1) Bioreaktory inaczej nazywane także fermentorami są urządzeniami służącymi do hodowli drobnoustrojów, komórek roślinnych lub zwierzęcych. Konstruowane są w sposób umożliwiający kontrolę procesu produkcyjnego oraz jego optymalny przebieg w warunkach maksymalnego ograniczenia lub całkowitego wyeliminowania możliwości zakażeń.

2) Odmienianie: Chemiczne gaszenie piany w bioreaktorach polega na dodatku środków przeciwpiennych. Środki przeciwpienne mogą być pochodzenia naturalnego (np. oleje roślinne, tłuszczezwierzęce) lub syntetyczne (np. na bazie silikonów, wyższych alkoholi). Natryski wodą, wirówki i pompy odmieniające, użycie szybkoobrotowego dysku, ultradźwięki, użycie cyklonu.

Wyposażenie bioreaktora w zbijacz piany, umieszczone zawsze nad powierzchnią roztworu reakcyjnego.

3)barbotażowy, cyrkulacyjny z cyrkulacją wewnętrzną, cyrkulacyjny z cyrkulacją zewnętrzną,

Zalety: możliwość budowania aparatów o bardzo dużej pojemności, lepsze odprowadzenie ciepła reakcji niż w bioreaktorze zbiornikowym, ciśnienie hydrostatyczne zwiększa rozpuszczalność tlenu

4)

5)Biosynteza- ogół procesów zachodzących w organizmie żywym, w wyniku których powstają związki organiczne.

Biotransformacja- katalizowana przez enzymy reakcja chemiczna, w której nastepuje przekształcenie określonych fragmentów substratu.

6) a) przygotowanie procesu (up-streamprocessing)- (uzyskanie szczepów produkcyjnych- izolacja czystych kultur mikroorganizmów)

• Surowce przygotowanie pożywek sterylizacja

• Materiał posiewowy (inokulum)

b) bioreaktor

c) wydzielanie i oczyszczanie bioproduktów (down- streamprocessing)- procesy wydzielania biomasy, np. filtracja, wirowanie; procesy dezintegracji komórek, zatężanie roztworu, procesy wstępnego rozdzielania, procesy dokładnego oczyszczania produktów za pomocą technik membranowych czy metod chromatograficznych, formowanie produktu.

7) Równanie M-M

Większość składników pożywki transportowana jest do komórek za pośrednictwem enzymów, dlatego do opisu reakcji wykorzystuje się równanie Michealisa – Mentel dla reakcji enzymatycznych.

Reakcje zużycia substratu katalizowana przez enzym:

1. S+E k-1 k1ES

równanie Michaelisa – Menten

$$q_{s} = \frac{q_{\text{smax}} \times S}{K_{M} + S}$$

Równanie Michaelisa – Menten obejmuje 3 zakresy szybkości reakcji, w zależności od S

Km – właściwa szybkość zużycia substratu jest równa połowie szybkości max zużycia substratu

Obszar pośrodku krzywej – obszar M-M – nieliniowa zależność q_s od zużywanego stężenia substratu. Innymi czynnikami wpływającymi na Km lub q_smax są inhibitory.

Stała Michaelisa (K_m) – takie stężenie substratu, przy którym szybkość reakcji enzymatycznej jest równa połowie szybkości maksymalnej (V_max) tej reakcji.

8) równanie Monoda

Ponieważ szybkość wzrostu zależy od zużycia substratu a limitacja substratowa hamuje wzrost komórek, to także właściwa szybkość wzrostu zależy od stężenia substratu i do opisy tej zależności można użyć równania Monda:

$$\mu = \mu_{\max}\frac{S}{S - \ K_{s}}$$

K_S – stała nasycenia substratem

Stała K_S ma malejące wartości, dlatego nie ma wpływu na szybkość wzrostu, gdy S duże (proces okresowy) w procesach dolewowych, a w procesach ciągłych występuje limitacja substratem.

-

9) Drobnoustroje potrzebują i zużywają substratu w czasie:

1. Budowy nowego materiały komórkowego (wzrost biomasy),

2. Synteztproduktów pozakomórkowych (tworzenia produktu),

3. Zapewnienie potrzeb energetycznych dla:

   1. Prowadzenia reakcji syntezy,

   2. Utrzymania stałych st. substancji wewnątrzkomórkowych,

   3. Prowadzenia reakcji odnowy wewnątrzkomórkowych (regeneracja).

Zużycie substratu na podtrzymanie życia komórki nazywamy tzw. metabolizmem endogennym.

