fermentÁciÓ mŰveletei
DESCRIPTION
FERMENTÁCIÓ MŰVELETEI. Nyersanyag előkészítés Tápközeg összeállítása Sterilezés Levegőztetés Elválasztási műveletek. A mikroorganizmusok tápanyag szükséglete. A mikroorganizmusok olyan tápközegben illetve tápközegen szaporodnak, amely tartalmazza az összes vitális tápanyagot. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
![Page 1: FERMENTÁCIÓ MŰVELETEI](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022062518/56814931550346895db6758a/html5/thumbnails/1.jpg)
FERMENTÁCIÓ MŰVELETEI
Nyersanyag előkészítés Tápközeg összeállítása Sterilezés Levegőztetés Elválasztási műveletek
![Page 2: FERMENTÁCIÓ MŰVELETEI](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022062518/56814931550346895db6758a/html5/thumbnails/2.jpg)
A mikroorganizmusok tápanyag A mikroorganizmusok tápanyag szükségleteszükséglete
A mikroorganizmusok olyan tápközegben illetve tápközegen szaporodnak, amely tartalmazza az összes vitális tápanyagot.Prototróf mikroorganizmusok: glükózból minden szükséges összetevőt szintetizálnakAuxotróf mutánsok: A B CEnergia forrás: Szénhidrátok (glükóz, keményítő) ATPSzénforrás: glükóz, keményítő, melasz, (cellulóz),
etilalkohol, metanol, n-paraffinok
Nitrogénforrás: szervetlen: ammóniumsók, nitrátokszerves: fehérjék (szójaliszt, halliszt), aminosavak
(kukoricalekvár)
Makroelemek: S, P, Mg, K, Na, Ca …
Mikroelemek: Cu, Co, Mo, Mn …
Vitaminok és növekedést serkentő anyagok:biotin, pantoténsav, tiamin, riboflavin, B12
Minimál (szintetikus) tápközeg kémiailag meghatározott összetevőket tartalmaz
Komplex (természetes) tápközeg ismeretlen kémiai összetételű komponenseket tartalmaz (malátakivonat, élesztőkivonat …)
![Page 3: FERMENTÁCIÓ MŰVELETEI](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022062518/56814931550346895db6758a/html5/thumbnails/3.jpg)
Ipari fermentáció nyersanyagai I.Ipari fermentáció nyersanyagai I.
Laboratóriumi munkánál pontos összetételű tápközegekIpari fermentációknál komplex anyagokkal dolgoznak
Változó minőség miattTápközegek összetételének optimalizálásatápanyag szállítmányoknak megfelelően - adaptáció
Szénforrásként használt anyagok:Melaszok szénforrás mellett nitrogén-tartalmú
vegyületekvitaminok, nyomelemek
A melaszok összetétele függ a termesztési helytől, az időjárástól, a cukorgyárakban alkalmazott technológiáktól
Hidrol a keményítő alapú cukorgyártásnál visszamaradó anyalúg
Malátakivonat Keményítő, dextrin (enzimes főzés)Szulfitlúgok, cellulóz, növényi olajokMetanol, etanol, alkánok
![Page 4: FERMENTÁCIÓ MŰVELETEI](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022062518/56814931550346895db6758a/html5/thumbnails/4.jpg)
Ipari fermentáció nyersanyagai II.Ipari fermentáció nyersanyagai II.
