22. Scharakteryzuj klasyfikację biosensorów.

Ze względu na zasadę działania wyróżnia się następujące rodzaje biosensorów:

• Biosensory katalityczne. W tego typu biosensorach czujnik rejestruje ubytek substratu lub przyrost produktu w reakcji chemicznej katalizowanej przez materiał biologiczny w postaci enzymu, tkanki lub drobnoustrojów, stężenie glukozy wyznacza się pośrednio przez pomiar ubytku tlenu zużywanego w reakcji bądź przez pomiar przyrostu nadtlenku wodoru lub jonów wodorowych powstających po dysocjacji kwasu glukonowego.

• Biosensory powinowactwa. W takich biosensorach tworzenie trwałego kom­pleksu substratu z receptorem o zmiennych właściwościach jest rejestrowane przez czujnik. Warstwa materiału biologicznego, np. przeciwciała, pektyny, hemoglobina, DNA, jest zazwyczaj jednorazowego użytku i po dokonanym pomiarze jest wymieniana na nową.

• Biosensory złożone. Wykorzystują one kilka reakcji następujących po sobie bądź równoległych. Zastosowanie sensorów z kilkoma enzymami lub innymi substancjami biologicznie czynnymi wzmacnia sygnał, eliminuje wpływ substancji przeszkadzających i umożliwia oznaczanie związków, które bezpośrednio nie oddziałują z danym sensorem.

• Sensory biomimetyczne. Takie sensory naśladujące narządy zmysłów (smak, węch) zazwyczaj nie zawierają materiału biologicznego jako warstwy recep­torowej i dlatego nie zawsze są zaliczane do biosensorów np „sztuczny nos" - sensor do rozpoznawania zapachów.

Ze względu na konstrukcję przetwornika wyróżnia się następujące rodzaje biosensorów:

• Biosensory elektrochemiczne: potencjometryczne, amperometryczne, kulometryczne, konduktometryczne.

• Biosensory półprzewodnikowe - tranzystory polowe.

• Biosensory optyczne. Korzystają z absorpcji promieniowania, fluorescencji, chemiluminescencji, bioluminescencji, powierzchniowego rezonansu plazmowego.

• Biosensory mechaniczne: masowe, fali akustycznej.

• Biosensory entalpimetryczne (termiczne).

Niekiedy biosensory klasyfikuje się również ze względu na rodzaj czujnika, rozróżniając biosensory:

• Komórkowe,

• Tkankowe,

• Enzymatyczne,

• Immunologiczne

• Chemiczne

23. Podaj zastosowanie biosensorów w przemyśle spożywczym.

• Wykrywanie lub mierzenie stężenia, co najmniej 100 substancji także szkodliwych.

• Oznaczania glukozy w sokach owocowych, napojach, winie, napojach typu instant, lodach, dżemach, miodzie.

• Badanie zawartości glukozy, aby przewidzieć barwę końcowego produktu.

• Ocena świeżości produktu i ocena skażenia mikrobiologicznego.

• Kontrola przebiegu różnorodnych procesów fermentacyjnych.

• Oznaczania zawartości etanolu w napojach alkoholowych, preparatach drożdży, do kontroli przebiegu fermentacji piwa lub wina

• Oznaczania niektórych dodatków smakowych w żywności (glutamina, sorbitol).

• Kontrola poziomu niektórych substancji np: choliny, fenyloalaniny

• Oznaczaniu mikrobiologicznych zanieczyszczeń żywności, śladów pestycydów i substancji niedozwolonych.

• Oceny świeżości owoców cytrusowych, jakości kawy, wina, olejków eterycznych i środków zapachowych dodawanych do żywności.

• Ocena skuteczności procesów termicznych lub niezbędnego czasu ich trwania, dojrzałości owoców, potencjalnej trwałości produktów lub stopnia ich zepsucia

• Wykrywania antybiotyków w mleku;

• Oznaczania progesteronu w mleku;

• Wykrywania stanów zapalnych wymion;

• Oznaczania witaminy C w mleku i napojach fermentowanych przygotowanych na bazie mleka i serwatki;

• Oznaczania cholesterolu w produktach mleczarskich;

• Oznaczania alkoholu w napojach alkoholowych przygotowanych na bazie serwatki;

• Kontroli procesu fermentacji alkoholowej w technologii etanolu z serwatki;

• Kontroli składu ścieków.

24. Omów oczyszczanie tlenowe ścieków.

Najpowszechniej wykorzystywanym procesem oczyszczania ścieków jest tlenowa biodegradacja oparta na systemie osadu czynnego. Ścieki przepływają przez komorę napowietrzania, gdzie rozpuszczona materia organiczna jest mineralizowana, czyli utleniana do dwutlenku węgla, azotanów i fosforanów:

Rozpuszczona materia organiczna + 0₂ —» nowa biomasa + C0₂ + HNO_s + H₃P0₄

Reakcje przeprowadzają głównie bakterie zgrupowane w kłaczki. Po czasie reakcji wynoszącym kilka godzin do kilku dni, mieszanina ścieków i biomasy przepływa przez osadnik, gdzie kłaczki są grawitacyjnie separowane od oczyszczonych ścieków. Aby zapewnić odpowiednie osadzanie się kłaczków, ich stężenie w komorze napowietrzania nie powinno przekraczać 4 g na litr. Osadzone kłaczki (nazywane osadem) są częściowo ponownie wprowadzane do komory napowietrzania a częściowo odrzucane. Wysoka wydajność zależy od prawidłowego wyboru obciążenia objętościowego komór osadu czynnego.