Można wyróżnić dwa przypadki zużywania substratu przez komórkę:

1. Gdy nie ma tworzenia pozakomórkowego (np. tylko przyrost biomasy) lub produkt jest tworzony na drodze metabolizmu energetycznego (np. fermentacja beztlenowa)

2. Gdy tworzenie produktu nie jest związane z energetycznym metabolizmem lub jest związane, ale tylko pośrednio

10)- Zużycie substratu na podtrzymanie życia komórki nazywamy tzw. metabolizmem endogennym.

Kinetyka zużycia substratu:

$$\frac{dC_{s}}{\text{dt}} = \ r_{s - \ }q_{s}C_{x}\lbrack\frac{\text{kg\ sub.}}{m^{3}\text{\ h}}\rbrack$$

q_S – właściwa szybkość zużycia substratu,

$$q_{s} = \pi = \frac{r_{s}}{C_{x}} = \frac{\mu}{Y\frac{x}{s}} = \sum_{}^{}\frac{r_{p}}{C_{x}Y\frac{x}{s}} + en$$

en – metabolizm endogenny

Można wyróżnić dwa przypadki zużywania substratu przez komórkę:

1. Gdy nie ma tworzenia pozakomórkowego (np. tylko przyrost biomasy) lub produkt jest tworzony na drodze metabolizmu energetycznego (np. fermentacja beztlenowa)

2. Gdy tworzenie produktu nie jest związane z energetycznym metabolizmem lub jest związane, ale tylko pośrednio

11)pierwotna- za niskoczast., są konieczne do wzrostu komórek np.: AK, monosach. (etap fazy stacjonarnej) wtórne- często zw. Wysokocząsteczkowe, ich synteza zachodzi później podczas wzrostu hodowli, nie SA potrzebne do wzrostu komórek (hodolaciagła na etapie wz.logartm…)

12) Typowe fazy wzrostu w procesie okresowym

Właściwa szybkość wzrostu zmienia się w czasie przebiegu okresowego.

I-lag-faza II- faza przyśpieszonego wzrostu III- faza wykładniczego wzrostu IV- faza zahamowanego wzrostu V- faza stacjonarna VI- faza obumierania (lizy) Lag faza może być rzeczywista (przystosowanie do warunków środowiska) lub pozorna (gdy w inokulum duża ilość nieaktywnych komórek).

odchylenia:

13)

Proces ciągły – w procesach ciągłych Fin jest zdeterminowane (kontrolowane) w jednym z podanych w tabeli sposobów a Fout jest regulowane przez dowolne urządzenie utrzymujące stałą objętość medium:

Typ procesu	Parametr kontrolowany	X określane przez	µ określane przez
Chemostat	Metabolizm (µ)	Sin	F/V
Turbidostat	Gęstość optyczna	Wartość ustalona	µmax
pH - auxostat	pH	Stosunek H`in do H`r	µmax
nutristat	Stężenie substratu	Sin i ustalona wartość	Wartość ustalona i Ks

14)Jeżeli istotna część substratu zużywana jest w przemianie podstawowej (na podtrzymanie funkcji życiowych - maintenence), należy to uwzględnić w równaniach chemostatu:

Bilans substratu:

$\frac{\text{dS}}{\text{dt}}$ = D(Si – S) - $\frac{1}{Y_{X/S}}$∙µX – mX

W stanie ustalonym:

$\frac{\text{dS}}{\text{dt}}$ = 0, µ = D a więc:

D(Si – S) - $\frac{1}{Y_{X/S}}$∙µX + mX

X = $\frac{D(Si\ \ S)\ }{\frac{D}{Y_{X/S} + m}}$

Zmieniając wartość m nmożemy śledzić jaki ma wpływ na procesy w chemostacie. M się zmienia w zależności jak komórka ma daleko od błogostanu.im większe odhylenieog błogostanu tym większe zużycie substratu na pdostawowy metabolizm.

Obserwowany współczynnik wydajności (Yx/s)uswyosi wtedy:

(Y_X/S)us = $\frac{x}{\text{Si} - S}$ = $\frac{D{\bullet Y}_{X/S}}{D + m\ \bullet Y_{X/S}}$

Przy małych wartościach D stężenie biomasy i obserwowany współczynnik wydajności mniejsza się, gdyż naczna część dostarczanego susbtratu jest zużywana na podtrzymanie funkcji życiowych, a nie na wzrost.

