BT - procesy inżynieryjne

Question 1

mieszanie - ogólna charakterystyka

Answer 1

operacja dynamiczna, wpływa na cechy fizjologiczne i morfologiczne drobnoustr, przebieg procesów i jednorodność układu

Question 2

typy mieszadeł (3)

Answer 2

1 śmigłowe 2 turbinowe 3 łapowe PATRZ ZDJĘCIE 1

Question 3

od czego zależy rodzaj mieszadła?

Answer 3

rodzaju mikroorg, wielkości i geometrii bioreaktora, lepkości mieszaniny, zapotrzebowania na tlen

Question 4

cele mieszania (5)

Answer 4

ujednolicenie układu, efektywne przenoszenie ciepła i dyspegacja gazu, intensyfikacja reakcji biochemicznych, utrzymanie rozwiniętej powierzchni w układach wielofazowych, zachowanie homogennej suspesji - dobra homogenizacja fazy ciekłej

Question 5

mieszanie a napowietrzanie

Answer 5

rozpuszczalność tlenu w podłożu jest niska a musi zachodzić wymiana gazowa

Question 6

rodzaje mieszania

Answer 6

pneumatyczne (gaz), mechaniczne (mieszadło), hydrauliczne (pompa)

Question 7

mieszanie a stres mechaniczny

Answer 7

siły ścinające mieszadła, zderzenia komórek z bioreaktorem, zgregacja komórek - brak dyfuzji tlenu do wnętrza agregatu. Duży problem przy grzybach i promieniowcach

Question 8

jak zaspokoić zwiększone zapotrzebowanie na tlen?

Answer 8

zwiększyć szybkość mieszania, zwiększyć szybkość napowietrzania

Question 9

jak mierzyć pośrednio parametry stresu mechanicznego?

Answer 9

zmiany w morfologii, zmiany w produkcji metabolitów, obniżenie żywotności, naruszenie integralności błony powoduje zmianę pH, uwalnianie białek, zmiany stężeń składników wewnątrzkomórkowych w płynie hodowlanym

Question 10

turbohipobioza

Answer 10

zakłócenie kinetyki wzrostu, uszkodzenia będące wynikiem zbyt dużych naprężeń ścinających działających na komórki

Question 11

główne zadanie napowietrzania

Answer 11

1) dostarczenie drobnoustrojom tlenu 2) uzyskanie jednolitej zawiesiny drobnoustrojów

Question 12

główne zadanie mieszania

Answer 12

ma przede wszystkim zapewnić dobre warunki wymiany gazowej

Question 13

od czego zależy ilość tlenu rozpuszczonego w podłożu?

Answer 13

1) ilości powietrza dostarczonego do pożywki 2) zawartości tlenu w doprowadzonym gazie 3) długości drogi kontaktu pęcherzyka z pożywką (dodatniego wpływu mieszania i wysokiego słupa cieczy) 4) rodzaju urządzenia służącego do dyspergacji pęcherzyków i stopnia rozdrobnienia pęcherzyków 5) intensywności procesów oddechowych namnażanych drobnoustrojów 6) liczby komórek drobnoustrojów i stopnia ich rozproszenia w pożywce 7) temperatury pożywki 8) stężenia składników pożywki

Question 14

stężenie krytyczne tlenu Ckr

Answer 14

” minimalne nasycenie tlenem podłoża, przy którym metabolizm nie ulega zmianie; wartość stężenia tlenu, poniżej której występują warunki limitacji tlenowej. parametr natleniania powinien być
podporządkowany wyłącznie wymaganiom produktu, a nie drobnoustroju (istotne gdy ten sam drobnoustrój wykorzystuje się do otrzymywania różnych produktów)”

Question 15

napowietrzanie powierzchniowe

Answer 15

1. dyfuzyjne nie wspomagane (ciekłe pożywki na tacach) 2. dyfuzyjne, wspomagane (kaskadowe lub wstrząsane) 3. przy użyciu aeratorów turbinowych, szczotek napowietrzających 4. na złożach z wypełnieniem

