wyklad 3
TRANSCRIPT
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 3 – Procesy biotechnologiczne
Rodzaje przemysłowych procesów fermentacyjnych
- procesy, w których produktem jest biomasa
- procesy, w których produktem jest białko, najczęściejenzym
- procesy, w których produktem jest metabolit (biosynteza)
- procesy, których celem jest przekształcenie związku dodanego do mieszaniny fermentacyjnej (biotransformacja)
- procesy mikrobiologicznej degradacji makromolekuł(biodegradacja)
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot:
Wykład 3 – Procesy biotechnologiczne
TECHNOLOGIA CHEMICZNAPodstawy Biotechnologii
Rodzaje bioprocesów
Biosynteza
Biotransformacja
Biohydroliza
Fermentacja
Bioługowanie
Biodegradacja
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 3 – Procesy biotechnologiczne
Blokowy schemat technologiczny procesu biosyntezy mikrobiologicznej
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 3 – Procesy biotechnologiczne
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 3 – Procesy biotechnologiczne
Cechy charakterystyczne procesu biotechnologicznegotrzy wyraźne fazy:
przygotowanie produkcji (upstream processing)
właściwa fermentacja
obróbka poprodukcyjna (downstream processing)
• przygotowanie produkcji odbywa się w warunkach laboratoryjnych
• konieczność kilkukrotnego powiększania skali
• konieczność utrzymania i przechowywania szczepów produkcyjnych
• konieczność zapewnienia warunków aseptycznych
• konieczność rygorystycznej kontroli parametrów fermentacji
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 3 – Procesy biotechnologiczne
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 3 – Procesy biotechnologiczne
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
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 3 – Procesy biotechnologiczne
Sposoby prowadzenia procesów biotechnologicznychz wykorzystaniem drobnoustrojówHodowle w podłożach ciekłych: wgłębne lub powierzchniowe;
z unieruchomionym materiałem biologicznym
Hodowle w podłożach stałych (jedynie dla grzybów strzępkowych)
Procesy okresowe – prostota technologiczna, łatwość utrzymania warunków jałowych, odnawialność zaszczepki, ale konieczność powtarzaniaw każdym cyklu operacji przed- i poprocesowych, niska produkcyjność -m.in. produkcja enzymów i białek terapeutycznych.Hodowle wielokrotne – browarnictwo, produkcja octu
Procesy ciągłe – m.in. wytwarzanie białka paszowego, fermentacja alkoholowa,fermentacja octanowa, oczyszczanie ścieków metodą osadu czynnego
Procesy okresowe z zasilaniem – namnażanie drożdży w celu produkcji SCP,produkcja antybiotyków, witamin, aminokwasów. Szczególne zastosowanie –nietypowe źródła węgla.
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 3 – Procesy biotechnologiczne
Hodowla okresowa (ang. batch culture) – system zamknięty
Q – natężenie dopływupożywki
X – gęstość komórekS – stężenie składników
odżywczych
Bilans biomasy
µ- szybkość wzrostuα - szybkość obumieraniaXX
dtdX αµ −=
µ jest funkcją stężenia substratu limitującego wzrost
Zakładając α ≈ 0, r-nie upraszcza się do postaci:
XdtdX µ=
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 3 – Procesy biotechnologiczne
Hodowla okresowa z zasilaniem (ang. fed batch culture)
Q – natężenie dopływupożywki
X – gęstość komórekS – stężenie składników
odżywczych
Bilans biomasyBiomasa akumulowana = biomasa dopływająca + przyrost biomasy – komórki martwe
XVXVQX
dtVXd αµ −+= 0)( µ- szybkość wzrostu
α - szybkość obumierania
Zakładając α ≈ 0 i brak zasilania biomasą, r-nie upraszcza się do postaci:
VXdtVXd µ=
)(
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 3 – Procesy biotechnologiczne
Hodowla ciągła (ang. continuous culture)
Q – natężenie dopływupożywki
X – gęstość komórekS – stężenie składników
odżywczych
Biomasa akumulowana = biomasa dopływająca + przyrost biomasy –biomasa usuwana – komórki martwe
µ- szybkość wzrostuα - szybkość obumieraniaX
VQXX
VQX
dtdX αµ −−+= 0
Wprowadzając: D = Q/V – szybkość rozcieńczania, zakładając α ≈ 0i brak zasilania biomasą, r-nie upraszcza się do postaci:
VQXX
dtdX
−= µ
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 3 – Procesy biotechnologiczne
