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 – proces
ciągły heterogeniczny w reaktorze z przepływem tłokowym; G – proces ciągły heterogeniczny z częściową
recyrkulacją; 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 drobnoustrojów
2.      Możliwość prowadzenia hodowli dowolnie długo w ustalonych, optymalnych warunkach
3.      Możliwość regulacji stanu fizjologicznego komórek przez dobór zasilania
i składu podłoża zasilającego hodowlę
4.      Jednorodność fizyczna i chemiczna hodowli
5.      Możliwość automatyzacji procesu
6.      Większa szybkość i wydajność wielu procesów
7.      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 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

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 – bioreaktor
kolumnowy z bełkotką; E – bioreaktor kolumnowy z inżektorowym doprowadzeniem powietrza i rurą
cyrkulacyjną; 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 biokatalizatorami
immobilizowanymi

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 blood

Hydrolizat kazeiny

Casein hydrolysate

Mączka z nasion bawełny

Cottonseed meal

Mączka z kiełków kukurydzianych

Corn germ meal

Wodny namok kukurydziany

Corn steep liquor

Mączka rybna

Fish meal

Mączka z siemienia lnianego

Limseed meal

Mączka mięsno-kostna

Meat and bone meal

Mączka z orzeszków ziemnych Peanut meal
Mączka z nasion rzepaku

Rape seed meal

Mączka sojowa

Soybean meal

Stałe składniki serwatki

Whey solids

Ekstrakt

drożdżowy

Yeast extract

Źródła azotu stosowane w pożywkach fermentacyjnych

Olej z nasion bawełny

Cottonseed oil

Olej ze smalcu

Lard oil

Olej palmowy

Palm oil

Olej z ziarna palmowego

Palm kernel oil

Olej z orzeszków ziemnych

Peanut oil

Olej rzepakowy

Rape oil

Olej sojowy

Soy oil

Łój

Tallow

Źródła węgla stosowane w pożywkach fermentacyjnych

Melasy z buraków lub trzciny cukrowej Beet or cane molasses
Glukoza

Glucose

Kwas cytrynowy

Citric acid

Syrop kukurydziany

Corn liquor

Dekstryny

Dextrins

Etanol

Ethanol

Glicerol

Glycerol

Syrop maltozowy

Maltose liquor

Skrobia

Starch

Laktoza

Lactose

Lipidowe składniki pożywek fermentacyjnych

Metody wyjaławiania podłoża

A – okresowa; B- ciągła przeponowa, wymienniki płytowe; C – ciągła bezprzeponowa
1- 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 cieczy
2.    zatężenie roztworu
3.    oczyszczanie
4.    formułowanie

Wirówki wykorzystywane
w przemysłowych procesach
biotechnologicznych

a) kalander rurowy; b, c) wirówka talerzowa; d) wirówka ślimakowa

OBRÓBKA POPRODUKCYJNA – DOWNSTREAM PROCESSING

Przemysłowe metody dezintegracji komórek

1. Poddawanie działaniu wysokiego ciśnienia
2. Ucieranie (młyny kulowe)
3. Mikrofluidyzacja

A. Metody mechaniczne

B. Metody niemechaniczne

1. Suszenie/zawieszanie w roztworze
2. Szok osmotyczny
3. Szok termiczny
4. Traktowanie rozpuszczalnikami organicznymi lub surfaktantami
5. Zastosowanie enzymów litycznych