19. Omów otrzymywanie kwasu mlekowego.

Otrzymywanie kwasu mlekowego

Obecnie jedynym w Polsce producentem kwasu mlekowego jest Przedsiębiorstwo Przemysłu Fermentacyjnego AKWAWIT w Lesznie. Surowcami do produkcji kwasu mlekowego są: skrobia ziemniaczana lub zbożowa po scukrzeniu amylazą, sacharoza, glukoza, melasa, serwatka, permeat mleka lub serwatki, ługi posulfitowe. Fermentacja w pożywce zawierającej 10-13% sacharydu, związki azotowe, biostymulatory oraz makro i mikroelementy jest najczęściej prowadzona przez bakterie Lactobacillus, np. L. delbrueckii spp bulgaricus), wymagające do wzrostu złożonej mieszaniny aminokwasów, które rozwijają się intensywnie w 50^oC, wytwarzając ponad 2% kwasu mlekowego, lub Streptobacterium i Lactococcus rozwijające się w pożywkach z solami amonowymi. W celu utrzymania kwasowości pożywki w granicach pH 5,5-6,0 jest dodawany węglan wapnia. Kwasowość można regulować wodorotlenkiem wapnia lub amonu w sposób ciągły, co umożliwia utrzymanie pH na optymalnym poziomie i przyspieszenie fermentacji.

Kwas mlekowy jest oczyszczany metodą zależną od jakości surowca użytego do fermentacji i jego przeznaczenia. W przypadku tzw surowców czystych (glukoza, sacharoza) jest stosowane oczyszczanie bezpośrednie, polegające na usunięciu metali ciężkich i na częściowym odbarwieniu węglem aktywnym. Często smak i zapach kwasu mlekowego polepsza się utleniaczami, np. nadtlenkiem wodoru, a lotne składniki usuwa się sprężonym powietrzem.

Techniczny kwas mlekowy jest uzyskiwany w pożywce z melasy, podobnie jak kwas spożywczy, z pominięciem etapu oczyszczania zagęszczonego kwasu, a kwas farmaceutyczny - bądź z kwasu spożywczego po jego zagęszczeniu do 90% i wyekstrahowaniu eterem.

18. Omów otrzymywanie ksantanu.

Otrzymywanie ksantanu

Zasadnicze procesy jednostkowe:

• Biosynteza ksantanu, uwzględniająca przygotowanie inokulum

• Fermentację w bioreaktorze

Proces jest prowadzony metodą okresową w pożywce z glukozą lub sacharozą, azotem (organicznym lub nieorganicznym) i mikroelementami, w 25-34^oC w czasie 40-144h. Bakterie są namnażane w środowisku o pH 7,0 i przy stosunku C:N większym niż w fazie biosyntezy ksantanu, w której w następstwie wydzielania polimeru z komórki kwasowość środowiska obniża się do pH około 5,0. Pożywka jest mieszana z szybkością 200-400 obrotów/min i napowietrzana.W drugiej fazie znacznie zwiększa się lepkość cieczy pofermentacyjnej, utrudniając transport tlenu, co wymusza zwiększenie szybkości mieszania do 1000 obr/min celem utrzymania stężenia tlenu powyżej 10% wartości nasycenia.

• Wydzielenie biopolimeru. Wydzielenie ksantanu z cieczy pofermentacyjnej, jest trudnym i kosztownym procesem poprzedzonym pasteryzacją lub sterylizacją w celu inaktywacji komórek i zwiększenia wydajności biopolimeru. Zbyt wysokie temperatury pasteryzacji są często przyczyną termicznej degradacji ksantanu. Ogrzewanie cieczy pofermentacyjnej w odpowiednich warunkach zmniejsza jej lepkość, a zwiększa rozpuszczalność ksantanu. Ze względu na dużą lepkość cieczy jest ona rozcieńczana wodą, rozpuszczalnikami organicznymi lub roztworami alkoholu o małym stężeniu bądź ogrzewana i filtrowana Ksantan jest wydzielany ze środowiska w wyniku zmniejszenia rozpuszczalności polimeru metodą odparowania lub przy użyciu rozpuszczalników organicznych mieszających się z wodą, np. alkoholi i ketonów albo wielowartościowych soli.

Po odfiltrowaniu polimeru lub oddestylowaniu rozpuszczalników ksantan jest przemywany mieszaniną izopropanolu i wody, suszony do zawartości 10% wody w procesie okresowym lub ciągłym w warunkach zmniejszonego ciśnienia lub w środowisku gazu obojętnego, mielony i pakowany w opakowania nieprzepuszczające wody.

Opisz proces perwaporacji.

Perwaporacja - metoda porwaporacji polega na realizacji przepływu nadawy z jednej strony nieporowatej, liofilowej cienkiej membrany i odparowaniu penetrantu z drugiej strony membrany, gdzie najczęściej przepływa gaz, bądź na stosowaniu podciśnienia.

Proces perwaporacji jest więc związany z przemianą fazową oraz transportem masy przez membranę. Siłą napędową procesu jest różnica potencjałów składników chemicznych po obu stronach membrany, wynikająca z różnicy ich ciśnień. Selektywność rozdziału z zastosowaniem perwaporacji polega natomiast na różnicy rozpuszczalności składników nadawy w membranie oraz różnicy w szybkości dyfuzji przez membranę.

---