Question 16

napowietrzanie wgłębne

Answer 16

turbinowe - system sprężonego powietrza, dyfuzyjne - dyfuzory rurkowe, płytowe, bełkotki wtłaczające i inne

Question 17

mieszanie z napowietrzaniem (barbotaż) przy użyciu bełkotki

Answer 17

bełkotka może być dzwonowa, korytkowa, rurowa, patrz zdjęcie 2

Question 18

objętościowy współcznnik przenoszenia tlenu kLa

Answer 18

określa możliwość natlenienia pożywki w danym fermentorze, służy do porównania zdolności przenoszenia tlenu w różnych bioreaktorach

Question 19

od czego zależy kLa? (8)

Answer 19

1) parametrów technicznych bioreaktora (średnicy, objętości, H/D) 2) systemu napowietrzania (szybkości napowietrzania, intensywności mieszania, powierzchni międzyfazowej gaz-ciecz) 3) właściwości reologicznych pożywki 4) temperatury 5) składu pożywki 6) rodzaju drobnoustroju 7) rodzaju odpieniacza 8) mocy mieszania

Question 20

pienienie

Answer 20

powstawanie i stabilność piany zależy od składu i właść. fizykochem. środowiska, intenywności mieszania fazy gazowej i ciekłej. Dopływ tlenu do komórek - czyli wprowadzanie gazy w obecności różnych substancji ma wpływ na tworzenie piany może mieć znaczenie pozytywne i negatywne

Question 21

przyczyny pienienia

Answer 21

??? Dostarczanie tlenu do komórek w obecności różnych substancji wpianotwórczych - są w składzie surowców kompleksowych podłoży??

Question 22

negatywne znaczenie pienienia

Answer 22

piana może zawilgocić i zablokować filtry powietrza - mniejszy przepływ powietrza, wyższe ciśnienie; wrota dla organizmów kontaminujących; heterogenność środowiska, utrudniona kontrola stężenia składników podłoża, objętości hodowli, wymiany ciepła; obniżenie pojemności użytkowej bioreaktora, konieczność przeciwdziałania pienieniu (koszty!), pogorszenie natlenienia, niekorzystny wpływ środków przeciwpianowych na mikroorganizmy i produkt, straty masy

Question 23

metody łamania piany

Answer 23

mechaniczne, chemiczne, kombinowane

Question 24

wymień mechniczne metody łamania piany

Answer 24

dysk szybkoobrotowy, ultradźwięki, wirnik fundafom, metoda mechaniczna Fringsa, metoda mechaniczna przy użyciu cyklonu

Question 25

odpieniacze

Answer 25

obniżają napięcie powierzchniowe na granicy faz r-r/powietrze; naturalne - oleje roślinne, tłuszcze zwierzęce - i odpieniacz, i subs. odż, po degradacji enzymatycznej są źródłem węgla i energii dla mikroorg; syntetyczne - polialkohole, nietoksyczne i wydajne

Question 26

idealny środek antypieniący

Answer 26

łatwo, szybko rozprowadzany, skuteczny - aktywny w niewielkim stężeniu (minimalizacja dawki niezbędnej do trwałego rozbicia piany, dodatek odpieniacza powinien być jak najmniejszy), długo działający, nietoksyczny (wobec ludzi, zwierząt, mikroorganizmów) - brak niekorzystnego działania na metabolizm drobnoustroju i końcową wydajność produktu, tani, stabilny, kompatybilny ze składnikami pożywki i elementami procesu produkcyjnego

Question 27

dawka środka przeciwpianowego

Answer 27

“jednorazowo wprowadzona dawka może powodować zmniejszenie współczynnika przenoszenia tlenu nawet do
50%. Jeżeli współczynnik przenoszenia tlenu jest szczególnie narażony na wpływ odpieniacza
hodowlę odpienia się mechanicznie.”