Hodowla ciągła z recyrkulacją biomasy (Chemostat)
Bilans biomasyBiomasa akumulowana = biomasa dopływająca + przyrost biomasy –
biomasa usuwana – komórki martwe
Q – natężenie dopływupożywki
X – gęstość komórekS – stężenie składników
odżywczychγ - współczynnik recyklingu C – współczynnik zatężenia biomasy zawracanej
XVQXX
VXQC
VQX
dtdX αγµγ
−+
−++=)1(0
µ- szybkość wzrostuα - szybkość obumierania
0=dtdX
Wprowadzając: D = Q/V – szybkość rozcieńczania, zakładając α ≈ 0i brak zasilania biomasą oraz uzyskanie stanu równowagi, czyli otrzymujemy:
µ = D(1 + γ - γC)
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 3 – Procesy biotechnologiczne
BIOTECHNOLOGICZNE PROCESY CIĄGŁE
Zalety:
1. Wyeliminowanie wpływu czasu hodowli na zmiany warunków w pożywce i fizjologię drobnoustrojów
2. 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 opanowaniahodowli przez populacje komórek o pogorszonych właściwościach produkcyjnych
2. Trudności w utrzymaniu warunków aseptycznych procesu w bioreaktorze przez dłuższy czas
3. Niekorzystny sposób rozwoju niektórych drobnoustrojów, tworzących układy wielokomórkowe, skupiska w postaci kłaczków i kuleczek, obrastanie przewodów
4. Niekorzystna relacja pomiędzy wzrostem drobnoustrojów, a tworzeniem niektórych produktów metabolizmu syntezowanych przez komórki nie rosnące
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 3 – Procesy biotechnologiczne
Porównanie profili wzrostu drobnoustrojów i produkcji antybiotyku w warunkachhodowli okresowej i hodowli okresowej z zasilaniem
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 3 – Procesy biotechnologiczne
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 cyrkulacyjnąG – bioreaktor z hydrostatyczną cyrkulacją zewnętrzną
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 3 – Procesy biotechnologiczne
BIOREAKTORY
Bioreaktory przemysłowe Bioreaktor laboratoryjny
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 3 – Procesy biotechnologiczne
Bioreaktor(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.
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 3 – Procesy biotechnologiczne
Rodzaje mieszadeł mechanicznych stosowanych w biofermentorach:a/ turbina Rushtona; b/ turbina z łopatkami wklęsłymi;c/ turbina hydropłatowa; d/ turbina typu śruby okrętowej
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 3 – Procesy biotechnologiczne
PROBLEMY ZWIĄZANE Z PIENIENIEM
1. Wzrost heterogeniczności środowiska spowodowany wynoszeniem stałych części podłoża i komórek wraz z pianą i osadzaniem ich na ścianach lub innych elementach bioreaktora
2. Utrudnienie lub wręcz uniemożliwienie kontroli stężenia składników podłoża oraz objętości hodowli, co jest szczególnie niekorzystne w przypadku procesu ciągłego
3. Zagrożenie wypienienia hodowli z bioreaktora oraz możliwość jego zainfekowania obcą mikroflorą przez zawilgocony pianą układ wentylacyjny
4. Obniżenie pojemności użytkowej bioreaktora o 30-50%5. Konieczność stosowania oprzyrządowania przeciwdziałającego pienieniu,
co podraża proces6. Możliwość przechodzenia śladowych ilości substancji przeciwpianowych
do produktów7. Możliwość pogarszania się warunków natlenienia na skutek wprowadzania
środków przeciwpianowych8. Możliwość niekorzystnego wpływu środków przeciwpianowych
na morfologię i fizjologię drobnoustrojów
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 3 – Procesy biotechnologiczne
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)
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 3 – Procesy biotechnologiczne
Rozwiązania techniczne bioreaktora typu air-lift
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 3 – Procesy biotechnologiczne
Kontrola procesów biotechnologicznych
Wielkości fizyczne mierzone w bioreaktorach
Temperatura czujniki opornościowe, termistory, termoparyNatężenie przepływu powietrza kryzy pomiarowe, rotametryNatężenie przepływu cieczy j.w., przepływomierze łopatkowePoziom cieczy czujniki pojemnościowe, oporowePoziom piany czujniki pojemnościoweCiśnienie przetworniki membranoweSzybkość obrotów mieszadła czujniki elektryczne lub optyczneLepkość płynu reometry śrubowe, rotacyjne
