View
7
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
1
Biotehnologija 15. predavanje
2
Biotehnologija 15. predavanje
2. PROVJERA ZNANJA
1. Koja su tri osnovna tipa bioprocesa obzirom na vrstu biokatalizatora?
2. Koje su tri osnovne faze biotehnološkog postupka?
3. Radni mikroorganizam u proizvodnji limunske kiseline je ...
4. U proizvodnji limunske kiseline saharoza služi kao izvor: a); b); c).
5. Sterilizacija je ...
6. Koje osnovne operacije (poslove, aktivnosti) obuhvaća upstream processing u proizvodnji limunske kiseline?
7. Izvor fosfora i kalija u proizvodnji limunske kiseline?
3
Primjer mikrobnog bioprocesa: Industrijska proizvodnja limunske kiseline
Princip:Odabrani sojevi (varijeteti) plijesni Aspergillus niger u nizu
biokemijskih reakcija transformiraju šećere hranjive podloge u limunsku kiselinu
Š to je b iop ro ce s?
B IO PR O C ES UB IO R EA K TO R U
S P
CHO
C
C
C
C
CH2OH
OHH
OHH
HOH
OHH
COOH
C
C
C
COOH
HH
OHHOOC
HH
limunska kiselina-glukozaD
4
Što je bioproces?
PRIPREMA MEDIJA(HRANJIVE PODLOGE)
PRIPREMA BIOKATALIZATORA(ENZIMA, CJEPIVA/INOKULUMA)
IZDVAJANJEBIOKATALIZATORA
IZDVAJANJE PROIZVODA
PROČIŠĆAVANJE PROIZVODA
BIOPROCES UBIOREAKTORU
S.
P
5
Bioproces: proizvodnja limunske kiseline
6
Bioproces: proizvodnja limunske kiseline
• Bioreaktor se inokulira (nacjepljuje) sa suspenzijom spora (konidija) plijesni Aspergillus niger (5-25 x 106 spora/litri podloge).
• Ovaj proces je AEROBAN (potreban je zrak) pa se vodi uz aeraciju i miješanje podloge (eng. aeration and mixing). AERACIJA je propuhivanje (BARBOTIRANJE eng. sparging) zraka kroz tekuću hranjivu podlogu.
• Zrak mora biti STERILAN što se postiže filtracijom kroz mikrobiloške filtre.
• Zbog aeracije i miješanja dolazi do pjenjenja podloge pa se tijekom bioprocesa po potrebi dodaju sredstva za suzbijanje pjene (PROTUPJENIČI , eng. anti-foams).
• Ovaj postupak se zove DUBINSKI ili SUBMERZNI postupak (eng. submerged culture), za razliku od zastarjelog POVRŠINSKOG ili EMERZNOG postupka (eng. surface culture) koji se provodio na površini hranjive podloge u plitkim tavama (eng. culture, culturing, cultivation = uzgoj).
7
Bioproces: proizvodnja limunske kiseline
• Tijekom prva dva do tri dana bioprocesa u bioreaktoru osiguravaju se uvjeti optimalni za klijanje spora i rast HIFA plijesni(stanice povezane u dugačke niti) koje tvore strukturu klupka koje se naziva MICELIJ. Ova faza mikrobnog procesa koja je optimalna za rast micelija (BIOMASE) naziva se TROFOFAZA.
• Zbog intenzivnog miješanja u submerznom postupku iz svake spore izraste specifični kuglasti oblik micelija koji zovemo MICELIJSKI PELET.
• Oblik i struktura micelijskog peleta bitno utječu na prinos i produktivnost limunske kiseline u bioprocesu.
8
Bioproces: proizvodnja limunske kiseline Aspergillus niger
9
Bioproces: proizvodnja limunske kiseline
• Nakon drugog ili trećeg dana dolazi do sniženja pH vrijednosti podloge zbog nastajanja limunske kiseline. Pušta se da pH padne na oko 2,0 a onda se održava na toj vrijednosti dodatkom sterilne lužine. Kod ove pH vrijednosti inhibira se rast biomase a stimulira proizvodnja limunske kiseline. Ovo je tzv. proizvodna faza ili IDIOFAZA. Proizvode koji nastaju u IDIOFAZI nazivamo IDIOLITI-ma.
• U idiofazi postiže se prosječna produktivnost (eng. productivity) limunske kiseline izražene kao monohidrat (CAM od eng. citric acid monohydrate) od 1 kg m-3 h-1. (Limunska kiselina pri sobnoj temperaturi ima kristalnu strukturu bilo kao bezvodna ili kao monohodrat limunske kiseline).
10
Bioproces: proizvodnja limunske kiseline
• Bioproces u bioreaktoru traje ukupno 9 – 12 dana. • Može se voditi ili kao tipični ŠARŽNI
(PUNIDBENI) PROCES (sva podloga dodaje se u bioreaktor odjednom na početku procesa - eng. batch process) ili kao ŠARŽNI PROCES S PRIHRANJIVANJEM (svježa podloga dodaje se u obrocima tijekom bioprocesa - eng. fed-batch process).
• Kinetika bioprocesa proizvodnje limunske kiseline spada u Tip II (nastajanje proizvoda djelomično vezano uz rast biomase).
• Kinetika tipa I (nastajanje proizvoda izravno povezano s rastom biomase).
• Kinetika tipa III (nastajanje proizvoda nije povezano s rastom biomase).
11
Proizvodnja limunske kiseline –dijagram bioprocesa
12
Bioproces: proizvodnja limunske kiseline
• Na kraju bioprocesa postiže se PRINOS (eng. yield – simbol - YP ) od oko 200 kg CAM/m3.
• Iskorištenje bioprocesa na utrošeni šećer (eng. product yield coefficient) iznosi oko 90 % (tzv. stvarni koeficijent konverzije supstrata u proizvod YP/S = 0,9 g/g).
• Teorijski YP/S iznosi 1,12 g/g za bezvodnu limunsku odn. 1,23 g/g za CAM (PROVJERITE KOD KUĆE!!!)
13
Bioproces: proizvodnja limunske kiseline
• Dio šećera troši se za rast biomase koje u procesu nastaje oko 150 -200 kg SUHE TVARI po toni utrošene saharoze (koeficijent konverzije supstrata u biomasu YX/S = 0,15 – 0,2 - eng. biomass yield coefficient).
• Biološki materijali sadrže do 90 % vode. Udio vode može varirati u širokom rasponu. Zato se količina biološkog materijala iskazuje kao SUHA TVAR (eng. dry matterili dry substance ili solids).
Recommended