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 Ĥrodków przeciwpiennych. ģrodki przeciwpienne mogĈ byþ pochodzenia naturalnego (np. oleje roĤlinne, tãuszcze zwierzčce) lub syntetyczne (np. na bazie silikonów, wyİszych alkoholi). Natryski wodą, wirówki i pompy odmieniające, użycie szybkoobrotowego dysku, ultradźwięki, użycie cyklonu.

3) Bioreaktory wieżowe bezmieszadłowe

Konstrukcja: rysunek Bioreaktory bezmieszadłowe kolumnowe (barbotażowy, cyrkulacyjny z cyrkulacją wew., cyrkulacyjny z cyrkulacją zew.)

Zalety:

1. Małe naprężenia ścinające - możliwość hodowli komórek podatnych na uszkodzenia mechaniczne

2. Prosta konstrukcja, brak cz. ruchomych, brak uszczelnienia mechanicznego - niskie koszty inwestycyjne, łatwiejsze utrzymanie sterylności

3. Dobre rozwinięcie powierzchni międzyfazowej gaz/ciecz przy niskim nakładzie energii

4. Ciśnienie hydrostatyczne zwiększa rozpuszczalność tlenu i współczynnik wnikania tlenu do cieczy

5. Lepsze odprowadzenie ciepła rcji niż w bioreaktorze zbiornikowym

6. Możliwość budowania aparatów o bardzo dużej pojemności ( bioreaktor air lift ICI: 2300 m3, średnica 7 m, wys. 60m)

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) Rodzaje bioprocesów przemysłowych.

Rodzaj procesu	Biokatalizator	Przykład
biosynteza	Drobnoustroje	Enzymy, aminokwasy, antybiotyki, polisacharydy, preparaty paszowe
	Kom. zwierzęce	Szczepionki wirusowe, przeciwciała monoklonalne
	Kom. roślinne
	Enzymy	Dekstran, tryptofan
biotransformacja	Drobnoustroje	Steroidy, otrzymywanie kw. octowego, L-srbozy, kw. glukonowego
	Enzymy	Glukozy do fruktozy, kw. fumarowego do jabłkowego, L-aparaginowego
biohydroliza	enzymy	Hydroliza rafinozy, laktozy, skrobi, dekstranu, acetylo-α aminokwasów
fermentacja	drobnoustroje	Prod. etanolu, kw. mlekowego, masłowego, butanolu
Bioługowanie Biodegradacja	Drobnoustroje	Ługowanie minerałów (uran,miedź,złoto,rtęć)
	drobnoustroje	Oczyszczanie ścieków, produkcja biogazu, produkcja biomasy paszowej

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)-

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 (hodola ciagła 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)-

14)-

15)-

16)-

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)-

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 skali 1) metoda podstawowa-rozwiązanie kompletnego modelu matematycznego procesu 2)metoda podstawowa uproszczona-wykorzystanie uproszczonego modelu matematycznego 3) analiza wymiarowa i analiza rezimu proesu- 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