Question 28

wymiana ciepła w bioreaktorze

Answer 28

femrntacja jest procesem egzotermicznym - aktywność metaboliczna mikroorg, mechaniczne mieszanie; ciepło musi być rozproszone; zmiany temperatury mogą zaburzać procesy metaboliczne i uszkadzać komórki

Question 29

sposoby wymiany ciepła w bioreaktorze (4)

Answer 29

płaszcz, zwój wewnętrzny, punktowy zwój pierścieniowy (najmniej ważny, małe bioreaktory), recyrkulacja pożywki przez zewnętrzny wymiennik ciepła; PATRZ ZDJĘCIE 4

Question 30

od czego zależy szybkość wymiany ciepła

Answer 30

• geometrii bioreaktora (rozmiary, kształt ścianki) - stanu ruchu (prędkości przepływu cieczy/gazu, inna miara turbulencji, np. moc włożona) - stanu termicznego (różnica temperatur między ścianką i płynem, współczynnik wnikania ciepła przez film cieczy po każdej ze stron metalowej ściany (U), który zależy m.in. od: współczynników: przewodzenia ciepła, lepkości dynamicznej, pojemności cieplnej, ciepła właściwego strumienia, rozszerzalności objętościowej) - własności fizykochemicznych płynu (np. gęstość i lepkości płynu)

Question 31

warunki aseptyczne w procesach biotechnologicznych - mniejsze ryzyko kontaminacji (3)

Answer 31

• ekstremalne wartości pH - wysokie temperatury - substraty utylizowane tylko przez określone mikroorganizmy

Question 32

warunki aseptyczne w procesach biotechnologicznych - sposoby uniknięcia infekcji

Answer 32

“używanie czystych kultur do zaszczepiania • sterylizacja pożywek i innych składników • sterylizacja fermentora i osprzętu • utrzymywanie aseptycznych warunków podczas hodowli • budowa instalacji technologicznych gł. bioreaktorów, których konstrukcja zapewnia
aseptyczność warunków pracy (od inokulacji podłoża, przez zasilanie w składniki odżywcze,
mieszanie, napowietrzanie, regulację parametrów procesowych, po pobieranie prób)”

Question 33

kontaminanty - czemu ich nie lubimy

Answer 33

szybko rosnące mogą zdominować/wyprzeć kulturę produkcyjną - zużywają składniki odżywcze, konkurują z kulturą produkcyjną - mogą produkować składniki toksyczne (pojawienie się zanieczyszczeń w produktach metabolizmu, śmierć kultury produkcyjnej) - mogą wydzielać produkty blokujące filtry, interferujące z dalszymi procesami produkcyjnymi - mogą metabolizować pożądane produkty procesu

Question 34

czego dotyczą warunki aseptyczne?

Answer 34

“całości procesu! -zasada utrzymania jałowości dotyczy pomieszczeń, urządzeń, wszystkich operacji (inokulacji,
fermentacji i opróżniania fermentora), pożywki, powietrza (natlenienie podłoża),
wprowadzonych czynników”

Question 35

3 metody wyjaławiania hodowli

Answer 35

“wyjaławianie termiczne (podłoża, zbiorniki, rury, zawory)
wyjaławianie chemiczne (pomieszczenia, urządzenia)
wyjaławianie mechaniczne (powietrze, niektóre roztwory)”

Question 36

systemy SIP i CIP

Answer 36

czyszczenie bez demontażu urządzeń, CIP - pod koniec procesu, detergenty i wysoka temperatura, SIP - przed rozpoczęciem kolejnego procesu, para pod wysokim ciśnieniem

Question 37

autoklaw

Answer 37

para wodna pod zwiększonym ciśnieniem, usunięcie całego powietrza z autoklawu, wszystkie powierzchnie muszą mieć kontakt z parą

Question 38

plusy i minusy sterylizacji poza bioreaktorem

Answer 38

+ energooszczędna, podłoże sterylizowane jest mniej narażone na działanie podwyższonej temperatury, - wymaga dodatkowych urządzeń, zwiększone jest prawdopodobieństwo operacji niesterylnych

