Upstream / downstream folyamatok Biotechnológia Upstream / downstream folyamatok

Upstream = előállítás Anyagcsere C+N+O+energia biomassza+CO2+H2O Anabolizmus, Katabolizmus Autotróf, Heterotróf Litotróf, Organotróf Fototróf, Kemotróf

Általános feltételek Hőmérséklet pH Határ: folyékony, szabad víz ±15 ºC pH ±2, változik

Általános feltételek Prokarióták C forrás – Monod N forrás µ = µmax x S / (ks + S) N forrás szervetlen, szerves Oxigén forrás Aerob – O2 Szuperoxid, H2O2, Rossz oldékonyság Anaerob – NO3-, SO42-

Általános feltételek ATP - energia Speciális vegyületek Aerob – 36-38 ATP/glükóz Anaerob – 1-3 ATP/glükóz Speciális vegyületek

Általános feltételek ATP - energia Speciális vegyületek Aerob – 36-38 ATP/glükóz Anaerob – 1-3 ATP/glükóz Speciális vegyületek

Általános feltételek ATP - energia Speciális vegyületek Lipidek Vitaminok

Ipari komplex tápok Melasz Tejsavó, tejszűrlet 50% cukor Kevés szabad víz Ásványi anyagok Tejsavó, tejszűrlet

Ipari komplex tápok Tejsavó, tejszűrlet Laktóz Lipidek, Vitaminok Ömlesztett “sajt” Brunost sajt Tej, tejföl, savó főzve Karamellizált cukor

Ipari komplex tápok Kukorica szirup Keményítő kinyerés α-amiláz, glükoamiláz, xilóz amiláz Glutén, olaj N és C forrás Ásványi anyagok

Ipari komplex tápok Manióka Keményítőben gazdag Cianidot tartalmaz Olcsó, szubtrópus, trópus Igénytelen Afrikában fő táplálék (40%)

Ipari komplex tápok Lignocellulóz 1,4 – glükozid kötéssel polimer lignin

Eukariota tápok Vízminőség Kismolekulák Fetal Bovine Serum C forrás – 6C cukrok N forrás – Gln, Glu, Asn, Asp Vitaminok Lipidek Fetal Bovine Serum Drága Ismeretlen összetétel Downstream folyamatot zavarja Működik

Eukariota tápok - 2 Hormonok, növekedési faktorok Transzport fehérjék Kötő fehérjék Szervetlen komponensek pH=7.3-7.5 HEPES + fenolvörös Fejlesztés Szérum mentes tápok

Sterilezés Dezinfekció, Aszepsis, Sterilezés Folyadék vagy gáz Szűrés: 2D vagy 3D / ülepítés Inaktiválás Sugárzás

Sterilezés Folyadék Szűrés: 2D vagy 3D / ülepítés Inaktiválás Sugárzás

Sterilezés Folyadék Szűrés Inaktiválás Sugárzás

Sterilezés Folyadék Inaktiválás (NaOCl, perecetsav) Szűrés Inaktiválás (NaOCl, perecetsav) Elektromágneses, radioaktív sugárzás

Sterilezés Gáz Szűrés Igény: 0,5-1,5 térf. levegő/perc Kritikus sebesség = minimális hatásfok

Oxigén adagolás Anyagtranszport limitál O2 oldékonysága vízben rossz (7 ppm, 35°C) Ezzel mindig baj van

Oxigén adagolás Anyagtranszport limitál O2 oldékonysága vízben rossz (7 ppm, 35°C) Ezzel mindig baj van

Innen folytatódik 2013 03 05-én

Aerob - Anaerob fermentáció

Anaerob fermentáció Gázok H2, CH4 Folyadékok EtOH, tejsav, oldószerek

Anaerob fermentáció Szilárd termék Sajt, savanyú káposzta, kovászos uborka Komposztálás vs. silózás

Downstream Biomassza kinyerés Sejt feltárás Extrakció Makromolekulák elválasztása Kiszerelés

Kinyerés: centrifuga Átfolyó henger Folyamatos üzem Rövid tartózkodás Kis helyigény Zárt rendszer

Kinyerés: centrifuga Osztott cellás Folyamatos üzem Rövid tartózkodás Kis helyigény Zárt rendszer

Kinyerés : centrifuga Szeparátor, dekantáló Folyamatos üzem Rövid tartózkodás Kis helyigény Zárt rendszer

Kinyerés : szűrés Termék kinyerés Szűrés Sokféle Tangenciális Változtatható paraméterek

Kinyerés : szűrés Termék kinyerés Szűrés Sokféle Tangenciális Változtatható paraméterek

Hollow fiber

Hemodialízis

Downstream Sejt feltárás Mechanikus French press Ultrahang Nagy nyomás Súrlódási hő Ultrahang Vágókés (turmix) Golyós homogenizálók

Downstream Sejt feltárás Vegyszeres Szerves oldószer (toluol, etanol, aceton) Detergens Guanidin HCl Lúg, sav Enzim: lizozim (Gram + peptidoglükán)

Downstream Kis molekulák Extrakció Micella, reverz micella Kristályosítás

Downstream Makromolekulák Fehérje extrakció Micella, reverz micella egyedi optimalizálás lipáz

Downstream Szuperkritikus állapot Bármilyen anyag egy kritikus nyomás és hőmérséklet felett Szilárd anyagban diffundál, mint gázok Anyagokat old, mint folyadékok (pl. szerves oldószerek) Nincs felületi feszültség és folyadék-gáz határfelület Szuperkritikusok egymással korlátlanul elegyednek A kritikus nyomás körül a sűrűsége megnő, anyagok oldékonysága a nyomással arányos

Downstream Szuperkritikus állapot CO2 : Tc = 31.1 °C, Pc = 73.8 bar

Downstream Szuperkritikus extrakció Előny Hátrány Jó oldékonyság Oldószer melegítésre maradéktalanul elválasztható Gyors Hátrány Drága Új technológia

Downstream Szuperkritikus extrakció HPLC + GC: elválasztás Hidrofób fehérjék kinyerése Koffeinmentes kávé Nikotinmentes cigaretta Lupulin kinyerés komlóból Gyorstisztítás Oldószer eltávolítás