. Sobald die Zellen/Bakterien die gewünschte Dichte erreicht haben, werden sie geerntet und in den darauffolgenden Bioprozess, dem Downstream Processing, verschoben und dort weiterverarbeitet.

Das Upstream Processing umfasst die Nährstoffvorbereitung. Genau wie der Mensch, brauchen auch Zellen in einer Kultur die richtige Ernährung um zu funktionieren. Die Nährstoffe bestehen überwiegend aus unterschiedlichen Komponenten, wie Kohlenhydrate (Glukose), Stickstoffe (Aminosäuren), Fette (Lipide) und Spurenmengen von Salz. Die Bestandteile sind zumeist in Pulverform und werden in Wasser mit hohem Reinheitsgrad gelöst. Es ist unerlässlich, dass die Komponenten gut vermischt werden. Die gemischte Lösung wird dann in den Fermenter geführt.

Dabei entsteht im nächsten Schritt die Zellkultur. Zellen teilen und vermehren sich in einer geeigneten Umgebung. Diese besteht idealerweise aus Nährstoffen zum Wachstum und Zellkulturgefäßen zur Steuerung der Gase und der Temperatur.

Der letzte Schritt ist die Zellabtrennung, beziehungsweise die Zellernte. Diese erfolgt zunächst durch Zentrifugation. Hierbei trennen sich die Zellen durch die erzeugten Fliehkräfte und Sedimentation von der Kultur. Die darauffolgende Filtration entfernt die groben Unreinheiten von der Ernte. Eine Membranfiltration sowie eine Sterilgradfiltration sorgen dann zu guter Letzt dafür, dass auch kleinere und mikrobielle Unsauberkeiten entfernt werden.