Question 39

plusy i minusy sterylizacji w bioreaktorze

Answer 39

+ proces prostszy w realizacji, zapewnia mniejsze ryzyko zakażenia; posiewowe podłoże hodowlane - zalecana sterylizacja (podłoże podgrzewa się poza bioreaktorem do temp. sterylizacji, a w bioreaktorze prowadzi się właściwy proces sterylizacji i schładza wysterylizowane podłoże do żądanej temperatury), - proces energochłonny, wzrasta możliwość uszkodzenia składników termolabilnych

Question 40

metody wyjaławiania podłoży

Answer 40

okresowa, ciągła przeponowa (może być barbotażowa) i ciągła bezprzeponowa (inżektor parowy, rura sterylizacyjna, komora próżniowa, patrz zdjęcie 5

Question 41

zalety ciągłych metod sterylizacji

Answer 41

1) skrócenie czasu sterylizacji 2) lepsze zachowanie składu chemicznego podłoża (lepsze wykorzystanie pożywki) 3) możliwość automatycznej kontroli sterylizacji 4) możliwość współpracy z procesami ciągłymi 5) mniejsze (nawet 4-krotnie) zużycie energii cieplnej 6) 3-krotnie mniejsze zużycie wody chłodniczej 7) równomierne (ustalone) zużycie pary i wody chłodzącej 8) znaczne zwiększenie wydajności procesu

Question 42

zalety sterylizacji okresowej

Answer 42

• niższa cena urządzeń, - mniejsze ryzyko zakażenia, - odpowiednia dla podłoży zawierających substancje stałe

Question 43

sterylizacja chemiczna - powierzchnie i pomieszczenia

Answer 43

“gazy: tlenek etylenu, propylenu, pary formaldehydu, ozon
ciecze: wodne roztwory pochodnych fenolu, formaldehyd, chloraminy, chloroheksyny, βpropionolakton, H2O2, czwartorzędowe związki amoniowe, związki chloru, związki jodu,
alkohole, aldehydy, związki srebra”

Question 44

sterylizacja radiacyjna - powierzchnie i pomieszczenia

Answer 44

promieniowanie UV, jonizujące

Question 45

jakie są filtry w bioreaktorach?

Answer 45

"FILTR 1: zapobieganie kontaminacji bioreaktora przez drobnoustroje z powietrza FILTR 2:
zapobieganie kontaminacji
środowiska przez
drobnoustroje (aerozole)
z bioreaktora"

Question 46

kontrola czystości mikrobiologicznej - proces sterylizacji i przebieg procesu

Answer 46

1 metoda posiewu (wysianie próbki sterylizowanych produktów na pożywki) 2 metoda termostatowa (umieszczenie wyjałowionych produktów w temp. 37ºC przez 1-10 dni) 3 metoda sporotestowa (użyciu próbek przetrwalników drobnoustrojów z rodzaju Bacillus lub Clostridium; handlowo dostępne testy SporalA i SporalS)

Question 47

kontrola czystości mikrobiologicznej - steralizacja naczyń, opakowań, urządzeń

Answer 47

1 metoda popłuczyn 2 metoda bezpośrednia

Question 48

kontrola czystości mikrobiologicznej - sterylizacja powierzchni

Answer 48

1 metodą tamponową 2 metodą odciskową

Question 49

kontrola czystości mikrobiologicznej - sterylizacja powietrza

Answer 49

1 metodą sedymentacji drobnoustrojów 2 metodą aspirometryczną

Question 50

kontrola procesu - system sensorowy (czujniki)

Answer 50

pomiar i zapis parametrów - czujniki wewnętrzne (w lub nad hodowlą)

Question 51

kontrola procesu - jaką ważną wielkość fizyczną musimy monitorować?

Answer 51

pianę

Question 52

dobra praktyka produkcyjna (DPP)

Answer 52

zespół szczegółowych zasad zapewniania jakości, określonych mianem Dobrej Praktyki Produkcyjnej (GLP, GMP); zapenienie jakości z normy ISO 9001, dostosowanie się do spcyfikacji produkcji biotechnologicznej