Upstream / downstream folyamatok

Az előadások a következő témára: "Upstream / downstream folyamatok"— Előadás másolata:

1 Upstream / downstream folyamatok
Biotechnológia Upstream / downstream folyamatok

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

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

4 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-

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

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

7 Általános feltételek ATP - energia Speciális vegyületek Lipidek
Vitaminok

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

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

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

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

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

13 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

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

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

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

17 Sterilezés Folyadék Szűrés Inaktiválás Sugárzás

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

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

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

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

22 Innen folytatódik én

23 Aerob - Anaerob fermentáció

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

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

26 Downstream Biomassza kinyerés Sejt feltárás Extrakció
Makromolekulák elválasztása Kiszerelés

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

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

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

30 Kinyerés : szűrés Termék kinyerés Szűrés Sokféle Tangenciális
Változtatható paraméterek

31 Kinyerés : szűrés Termék kinyerés Szűrés Sokféle Tangenciális
Változtatható paraméterek

32 Hollow fiber

33 Hemodialízis

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

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

36 Downstream Kis molekulák Extrakció Micella, reverz micella
Kristályosítás

37 Downstream Makromolekulák Fehérje extrakció Micella, reverz micella
egyedi optimalizálás lipáz

38 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

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

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

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

42