Wielkości chemiczne mierzone w bioreaktorach
Stężenie rozpuszczonego tlenu elektrody polarograficzne lub galwanicznepH elektrody pH-metrycznePotencjał redoks elektrody platynoweStężenie tlenu w gazach analizatory paramagnetyczneStężenie CO2 w gazach analizatory IRGęstość biomasy czujniki nefelometryczne, fluorymetryczneStężenie cukrów elektrody enzymatyczneSkład roztworu elektrody jonoselektywne, enzymatyczne
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 3 – Procesy biotechnologiczne
Schemat dodatkowych urządzeń kontrolnych bioreaktora
biomasa – czujnik optycznyfluorescencja - czujnik fluorescencyjnypiana – detektor pianyFFF – rozdzielanie w polu przepływuFIA – iniekcyjny analizatorprzepływuGC- chromatograf gazowyHPLC – wysokosprawny chromatograf cieczowyMS – spektrometr masredoks – czujnik potencjału redoksW – masa∆T – różnica temperaturymiędzy zawiesiną hodowlanąi płaszczem wodnym
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 3 – Procesy biotechnologiczne
Standardowe zmienne bioprocesowe
F – objętościowe natężenie przepływuzasilania; p – ciśnienie; pH – wartość pHcieczy; pO2 – prężność cząstkowa tlenurozpuszczonego; P – moc pobierana napędu mieszadła; rpm – częstotliwośćobrotów mieszadła; T – temperatura cieczy; vvm- szybkość napowietrzania;VL – objętość cieczy; W – masa reaktora
Schemat układu pomiarowego i sterującego bioreaktora
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 3 – Procesy biotechnologiczne
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
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 3 – Procesy biotechnologiczne
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 3 – Procesy biotechnologiczne
Sposoby sterylizacji
- jałowienie termiczne parą wodną – podłoża, biofermentory, rury, zawory
-- sterylizacja chemiczna lub fizyczna (tlenek etylenu, lizol, chloraminy, UV)pomieszczenia
- sterylizacja przez filtrację (filtry membranowe) – powietrze, tlen
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 3 – Procesy biotechnologiczne
Metody wyjaławiania podłoża
A – okresowa; B- ciągła przeponowa, wymienniki płytowe; C – ciągła bezprzeponowa1- inżektor parowy, 2 – rura sterylizacyjna, 3 – komora „próżniowa”
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 3 – Procesy biotechnologiczne
Sterylizacja podłoża z użyciem wymienników spiralnych
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 3 – Procesy biotechnologiczne
Instalacja do sterylizacji gazów odlotowych
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 3 – Procesy biotechnologiczne
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 3 – Procesy biotechnologiczne
Schemat postępowania podczas przygotowania materiału posiewowego do procesu biosyntezy
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 3 – Procesy biotechnologiczne
Przemysłowymi producentami antybiotyków są szczepy wysokowydajne
Cechy szczepu wysokowydajnego
maksymalna wydajność pożądanego produktu
minimalizacja wytwarzania niepożądanych produktów ubocznych
stabilność genetyczna
odporność na zakażenia wirusowe
Przykład wyniku optymalizacji szczepu:Penicillium chrysogenum wytwarzający Penicylinę G
oryginalny szczep producencki 0.1 mg/ml- szczep zoptymalizowany 30 mg/ml
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 3 – Procesy biotechnologiczne
Schemat namnażania inokulum do procesu biosyntezy
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 3 – Procesy biotechnologiczne
Namnażanie zaszczepki
Dane dotyczą wytwarzania sagamycyny przez Micromonospora sagamiensis
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 3 – Procesy biotechnologiczne
Trójstopniowa instalacja przemysłowa do namnażania zaszczepki
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 3 – Procesy biotechnologiczne
Parametry przykładowego procesu fermentacyjnego
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 3 – Procesy biotechnologiczne
Porównanie składów pożywek dla fazy wzrostu i fazy produkcyjnej
Biofermentor produkcyjny
Glukoza 0,5 – 0,8 %Skrobia 3 – 5%WNK 5 – 8%Mąka sojowa 1 – 5%Siarczan amonu 0,5 – 1%
