fermentatietechnologie Flashcards
wat is fermentatietechnologie?
een manier om een bioproces technisch, onder gecontroleerde en hygiënische omstandigheden uit te voeren
wat is biotechnologie?
technologie om levende organismen of bestanddelen ervan commercieel en nuttig te manipuleren en te exploiteren met als doel een nuttige omzetting te realiseren, en grondstoffen of organismen aan te maken nuttig voor de mens
uit welke 3 stappen bestaat het bioproces?
upstream, fermentatie, downstream
wat is upstream?
inoculum uit gevriesdroogde stock, opkweken tot juiste hoeveelheden.
fermentatiemedium maken en steriliseren.
wat is downstream?
cellen afscheiden: filteren, centrifugeren
cellen breken
concentratie verhogen: verdamping, extractie, membraanproces
opzuiveren: kristallisatie, gelfiltratie, chromatografie
vormgeving, verpakking
wat speelt er mee in een bioproces?
micro-organismen
voedingsmedium
fermentor of bioreactor
controle van het proces
opzuiveren van het eindproduct (DSP)
wat zit er in een minimaal medium?
bevat een beperkt aantal ingrediënten
cellen moeten een ingewikkeld enzymsysteem hebben om alle moleculen aan te maken die ze nodig hebben
wat zit er in een complex medium?
hydrolysaten van vlees-, vis- en graaneiwitten
afvalproducten uit (voedings) industrie
welke groeifactoren nodig?
complexe moleculen (vitaminen, nucleotidebasen, onverzadigde vetzuren,…)
vanwaar halen cellen mineralen?
uit zouten, bepaalde grondstoffen voor media
vanwaar halen cellen N-P-S?
uit anorganische zouten
welke C-bronnen zijn er?
eenvoudige suikers, polysachariden (moutextract, granen)
melasse, wei
stro, papier, gras, hout, afvalwater
wat is melasse?
uit suikerproductie
oplossing waaruit geen suiker meer kan kristalliseren
wat is wei?
uit kaasproductie
wat is moutextract/wort?
kiemen van gerst drogen, malen en koken
welke N-bronnen zijn er?
corn steep liquor (CSL) (extract maïs+sulfietoplossing)
pepton of proteïnenhydrolysaat (uit dierlijke plantaardige bron)
wat is de bron van vitaminen en groeifactoren?
gistextract
wat is sceernen?
zoeken naar en uitselecteren van de stam met de meest gunstige eigenschappen
wat is bewaren?
de meest gunstige stam bewaren op korte en lange termijn zodat de eigenschappen niet verloren gaan
wat is opkweken?
uit de stock een entcultuur (inoculum) laten opgroeien
hoe efficiënt screenen?
gebruik maken van DOE (design of experiments)
wat is high-throughput screening?
geautomatiseerd, op zeer kleine schaal
wat is een stockcultuur?
voor korte termijn, om ent of startcultuur te maken
wat is een bewaarcultuur?
voor lange termijn, als zekerheid indien er iets mis gaat met de stock
wat is belangrijk bij het bewaren van micro-organismen?
cellen moeten levensvatbaar blijven
goedde eigenschappen bewaren
vrij blijven van contaminanten
wat is belangrijk bij een stockculteer?
metabolisme verlagen
snel terug te activeren
regelmatig overenten
mutaties kunnen
hoe wordt een stockcultuur bewaard?
schuine of steekagar in frigo
in glycerol 50% bij -50°C
wat is belangrijk bij een bewaarcultuur?
jaren te bewaren
weinig tot geen mutaties
(soms) moeilijk te reactiveren
hoe wordt een bewaarcultuur bewaard?
bij kamer T: vriesdrogen (lyofiliseren), in gelatine
bij lage T: -196°C in vl N2, -80°C cultuur in glycerol
hoe micro-organismen opkweken?
maken van startcultuur
cellen uit stock reactiveren
-suspenderen in water of medium
-op agar
kolonie enten in suspensie in kleine erlenmeyers in schudincubatoren
volume bij elke overenting x5 tot x20
wat is belangrijk bij het opkweken?
actieve cellen uit LOG fase
bij overenten zoveel mogelijk constant houden
volumegorootte van overent: 1/5 tot 1/20
vermijden van contaminaties
voor wat staat HACCP?
hazard
analysis
critical
control
points
wat is (C)STR?
(conventional) stirred tank reactor
meest gebuikt
roerders, baffles, belushters
wat zijn de voordelen van (C)STR?
goedde zuurstofoverdracht
goed mengvermogen
wat zijn de nadelen van (C)STR?
duur
groot energieverbruik
hoge shear stress
roerder = bron van besmettingen
wat is de bubble column reactor?
geen roerder
mengen door beluchter of gasproductie
wat zijn de voordelen van bubble column reactor
minder energieverbruik
minder shear stress dan CSTR
minder kans op besmetting
goedkoper ontwerp
wat zijn de nadelen van bubble column reactor
slechter gemengd
wat is de air lift reactor
vergelijkbaar met bubble column reactor maar met:
-betere gaswisseling door gedwongen circulatie vloeistof
-minder kans op schuimvorming
wat is de packed bed reactor?
gevuld met dragers van de geïmmobiliseerde biokatakyst
wat zijn de nadelen van de packed bed reactor?
snel verstoppen
slechte massa-overdracht
‘voorkeurs’ routes van vloeistof
wat is de fluidised bed reactor?
