Upload
agatha
View
60
Download
0
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Przemysłowe procesy fermentacyjne. Rodzaje bioprocesów. Biosynteza Biotransformacja Biohydroliza Fermentacja Bioługowanie Biodegradacja. Blokowy schemat technologiczny procesu biosyntezy mikrobiologicznej. Sposoby prowadzenia procesów biotechnologicznych. - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
Przemysłowe procesy
fermentacyjne
Rodzaje bioprocesów
Biosynteza
Biotransformacja
Biohydroliza
Fermentacja
Bioługowanie
Biodegradacja
Blokowy schemat technologiczny procesu biosyntezy mikrobiologicznej
Sposoby prowadzenia procesów biotechnologicznych
A – proces okresowy; B – proces okresowy z zasilaniem; C – proces ciągły w układzie homogenicznym;D – proces ciągły homogeniczny z częściową recyrkulacją ; E – proces ciągły dwustopniowy; F – procesciągły heterogeniczny w reaktorze z przepływem tłokowym; G – proces ciągły heterogeniczny z częściowąrecyrkulacją; H – proces ciągły dwustopniowy w układzie mieszanym; I – proces z odprowadzeniem produktu metodą dializy; J – proces okresowy w kolumnie ze złożem biokatalizatora, z recyrkulacją cieczy;K – proces ciągły w kolumnie ze złożem biokatalizatora; L – proces jak w K, z częściową recyrkulacją
PROCESY CIĄGŁE Zalety: 1. Wyeliminowanie wpływu czasu hodowli na zmiany warunków w pożywce i fizjologię drobnoustrojów2. Możliwość prowadzenia hodowli dowolnie długo w ustalonych, optymalnych warunkach3. Możliwość regulacji stanu fizjologicznego komórek przez dobór zasilania i składu podłoża zasilającego hodowlę4. Jednorodność fizyczna i chemiczna hodowli5. Możliwość automatyzacji procesu6. Większa szybkość i wydajność wielu procesów7. Możliwość maksymalnego wykorzystania aparatury i jej równomiernego obciążenia Wady: 1. Możliwość degeneracji szczepów lub pojawienia się niekorzystnych mutacji i opanowania hodowli przez populacje komórek o pogorszonych właściwościach produkcyjnych2. Trudności w utrzymaniu warunków aseptycznych procesu w bioreaktorze przez dłuższy czas3. Niekorzystny sposób rozwoju niektórych drobnoustrojów, tworzących układy wielokomórkowe, skupiska w postaci kłaczków i kuleczek, obrastanie przewodów4. Niekorzystna relacja pomiędzy wzrostem drobnoustrojów, a tworzeniem niektórych produktów metabolizmu syntezowanych przez komórki nie rosnące
Podstawowe typy bioreaktorów do tlenowych procesów wgłębnych
A – bioreaktor z mieszadłem tarczowo-turbinowym i bełkotką; B – bioreaktor z mieszadłem aeratorem;C – bioreaktor strumienicowy z pompą zewnętrzną i eżektorowym zasysaniem powietrza; D – bioreaktorkolumnowy z bełkotką; E – bioreaktor kolumnowy z inżektorowym doprowadzeniem powietrza i rurącyrkulacyjną; F – bioreaktor z mieszadłem śmigłowym, dyszą doprowadzającą powietrze i rurą cyrkulacyjną;G – bioreaktor z hydrostatyczną cyrkulacją zewnętrzną
BIOREAKTORY
Bioreaktory przemysłowe Bioreaktor laboratoryjny
(1) korpus; (2) płaszcz; (3) izolacja; (4) zamocowanie; (5) króciec do podawania inokulum; (6) króćce czujników pH, temperatury i poziomu tlenu; (7) mieszadło; (8) bełkotka; (9) uszczelka mechaniczna; (10) sprzęgło; (11) napęd; (12) króciec odbioru produktu; (13) króćce doprowadzenia czynnika chłodzącego do płaszcza; (14) króciec do poboru próbki z podłączeniem do przewodu dostarczającego parę; (15) wziernik boczny; (16) króćce przewodów podawania czynników regulujących pH oraz środków antypieniących; (17) króciec wlotu powietrza; (18) pokrywa; (19) króciec dopływu pożywki; (20) dysza wylotowa gazów; (21) inne podłączenia; (22) mechaniczny rozbijacz piany; (23) wziernik w pokrywie i podłączenie do przewodu odprowadzającego parę; (24) dysza z zaworem bezpieczeństwa.