Nitrogénforrásként használt anyagok
Ammóniumsók, karbamid, ammónia
Kukoricalekvár: sok aminosavat tartalmaz (arginin, glutaminsav, izoleucin, treonin, valin, fenil-alanin, metionin és cisztein)
Élesztőkivonatok: pékélesztőből 50-55°C-on autolízissel vagy plazmolízissel állítják elő
Peptonok: fehérje hidrolizátumok - viszonylag drágák
Szójaliszt: komplex tápanyag 50 % fehérjetartalom 30 % szénhidráttartalom
lassan metabolizálódik -nincs katabolit represszió
![Page 5: FERMENTÁCIÓ MŰVELETEI](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022062518/56814931550346895db6758a/html5/thumbnails/5.jpg)
Sterilezés
Definíció: mikroba pusztítás mentesítés Sterilezés: fizikai módszerek:
hő szűrés Sugárzás
Dezinficiálás: kémiai sterilezés
![Page 6: FERMENTÁCIÓ MŰVELETEI](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022062518/56814931550346895db6758a/html5/thumbnails/6.jpg)
Mikrobák hőpusztulása
2.3
ktlogNlogN
ktlnNlnN
ktlnNlnN
dtkN
dN
k.Ndt
dN
0
0
0
t
0
N
N0
Hőinaktíválódás (80°C felett) tápanyagok (vitaminok)
mikrobák Első rendű kinetika
N
N.log
k
2.3t 0
logN
logN0
T°
T2 →k2 T1 →k1
t
T°= konstans
k= f(T, MM, környezet (pH))
N0= kiindulási MM koncentrációN = végső MM koncentrációt = idők = pusztulási sebességi állandó
HŐ, VEGYSZER, SUGÁRZÁSHŐ, VEGYSZER, SUGÁRZÁS
![Page 7: FERMENTÁCIÓ MŰVELETEI](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022062518/56814931550346895db6758a/html5/thumbnails/7.jpg)
LEVEGŐZTETÉS
Aerobok: Az O2 egyszerű szubsztrát
Anaerobok: redox-potenciál: máj (cisztein), tioglikolsav, C-vitamin, NaHSO3
Szubmerz tenyésztés: Oldott O2,
Az O2 oldódás kicsi: állandóan pótolni kell
1 2
3
REAKTOROKMIKROBÁK O2 – IGÉNYEO2 ABSZORPCIÓ
Buborék Mikroba
![Page 8: FERMENTÁCIÓ MŰVELETEI](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022062518/56814931550346895db6758a/html5/thumbnails/8.jpg)
Elvárás: mikroba- és pormentes Igény: gyógyszeripar
Kiszerelő, ampullázó Fermentáció (Be- és kimenő levegő)
Műtők Mikroelektronikai ipar! Lamnáris box
Levegőszűrés
Patogén vagy rekombináns törzseknél
![Page 9: FERMENTÁCIÓ MŰVELETEI](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022062518/56814931550346895db6758a/html5/thumbnails/9.jpg)
Mélységi szűrők
Nominál, nem abszolút szűrőkTöltetek: gyapot, üveggyapot, műanyag szál
N1
N2
L
no),(
df).(,L
L
L
N
Nlog
L.L
,
N
Nln
L,
klog
N
Nln
L.kN
Nln
541
1790
32
321
10
100
90
902
1
902
1
902
1
2
1
k= szűrési állandó
L90: a 90 %-ot visszaartó szűrő hossz.
L90 = f(df, no, α, mikroba, v)
df: szűrő szál átmérőjeno: az elemi szál hatékonysága: térfogat frakcióv: légsebesség
![Page 10: FERMENTÁCIÓ MŰVELETEI](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022062518/56814931550346895db6758a/html5/thumbnails/10.jpg)
Mélységi szűrők visszatartási mechanizmusai
1. Ütközés (szűrés)2. Diffúzió (Brown-mozgás)3. Ülepedés4. Elektrosztatikus hatás
Kis légsebességNagy légsebesség
Áramszünet: v leesik Fertőzés!
A bemenő levegő melegítése anedvesség kondenzációjának megakadályozására!