+ uzup. periodyczneFosforan 0,1 – 1,0%Olej roślinny 1% + uzup. stałeSyrop kukurydziany zasilanie stałe
Zaszczepka w kolbie
Glukoza 3 – 5 %WNK 3 – 5%Węglan wapnia 0,5 – 1 %Fosforan 0,1 – 0,5%Siarczan amonu 0,1 – 1,0%Mocznik 0,1 – 0,5%Olej roślinny 0,1 – 0,5%
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 3 – Procesy biotechnologiczne
Różnice warunków hodowli w kolbie i w fermentorze
Hodowla w kolbie Hodowla w biofermentorze
10 – 50 ml w kolbie 100 - 500 ml objętości 10 – 100 000 litrów
tylko hodowla okresowa hodowle okresowe, okresowe z zasilaniem, chemostat, ciągłe
możliwość kontroli T, brak kontroli O2 kontrola temperatury, pH, poziomu O2
wysokie początkowe stężenia możliwość stopniowanego dodawaniasubstratów, prekursorów, induktorów
ciśnienie normalne możliwe nadciśnienie do 2 atn
utrudnione pobieranie próbek łatwość pobierania próbek
zmniejszanie objętości hodowli możliwość zwiększania objętości
wzrost drobnoustrojów na ściankach wzrost jednorodny
brak problemów z pienieniem konieczność stosowania antypieniaczy
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 3 – Procesy biotechnologiczne
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 3 – Procesy biotechnologiczne
Sterylne stanowisko pracy z zastosowaniemlaminarnego przepływu powietrza1 – komora; 2 – filtr wstępny; 3 – filtr HEPA4 – wentylator; 5 – regulacja tyrystorowa; 6 - wskaźniki
Budowa aseptycznej jednostki pracyI – obszar niesterylny; II – obszar czysty;III – obszar sterylnyak – autoklaw w ścianie z podwójnymidrzwiami jako śluza materiałowaszare prostokąty – śluzy powietrzne
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 3 – Procesy biotechnologiczne
OBRÓBKA POPRODUKCYJNA – DOWNSTREAM PROCESSINGFermentacja
brzeczka pofermentacyjna
Dezintegracja
Separacja ciecz/składniki nierozpuszczalne
osad
Zatężenie
Oczyszczanie
Formulacja
ciecz
odpady
roztwór
produkt surowy
produkt oczyszczony
produkt w formie ostatecznej
zagospodarowanieodpadów
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 3 – Procesy biotechnologiczne
OBRÓBKA POPRODUKCYJNA – DOWNSTREAM PROCESSING
0,25 – 5 obr/min
powierzchniafiltracji2 – 10 m2
Obrotowy filtr bębnowy próżniowy – rotary drum vacuum filter
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 3 – Procesy biotechnologiczne
Prasa filtracyjna
Powierzchnia filtracyjna od 100 do 15 000 cm2 na płytę
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 3 – Procesy biotechnologiczne
OBRÓBKA POPRODUKCYJNA – DOWNSTREAM PROCESSING
Wirówki wykorzystywane w przemysłowych procesachseparacji zawiesin pofermentacyjnych
a) kalander rurowy
b) c) wirówka talerzowa;30 – 200 talerzy pod kątem około 40°
d) wirówka ślimakowado bardzo gęstych zawiesin
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 3 – Procesy biotechnologiczne
Przemysłowe metody dezintegracji komórek
A. Metody mechaniczne
1. Poddawanie działaniu wysokiego ciśnienia2. Ucieranie (młyny kulowe)3. Mikrofluidyzacja
B. Metody niemechaniczne
1. Suszenie/zawieszanie w roztworze2. Szok osmotyczny3. Szok termiczny4. Traktowanie rozpuszczalnikami organicznymi lub surfaktantami5. Zastosowanie enzymów litycznych
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 3 – Procesy biotechnologiczne
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
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 3 – Procesy biotechnologiczne
Ekstrakcja płynem w stanie nadkrytycznym
Diagram fazowy pojedynczej substancjiPc – ciśnienie krytyczne; Tc – temperatura krytyczna
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 3 – Procesy biotechnologiczne
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 3 – Procesy biotechnologiczne
Zestaw do ultrafiltracji spiralnej
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 3 – Procesy biotechnologiczne
Zasada działania hollow fibre filtration
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 3 – Procesy biotechnologiczne
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
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 3 – Procesy biotechnologiczne
Metody formulacji produktuLiofilizatory - krystalizacja
- suszenie- liofilizacja
Suszarka z wymuszonym obiegiem powietrza