C 7900 Lehk biotechnologie 01 vod Petr Zboil

C 7900 Lehká biotechnologie 01 – Úvod Petr Zbořil

Osnova prezentace Biotechnologie a její místo mezi ostatními výrobními postupy. Charakteristické rysy, srovnání s chemickými metodami. Výrobní prostředky biotechnologie. Produkce a hromadění metabolitů. Výběr producentů, aspekty, preferované vlastnosti. Ekonomika výroby a její ovlivnění, vztahy mezi zúčastněnými procesy.

Biotechnologie n n Definice schválená na valném shromáždění EFB, 1989 Biotechnologie je obor využívající přírodních a inženýrských věd k aplikaci organismů, buněk, jejich částí a molekulárních analogů k výrobě produktů a k službám Další používaná definice biotechnologie: Biotechnologie jsou všechny technologie, které využívají (živé) organismy nebo jejich součásti k výrobě nebo modifikaci produktů, k cílené modifikaci (šlechtění) rostlin, živočichů a mikroorganismů pro specifická použití

Biotechnologie n Jakákoliv technologie využívající biologické (biochemické) systémy • Celé organizmy n n n Jednobuněčné Společenstva Mnohobuněčné – zemědělství? • Části organizmů • Biomakromolekuly n n Enzymy Protilátky

Biotechnologie n Biologický systém • Přirozený • Upravený n n Mutanty GMO Chemicky modifikovaný Technologické hledisko • Volný • Imobilizovaný

Biotechnologie n n Historie Předindustriální období • Klasické fermentace – etanolové a mléčné kvašení n Současnost • • • Produkce významných látek – přehled v dalších kapitolách Moderní potravinářská výroba Likvidační technologie Chemické modifikace – transformace Biosensory

Historie

Biotechnologie n Odvětví biotechnologie – podle aplikace • • • n Průmyslová biotechnologie Farmaceutická Živočišná Rostlinná Environmentální Jiné dělicí pohledy, např. • Fermentační – průmyslová • Potravinářská • Likvidační

Průmyslová biotechnologie n Moderní způsoby • Komplexní přístup, teorie předchází aplikaci n Účast vědních disciplin a oborů • • n Chemie – biochemie, organická, analytická Biologie – mikro-, molekulární, fyziologie Strojírenství – chemické inženýrství IT, elektroinženýrství Žádoucí kooperace, jistý stupeň porozumění

Průmyslová biotechnologie n Aplikace biochemie v produkci a úpravě látek • Enzymové reakce – nositel aktivity n n n Buňka (role mikrobiologie) – i pro jedno-dvoukrokové konverze Enzym potřebné čistoty ve vhodné formě (zakotvené) Tkáně, pletiva – mnohobuněčné organizmy • Účast dalších disciplin na vlastní konverzi n n Organická chemie Fermentační technologie

Fermentační technologie n Pojem fermentace – většinou nesplňuje, konvence • Kvasné procesy, kvasný ocet • Fevere – vařit („burčák“) n Biochemický smysl slova – typ metabolického pochodu • Energetický proces, kde oxidaci i redukci zajišťují jeho vlastní metabolity (anaerobní glykolýza apod. ) • Protiklad – respirace n Mikrobiologický pohled • Procesy získání produktů za účasti mikroorganizmů jako katalyzátorů • Taxonomické využití – pohled biochemický

Fermentační technologie n Složky – vzájemné vztahy • Teoretická – měla by předcházet n n n Možnosti využití poznatků Nové procesy, produkční nástroje (mikroorganizmy, enzymy, GMO) Optimalizace dosavadních postupů, výtěžky, suroviny, zjednodušení – efektivita • Praktická – historicky předcházela n n n Mléčné a alkoholové kvašení, léčebné využití plísní aj. Malé výtěžky, bez izolace Výchozí impulz teoretického bádání i materiální základna rozvoje • Pasteur – aplikace – pak vysvětlení

Fermentační technologie n Příklady komerčně významných produktů • Biomasa – SCP (S. cerevisiae, T. utilis) • Primární metabolity – etanol, org. kyseliny, aminokyseliny, vitaminy aj. • Sekundární metabolity – ATB • Průmyslové enzymy • Produkty biotransformací – steroidy, fenylacetylkarbinol • Rekombinantní produkty – insulin a další hormony, interferon n V dalším se seznámíme s typickými produkty

Výběr produkčních způsobů n Možnosti – vedle izolace z přírodních zdrojů • Chemická syntéza • Biotechnologická výroba n Preference se mění podle dostupnosti a ceny zvl. surovin a energetických nároků • Vliv ekonomických a politických podmínek • Využití ropy – cena n Vliv pokroku ve znalostech, metodách (GMO)

Ekonomika výroby n n Rozhodující aspekt výroby Hlavní faktory – cena a provozní náklady • • • n Suroviny – materiál pro výrobu Energie Cena zařízení – složitost technologických operací Účinnost – výtěžek (% konverze), vedlejší produkty Rychlost procesu Pracnost izolace Vzájemné vztahy – provázanost • Dražší suroviny, technologie – levnější izolace, úspora energie apod.

Srovnání možností a efektivity n Srovnání na bázi ekonomické a vlastních možností Chemická syntéza Biotechnologická výroba Jednodušší proces (několik reakcí) Většinou složitější (komplexní metabolické dráhy) Jednodušší zařízení Složitější, sterilita, vzduchování Málo komponent v reakční směsi i produktu Složité medium, řada meziproduktů (heterofermentativní pochody) Jednodušší izolace Izolace obvykle pracnější Vyšší cena surovin – čisté Suroviny většinou levné, mnohdy odpadní Některé látky prakticky nelze vyrobit Velké syntetické možnosti Problém stereoselektivity Stereoselektivní

Výběr hotov n n Rozhodli jsme se pro fermentační způsob Jak budeme pokračovat?