Anaerob biotechnológia Immobilizálás

Az előadások a következő témára: "Anaerob biotechnológia Immobilizálás"— Előadás másolata:

1 Anaerob biotechnológia Immobilizálás

2 Anaerob biotechnológia

3 Aerob - Anaerob Aerob Obligát anaerob Fakultatív aerob Mikroaerofil
Aerorezisztens

4 Aerob - Anaerob Cukorból Piroszőlősavig egyezik Anaerob: szerves savak
Aerob: CO2 + ATP

5 Szén - kén körforgás

6 Kén körforgás

7 Nitrogén körforgás

8 Redox folyamat REDUKCIÓ Oxidálószer + e- → termék
Elektron akceptor = Oxidációs szám csökken Oxidáció Redukálószer → termék + e- Elektron donor = Oxidációs szám nő

9 Redox pár Nernst egyenlet -60 mV/pH e- -30 mV/pH e- E ≤ -300 mV

10 Anaerob anyagcsere Fermentáció Anaerob légzés Terméke piroszőlősav
szerves sav, pl. acetát, laktát energia, oxidált koenzim Anaerob légzés

11 Anaerob anyagcsere Fermentáció Anaerob légzés
Nitrát redukció, denitrifikálás Szulfát vagy kén redukció Metanogenezis glükóz + 3NO3- + 3H2O →     6HCO3- + 3NH4+, ΔG0' = kJ glükóz + 3SO H+  →   6HCO3- + 3SH-, ΔG0' = -453 kJ glükóz + 12S + 12H2O    → 6HCO HS- + 18H+, ΔG0' = -333 kJ AEROB ΔG0' = -2844kJ

12 Anaerob körülmények biztosítása

13 Anaerob körülmények biztosítása

14 Anaerob körülmények biztosítása
Anaerob munkahely Kontrollált anaerob környezet Szabad kézzel lehet dolgozni Steril Zsiliprendszer

15 Anaerob = alacsony redox potenciál
E ≤ -300 mV

16 Anaerob tenyésztés sajátosságai
Hosszú “lag” fázis A rendszer anaerobbá válik Sejtszám nem nő Redox potenciál csökken

17 Anaerob tenyésztés sajátosságai
Anaerob baktérium spórájából nem fejlődik aktív sejt mV redox potenciál alatt CRP = culture redox potential ≠ belső redox potenciál

18 Anaerob tenyésztés sajátosságai
Kevert kultúrák Szintrópia Két mikróba egymás működését segíti, kölcsönös előnyöket biztosítva a partnereknek

19 Szintrópia – fajok közötti H2 átadás
Methanobacillus omelianskii Etanolból ecetsav anaerob úton Termodinamikailag nem megy Szintrópia 2 CH3CH2OH + 2 H2O = 2 CH3COO- + 2 H+ + 4 H2 ΔGo' = +19 kJ / 2 mol EtOH "S" törzs: CO2 + 4 H2 = CH4 + 2 H2O „H" törzs: ΔGo' = -131 kJ / mol CH4 Együttes reakció: 2 CH3CH2OH + CO2 = 2 CH3COO- + 2 H Δ Go' = -112 kJ / mol CH4

20 Listeria monocytogenes
Gram + Emberben 10% előfordul tünet nélkül Súlyos idegrendszeri gyulladásokat okoz Monocitákat, makrofágokat, leukocitákat támad Sejtbe bejut Vérrel fertőz

21 Staphylococcus Gram +, sokan ártalmatlanok S. aureus - patogén
Bőrön, nyálkahártyákon S. aureus - patogén

22 Immobilizálás

23 Immobilizálási technikák: prokarióta
Bezárás

24 Immobilizálási technikák: prokarióta
Felületi adszorpció

25 Immobilizálási technikák: prokarióta
Keresztkötés

26 Immobilizálási technikák: prokarióta
Makropórusos hordozó

27 Immobilizálási technikák: prokarióta
Szűrés

28 Immobilizálási technikák: prokarióta
Felületi kitapadás

29 Immobilizálási technikák: prokarióta
Természetes aggregátumok

30 Immobilizálási technikák: eukarióta
Roller bottle

31 Immobilizálási technikák: eukarióta
Sima felületű mikrohordozó

32 Immobilizáló mátrixok
Alginát D-mannuronsav L-güluronsav Zegzugos kopolimer Kétértékű kation: Ca2+ Keresztkötés Ionos kötés Gyenge Koncentráció függő Pórusméret: 1-15 μ

33 Immobilizáló mátrixok
Alginát D-mannuronsav L-güluronsav Zegzugos kopolimer Kétértékű kation: Ca2+ Keresztkötés Ionos kötés Gyenge Koncentráció függő Pórusméret: 1-15 μ