![Page 11: FERMENTÁCIÓ MŰVELETEI](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022062518/56814931550346895db6758a/html5/thumbnails/11.jpg)
Felületi ultraszűrők
A membrán pórusmérete uniformizált, kicsi<PARTIKUM
Abszolút szűrők LAPSZŰRŐK (AIBA: ECHO-SZŰRŐ
Folyadék szűrők: lapszűrők
URETÁN HABELŐSZŰRŐ
POLIVINIL-ALKOHOLLAPSZŰRŐ
LEVEGŐ
Sterilezés: Gőzzel v. Etilén-oxiddalÉlettartam min. 1 év
![Page 12: FERMENTÁCIÓ MŰVELETEI](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022062518/56814931550346895db6758a/html5/thumbnails/12.jpg)
Reaktorok
1 2
3MIKROBÁK O2 – IGÉNYEO2 ABSZORPCIÓREAKTOROK
Mechanikus keverős bioreaktorok Levegőztetett bioreaktorok Cirkulációs,loop (hurok) reaktorok
![Page 13: FERMENTÁCIÓ MŰVELETEI](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022062518/56814931550346895db6758a/html5/thumbnails/13.jpg)
Laboratóriumi fermentor
![Page 14: FERMENTÁCIÓ MŰVELETEI](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022062518/56814931550346895db6758a/html5/thumbnails/14.jpg)
Kevert, levegőztetett fermentorok
![Page 15: FERMENTÁCIÓ MŰVELETEI](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022062518/56814931550346895db6758a/html5/thumbnails/15.jpg)
Keverő nélkülilevegőztetett fermentorok
![Page 16: FERMENTÁCIÓ MŰVELETEI](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022062518/56814931550346895db6758a/html5/thumbnails/16.jpg)
Hurok reaktorok
![Page 17: FERMENTÁCIÓ MŰVELETEI](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022062518/56814931550346895db6758a/html5/thumbnails/17.jpg)
Szaporodás szakaszos tenyészetben
Idõ
Biom
assza m
en
nyiség
e
1 2 3 4 5
S)f(x,dt
dx
xμdt
dxmax
1. lag fázis2. gyorsuló szaporodási fázis3. logaritmikus vagy exponenciális fázismax, tgen nincs S limitáció
4. hanyatlú szaporodási fázis5. Állandósult állapot
A növekedés kifejezhető sejtszám (N) vagy biomassza (x) növekedéssel
=f(S), , dx=xdt, lnx=t +C
dt
dx
x
1μmax ahol:
x = a sejt koncentráció (mg/cm3) t = az inkubációs idő (óra) = fajlagos növekedési sebesség (óra-1)
![Page 18: FERMENTÁCIÓ MŰVELETEI](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022062518/56814931550346895db6758a/html5/thumbnails/18.jpg)
Kemosztát rendszerKemosztát rendszer
SA fajlagos növekedési sebességet a hígítási sebességgel szabályozzák, mivel
=D
A hígítási sebesség definiciója:
V
FD
![Page 19: FERMENTÁCIÓ MŰVELETEI](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022062518/56814931550346895db6758a/html5/thumbnails/19.jpg)
Folytonos fermentáció kinetikája
x
t [óra] t [óra]
X[g/l]
X[g/l]
1 2 3 4 5
1. Ürítés2. Mosás3. Feltöltés4. Felmelegítés5. Sterilezés
Produktivitás = meredekség = [g/l*h]
Higítási sebesség: D = F / V [1/h] időegységre eső térfogatcserék száma
Anyagmérleg a mikrobatömegre nézve:
mikrobatömeg változása = növekedés - elvétel
F X, S
D)x(μDxμxdt
dx
![Page 20: FERMENTÁCIÓ MŰVELETEI](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022062518/56814931550346895db6758a/html5/thumbnails/20.jpg)
Folytonos fermentációs rendszerek osztályozása
Előny: 5-10-szer nagyobb produktivítás, mint a szakaszos fermentációknálIpari alkalmazás nagyon általános: etanol, SCP, szennyvíz tisztítás
x
xNyílt
Zárt
x
X=0
100%
x
Homogén
Heterogén
1 fázisú
2 fázisú
Plug flow RP
1 lépcsős
több lépcsős - kaszkád
A mikrobatömeg a rendszerben marad vagy kilép onnan
A mikroba, a szubsztrátumés a termék koncentráció homogén a rendszerben
Folyadék, szilárd és gáz fázis lehet a rendszerben
![Page 21: FERMENTÁCIÓ MŰVELETEI](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022062518/56814931550346895db6758a/html5/thumbnails/21.jpg)
Tenyésztési technológiák összehasonlítása
Szakaszos fermentáció kis produktivitás nagy flexibilitás egyszerű
Folytonos fermentáció nagy produktivitás nem flexibilis egyszerű a fertőzés és a degeráció problémát okozhat
![Page 22: FERMENTÁCIÓ MŰVELETEI](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022062518/56814931550346895db6758a/html5/thumbnails/22.jpg)
Elválasztási műveletek
SejtfeltárásSejtfeltárás Elválasztási műveletekElválasztási műveletek
SzűrésSzűrés ÜlepítésÜlepítés FlotálásFlotálás ElektrokinetikaiElektrokinetikai
ExtrakcióExtrakció Membrános eljárásokMembrános eljárások DesztillációDesztilláció CsapadékképzésCsapadékképzés Kromatográfiás módszerekKromatográfiás módszerek
Extracelluláris, intracelluláris