?
opletten scheuren van partikels
wat is de holle fibers fermentor?
voor dierlijke cellen
membraan is doorlaatbaar voor nutriënten en geproduceerde moleculen, maar niet voor cellen
cellen zitten tussen de fibers
wat zijn de single use bioreactors?
…
fotoreactoren voor het kweken van algen
…
wat is een batch?
alle ingrediënten van het begin aanwezig
wat is continu-batch?
1 groeibeperkend S wordt continu toegevoegd
wat is fed-batch?
2 fasen: groeifase en productiefase?
wat zijn de voordelen van een continu cultuur?
maximale productiviteit
geen shut down (oneindig lang)
geen lag fase
continu DSP
kleinere en goedkopere fermentoren
wat zijn de nadelen van een continu cultuur?
risico op besmetting
rijpingsfase noodzakelijk
aanmaak van secundaire metabolieten
degeneratie van ongewenste mutaties
reglementering van de FDA
geen toepassing in de voeding of farma
wat is NGGP?
niet groei geassocieerde product vorming (in fed-batch)
(moleculen die gevormd worden na de groei zijn niet nodig voor de groei, zijn geen bouwstenen van nieuwe cellen)
hoe bepaald men het celaantal N?
uitplaten van verdunningsreeks
telkamer
Coulter teller (stroomonderbreking door passerende deeltjes)
wat zijn de voordelen van de Coulter teller?
zeer snelle meting
voor grote aantallen cellen
typisch voor dierlijke cellen
wat zijn de nadelen van de Coulter teller?
gemeten partikels kunnen dood of levend zijn
cellen in aggregaten (ophopingen)
hoe bepaald men direct de celmassa X?
CDW (celdrooggewicht) = droge stofbepaling
turbedimetrie
PCV
hoe bepaald men indirect de celmassa X?
meten van substraatverbruik
meten van metabolieten en CO2
meten van celcomponenten
meten van ATP met bioluminecentietechniek
hoe ATP meten met bioluminecentie?
luciferine + luciferase + ATP -> lucefirine-luceferase-AMP + PP
lucefirine-luceferase-AMP + O2 -> oxylucefirine + luciferase + AMP + licht
waarom biokatalysatoren immobiliseren?
enzymen = duur
denatureren en verliezen activiteit
recupereren te duur
hoe enzymen immobiliseren?
- binden op een drager
adsorptie
covalente bindingen
cross linking - vastzetten in een matrix
in polymeermatrix
in capsules
voordelen van het immobiliseren?
meerdere keren bruikbaar in batch-reacties
snel en eenvoudig af te zonderen na de reactie
continu bruikbaar in continu fermentaties
productiviteit katalyst stijgt
nadelen van het immobiliseren?
hogere kostprijs (maar niet vglbaar met recupereren van enzymen)
soms verlies activiteit en stabiliteit (soms verbetering)
hoe doet men mechanisch de celdisruptie?
kogelmolen
homogeniseerder
hoe doet men niet-mechanisch de celdisruptie?
fysisch: thermoshok, vriesdrogen
chemisch: solventen, detergenten
enzymatisch
welke vormen van vast-vloeistofscheiding zijn er?
filtreren
centrifugeren
wat is de sedimentatiecoëfficient?
verband tussen v, a en de deeltjeseigenschappen
welke soorten centrifuges zijn er?
buiscentrifuge
lamellencentrifuge
decanter
hoe kan men water uit een medium verwijderen?
verdampen
membraanprocessen
met hulpstof
welke membraanprocessen zijn er?
reverse osmosis (10-4 - 10-3 µm) (ionen tegenhouden)
nano filtration (-3 - -2) (kleine moleculen (suikers))
ultra filtration (-2 - -1) (grote moleculen (EW, virussen))
micro filtration (-1 - 1) (microdeeltjes (cellen))
hoe wordt de efficiëntie van een UF membraan bepaald?
retentie
0% retentie: volledig door
100% retentie: helemaal tegengehouden
flux/permeabiliteit = snelheid waarmee een stof door een membraan passeert
wat is backflux of backwash?
het omdraaien van de doorstroomrichting om de afgezette koek weg te spoelen
wat is een superkritische vloeistof?
een stof die zich bevind boven zijn kritische temperatuur en druk en waar geen onderscheid valt te maken tussen gas en vloeistof, het bezit over beide hun eigenschappen