34 Alginát immobilizálás
Na-alginát Viszkózus folyadék Sejtekkel keverés Cseppek 50 mM CaCl2 oldatba 0,5-2 mm átmérő Biológiailag lebontható Szárítva tárolható

35 Immobilizáló mátrixok
Pektin D-galakturonsav Ca2+ só Mechanikai stabilitás nagy Keresztkötő szer kell Glutáraldehid Polietilénimin

36 Immobilizáló mátrixok
Pektin Növényi sejtfal alkotó Különböző mértékben észterezett GRAS probiotikum

37 Immobilizáló mátrixok
Controlled pore glass Kétféle üveg keverék Borát + szilikát Egyiket kioldják Térhálós szerkezet Mechanikai stabilitás Sterilezhető Felület derivatizálható Sejt, molekula megkötés kromatográfia

38 Immobilizáló mátrixok
Controlled pore rubber Kétféle gumi keverék Egyiket kioldják Térhálós szerkezet Mechanikai stabilitás Sterilezhető Sejt, molekula megkötés

39 Immobilizáló mátrixok
Poliuretán Izocianát + alkohol + katalizátor Adalékokkal sokféle Forma Keménység Víznél könnyebb Aerob mikrobáknak Biológiailag NEM lebontható

40 Immobilizáló mátrixok
Poliuretán Nagy, inert felület Levegő szűrő biofilterekben

41 Biotechnológia Pezsgőgyártás CO2 serkenti az EtOH felszívódását (!)
Üvegbe félig érlelt bor + cukor + élesztő Parafadugó 1-3 év érlelés után élesztő eltávolítás forgatással Nyak fagyasztása Élesztő “kilövés” Helyére aroma + konyak CO2 serkenti az EtOH felszívódását (!)

42 Biotechnológia Pezsgőgyártás Élesztő alginátban “kabátolás”
Kitin, kitozán Érlelés = szabadon lebegő élesztő Ülepítés gyorsan, hatékonyan

43 Biotechnológia Pezsgőgyártás Élesztő alginátban “kabátolás”
Ülepítés gyorsan, hatékonyan 25% pezsgő megtakarítás Munkaerő megtakarítás

44 Biotechnológia Apró magvak + alginát
Könnyebb vetni Répa, fehérrépa Tápanyag, csírázást segítő anyagok, patogének elleni védekezés P. fluorescens

45 Ivóvíz tisztítás Globális probléma Emberiség száma nő
Emberi eredetű szennyezés nő Iható víz mennyisége csökken

46 Ivóvíz tisztítás Nitrogén felhalmozódás NH4+, NO3-

47 Szennyvíztisztítás Kommunális, ipari Nitrogén: ammónia, nitrát
Aerob – anaerob kezelés

48 Szennyvíztisztítás Kommunális, ipari Nitrogén: ammónia, nitrát
Aerob – anaerob kezelés Tiszta víz Energia Kezelt iszap = Szerves trágya

49 Ivóvíz denitrifikálása
Nitrát – nitrit átalakulás a bélcsatornában Fakultatív anaerobok Részleges redukció NO2- hemoglobinhoz kötődik irreverzibilisen “Kék csecsemő” Agyi krónikus hypoxia Emésztőtraktus tumor

50 Ivóvíz denitrifikálása
Nitrát redukció fokozatosan

51 Ivóvíz denitrifikálása
Gélcső reaktor Nitrifikál Nitrosomonas europaea Denitrifikál Paracoccus denitrificans Energia: EtOH Térben elválasztva

52 Ivóvíz denitrifikálása
“Mágikus” gyöngy Gömbhéjakban Aerob Anaerob Térben elválasztva Tápanyag: ecetsav

53 Ivóvíz denitrifikálása: KIBIR
Kombinált Ioncserélő-Biológiai Rendszer Ioncserélő kromatográfia Megköti a vízből a nitrátot Tömény, sós nitrát oldat Tiszta ivóvíz Biotechnológia (SzTE, SzBK, BayBio) Denitrifikálás bioreaktorban

54 Ivóvíz denitrifikálása: KIBIR
Szintrópia Fajok közötti H2 átadás Redukálószer

55 Ivóvíz denitrifikálása: KIBIR
Alginátba immobilizálva “Kabátolással stabilizált” Cellulóz energiaforrás NO3- CO2 + N2 cellulóz szál Pseudomonas denitrificans Acetivibrio cellulolyticus immobilizáló mátrix

56 Ivóvíz denitrifikálása: KIBIR
Olcsó Megbízható Hatékony DE: nem használják