Biotechnolgia Upstream downstream folyamatok Upstream elllts Anyagcsere CNOenergia

Biotechnológia Upstream / downstream folyamatok

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

Általános feltételek • Hőmérséklet – Határ: folyékony, szabad víz – ± 15 ºC • p. H – ± 2, változik

Általános feltételek • Prokarióták – C forrás – Monod • µ = µmax x S / (ks + S) – N forrás • szervetlen, szerves – Oxigén forrás • Aerob – O 2 – Szuperoxid, H 2 O 2, – Rossz oldékonyság • Anaerob – NO 3 -, SO 42 -

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

Általános feltételek • ATP - energia • Speciális vegyületek • Lipidek • Vitaminok

Ipari komplex tápok • Melasz • 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 • • C forrás – 6 C 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 – p. H=7. 3 -7. 5 – HEPES + fenolvörös • Fejlesztés – Szérum mentes tápok

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

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

Sterilezés • Folyadék – Szűrés – Inaktiválás – Sugárzás

Sterilezés • Folyadék – Szűrés – Inaktiválás (Na. OCl, perecetsav) – Elektromágneses, radioaktív sugárzás

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

Oxigén adagolás • Anyagtranszport limitál • O 2 oldékonysága vízben rossz (7 ppm, 35°C) • Ezzel mindig baj van

Aerob - Anaerob fermentáció

Anaerob fermentáció • Gázok – H 2, CH 4 • Folyadékok – Et. OH, 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

Hollow fiber

Hemodialízis

Downstream • Sejt feltárás – Mechanikus • French press – 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 – CO 2 : Tc = 31. 1 °C, Pc = 73. 8 bar

Downstream • Szuperkritikus extrakció – Előny • 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