Biotehnologija 1 5. predavanje - PBF

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


• 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


• 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


• 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 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


• 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


• 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).

Biotehnologija 1 5. predavanje - PBF

Documents

Transcript of Biotehnologija 1 5. predavanje - PBF