15)Podczas normalnej pracy chemostatu szybkość rozcieńczania jest stała. Te wykresy są stałe w czasie trwania procesu. Miejscem charakterystycznym jest szybkość rozcieńczania krytyczna – maksymalna tak zwana szybkość wymywania. Dkryt jeżeli szybkość rozcieńczania równa jest maksymalnej szybkości wzrostu to stężenie substratu leci do góry, bo d-u mnożą się z max szybkością a my dajemy im takie rozcieńczenie i szybciej są wymywane niż się mnożą i wtedy biomasa zostanie wymyta z bioreaktora i nie zdąży się uzupełnić. Im szybciej dozujemy pożywkę tym drobnoustroje się szybciej rosną aż dojedziemy do max szybkości rozmnażania one już więcej nie mogę zrobić i mogą zostać wymyte, Im szybciej dozujemy pożywkę tyk drobnoustroje szybciej się mnożą, ale jak zbliżają się dogra nicy swojej możliwości to stężenia zaczyna spadać a w punkcie wymywania zostają całkowicie wymywane z bioraektora i stężenie spada do zera

16)Dmax = u_max(1-$\sqrt{\frac{K_{S}}{K_{S} + S_{i}}}$ Dmax – optymalna szybkość rozcieńczenia

17)-

18)-

19)-

20)przepływowy: wpływa jednocześnie taka sama ilość medium jaka wypływa, wyposażony jest w mieszadło utrzymujące idealny rosklad stężenia w objętości komory reaktora, droga i trudna sterylizacja w przepływie. Rurowy: występuje zawsze zjawisko mieszania w kierunku zgodnym z masowym przepływem płynu, Równia bilansowe mają postać równań różniczkowych cząstkowych, stosujemy raczej do reakcji szybkich, czasy przebywania w reaktorze rurowym wynoszą kilkadziesiąt sekund.

21)-

22) Hodowla okresowo dolewowa

• Pożywka jest dodawana co pewien czas do bioreaktora w czasie hodowli mikroorganizmów.

• Nie usuwa się zużytej pożywki.

• W tej fermentacj zwykle startujemy gdzieś tak z połowy bioreaktora. Jak się napełni do czubka, to trochę ulewamy i jedziemy dalej.

• Będziemy starać się utrzymać substrat na w miarę równym poziomie.

• W momencie pojawienia się czynnika hamującego dodaje się świeżej pożywki powoduje to gwałtowny wzrost stężenia substratu i spadek gęstości komórek.

23)-  23) Omów najważniejsze strategie zasilania w procesach dolewowych.
- powolne, ustalone (Fi = const) zasilanie pożywką o dużym stężeniu daje niewielkie zmiany objętości. Prowadzi to do liniowego wzrostu biomasy
- zasilanie ze zmienną szybkością- wykładniczą pozwala na utrzymanie stałego stężenia substratu w reaktorze i osiągnięcie nielimitowanego, wykładniczego wzrostu komórek
- zasilanie stałym strumieniem pożywki o stosunkowo małym stężeniu prowadzi do wzrostu V. Metodą symulacji można wykazać, że możliwe jest uzyskanie stanu pseudoustalonego.

24)-

25)Wady i zalety techniki dolewowej.Zalety:duża elastyczność prowadzenia hodowli, możliwość kontrolowania tężenia substratu, możliwość automatyzacji procesu’ Wady: konieczność jałowego dozowania pożywki, niebezpieczeństwo degradacji szczepu hodowli wielokrotnej.

26)-

27)-

28. Met. Zmiany skali1) metoda podstawowa-rozwiązanie kompletnego modelu matematycznego procesu 2)metoda podstawowa uproszczona-wykorzystanie uproszczonego modelu matematycznego 3) analiza wymiarowa i analiza rezimuproesu- opiera się na poszukiwaniu zw miedzy wielkościami fizycznymi i grupowaniu ich w kryteria bezwymiarowe 4)metody oparte na stałości poszczególnych zmiennych operacyjnych.

29. Poważnym problemem przeniesienia tych samych warunków procesowych ( mieszania, wymiany masy i ciepła, zapotrzebowania mocy). Problem projektowania i zmiana skali dla procesów tlenowych. Najlepszym sposobem zmiany skali jest zastosowanie pełnego opisu matematycznego procesu. Najczęściej niemożliwe lub niepraktyczne.

30.Kryteria zmiany skali-wielkości fizyczne, pozwalające na zachowanie takich samych warunków w różnej skali: stała wartości kLa