Bioreaktor
Rodzaje mieszadeł stosowanych w biofermentorach
Rozwiązania techniczne bioreaktora typu air-lift
Schematy wybranych bioreaktorów do procesów z biokatalizatoramiimmobilizowanymi
A – kolumna ze złożem upakowanym; B – kolumna ze złożem zraszanym; C – kolumna ze złożem fluidalnym;D – bioreaktor z mieszadłem mechanicznym; E – bioreaktor z wkładami unieruchomionego biokatalizatora;F – bioreaktor z krzyżowym przepływem fazy ciekłej i gazowej; G – bioreaktor rurowy z wkładami (włóknami)z materiału półprzepuszczalnego
Urządzenia do mechanicznego rozbijania piany
A – dysk szybkoobrotowy (1 – wylot powietrza, 2 – doprowadzenie chemicznego środka przeciwpianowego); B – mieszadło łapowe pomiędzy dwoma dyskami; C – fundafom CHEMAP(1 – zasysanie piany, 2 – wylot powietrza, 3 – wyrzut cieczy); D –cyklon (1 – pompa, 2 - wylot powietrza)
Krew bydlęca Beef bloodHydrolizat kazeiny Casein hydrolysateMączka z nasion bawełny Cottonseed mealMączka z kiełków kukurydzianych Corn germ mealWodny namok kukurydziany Corn steep liquorMączka rybna Fish mealMączka z siemienia lnianego Limseed mealMączka mięsno-kostna Meat and bone mealMączka z orzeszków ziemnych Peanut mealMączka z nasion rzepaku Rape seed mealMączka sojowa Soybean mealStałe składniki serwatki Whey solidsEkstrakt drożdżowy Yeast extract
Źródła azotu stosowane w pożywkach fermentacyjnych
Olej z nasion bawełny Cottonseed oilOlej ze smalcu Lard oilOlej palmowy Palm oilOlej z ziarna palmowego Palm kernel oilOlej z orzeszków ziemnych Peanut oilOlej rzepakowy Rape oilOlej sojowy Soy oilŁój Tallow
Źródła węgla stosowane w pożywkach fermentacyjnych
Melasy z buraków lub trzciny cukrowej Beet or cane molassesGlukoza GlucoseKwas cytrynowy Citric acidSyrop kukurydziany Corn liquorDekstryny DextrinsEtanol EthanolGlicerol GlycerolSyrop maltozowy Maltose liquorSkrobia StarchLaktoza Lactose
Lipidowe składniki pożywek fermentacyjnych
Metody wyjaławiania podłoża
A – okresowa; B- ciągła przeponowa, wymienniki płytowe; C – ciągła bezprzeponowa1- inżektor parowy, 2 – rura sterylizacyjna, 3 – komora „próżniowa”
Schemat postępowania podczas przygotowania materiału posiewowego do procesu biosyntezy
Schemat etapów procesu fermentacyjnego
OBRÓBKA POPRODUKCYJNA – DOWNSTREAM PROCESSING 1. oddzielenie elementów nierozpuszczalnych od cieczy2. zatężenie roztworu3. oczyszczanie4. formułowanie
Wirówki wykorzystywane w przemysłowych procesachbiotechnologicznych
a) kalander rurowy; b, c) wirówka talerzowa; d) wirówka ślimakowa
OBRÓBKA POPRODUKCYJNA – DOWNSTREAM PROCESSING
Przemysłowe metody dezintegracji komórek
1. Poddawanie działaniu wysokiego ciśnienia2. Ucieranie (młyny kulowe)3. Mikrofluidyzacja
A. Metody mechaniczne
B. Metody niemechaniczne
1. Suszenie/zawieszanie w roztworze2. Szok osmotyczny3. Szok termiczny4. Traktowanie rozpuszczalnikami organicznymi lub surfaktantami5. Zastosowanie enzymów litycznych
Przemysłowe metody zagęszczania roztworów
1. Odparowywanie, w tym: odparowywanie ze spływającą warstwą,odparowywanie płytowe
2. Ekstrakcja ciecz/ciecz- prosta- dysocjatywna- reakcyjna
3. Wytrącanie- frakcjonowanie siarczanem amonu- wytrącanie powinowactwa- immunoprecypitacja
3. Adsorpcja- na węglu aktywnym- na żywicach jonowymiennych- na adsorbentach hydrofobowychmetoda złoża fluidalnego w kolumnie – proces ciągły
Diagram fazowy pojedynczej substancjiPc – ciśnienie krytyczne; Tc – temperatura krytyczna
Ekstrakcja płynem w stanie nadkrytycznym
OBRÓBKA POPRODUKCYJNA – DOWNSTREAM PROCESSING
Odparowywanie membranowe - pervaporation
Przemysłowe techniki chromatograficzne
Stosowane głównie dla oczyszczania białek i DNA
Techniki:
- Chromatografia rozmiarów wykluczających (Sephadex, Sepharose)- Chromatografia jonowymienna (DEAE-, Q-, CM-, S)- Chromatografia hydrofobowa (Phenyl-Sepharose)- Chromatografia adsorpcyjna (hydroksyapatyt)- Chromatografia powinowactwa
Metody formułowania produktu
- krystalizacja- suszenie- liofilizacja
Liofilizatory
Suszarka z wymuszonym obiegiem powietrza