Lab Revision

Question 1

Άμεσοι τρόποι υπολογισμού βιομάζας

Answer 1

1. Απευθείας υπολογισμός του βάρους της μικροβιακής βιομάζας και έκφραση των αποτελεσμάτων σε μονάδες συγκέντρωσης g/L
2. Απευθείας μέτρηση του αριθμού των κυττάρων και έκφραση του αποτελέσματος ως κυτταρικός αριθμός ανά μονάδα όγκου cells/L

Question 2

Έμμεσοι τρόποι υπολογισμού βιομάζας

Answer 2

1. Μέτρηση οπτικής πυκνότητας
2. Μέτρηση του pH
3. Εξάντληση κάποιου θρεπτικού

Question 3

Αρχή λειτουργείας Φασματοφωτόμετρου

Answer 3

Βασίζεται στο γεγονός ότι το φως απορροφάται απο μη διαυγή υλικά, κατά αυξανόμενο βαθμό ανάλογα με την θολότητα των υλικών

Question 4

Μέρη Φασματοφωτόμετρου

Answer 4

1. Πηγή φωτός
2. Διαθλαστής της φωτεινής δέσμης
3. Ανιχνευτής

Question 5

Φάσεις κλειστού συστήματος

Answer 5

1.Φάση καθυστέρησης
2.Φάση εκθετικής ανάπτυξης (επιτάχυνση, επιβράδυνση)
3.Στάσιμη φάση
4.Φάση θανάτου

Question 6

Φάση καθυστέρησης

Answer 6

Όταν ο μικροοργανισμός εισέρχεται σε ένα νέο θρεπτικό μέσο, συνήθως δεν παρατηρείται άμεση έναρξη της ανάπτυξής του. Τα κύτταρα συνθέτουν καινούργια συστατικά και προσαρμόζουν τον ενζυμικό τους μηχανισμό

Question 7

Φάση εκθετικής ανάπτυξης

Answer 7

Στη φάση αυτή οι μικροοργανισμοί αναπτύσσονται με το μέγιστο δυνατό ρυθμό που τους επιτρέπει το γενετικό τους δυναμικό, το είδος του μέσου καλλιέργειας και οι συνθήκες επώασης. Ο ρυθμός ανάπτυξης είναι σταθερός καθ’ όλη τη διάρκεια της φάσης γιατί τα κύτταρα διαιρούνται ανά τακτά χρονικά διαστήματα

Question 8

Στάσιμη φάση

Answer 8

Η αύξηση της μικροβιακής βιομάζας κάποια στιγμή σταματά. Η φάση αυτή συνήθως αρχίζει όταν ο μικροβιακός πληθυσμός φτάσει στο επίπεδο των 10^9
κύτταρα/ml για τα βακτήρια και 10^6 κύτταρα/ml για τα φύκη και τους μύκητες. Οι μ/οί εισέρχονται σε αυτήν την φάση λόγω:
1.Κατανάλωσης υποστρώματος
2.Ανεπάρκεια οξυγόνου (αερόβιοι)
3.Συσσώρευση μεταβολιτών που δρουν με τοξικό τρόπο άμεσα ή έμμεσα

Question 9

Φάση θανάτου

Answer 9

Η πλήρης εξάντληση των θρεπτικών ή η μεγάλη συσσώρευση τοξικών ουσιών οδηγεί τελικά στο σταδιακό θάνατο των μικροβιακών κυττάρων.

Question 10

Ειδικός ρυθμός ανάπτυξης

Answer 10

Ο ειδικός ρυθμός ανάπτυξης εκφράζει την αύξηση μικροβιακής βιομάζας ανά μονάδα μικροβιακής βιομάζας
μ=(dx/dt)*(1/X) όπου Χ η βιομάζα
Ο ειδικός ρυθμός ανάπτυξης δεν παραμένει σταθερός καθ’ όλη τη διάρκεια της μικροβιακής ανάπτυξης αλλά μεταβάλλεται εξαρτώμενος από τις συνθήκες.
Φάση καθυστέρησης μ=0
Επιτάχυνση μ= +αυξανόμενος
Εκθετική Φάση μ=μmax
Επιβράδυνση μ=+μειούμενος
Στάσιμη φάση μ=0
Φάση θανάτου μ=-

Question 11

μmax

Answer 11

Κατά τη διάρκεια όμως της φάσης εκθετικής ανάπτυξης ο ειδικός ρυθμός ανάπτυξης παραμένει σταθερός και μάλιστα έχει τη μέγιστη δυνατή τιμή. Η συγκεκριμένη αυτή τιμή καλείται μέγιστος ειδικός ρυθμός ανάπτυξης
lnX=lnX0+μmax*t
μmax=εφω=(lnX-lnX0)/dt

Question 12

Μέθοδος προσδιορισμού των ολικών αιωρούμενων στερεών TSS

Answer 12

Άμεσος προσδιορισμός βιομάζας. Συγκεκριμένος όγκος της καλλιέργειας διηθείται υπό κενό μέσω προζυγισμένου φίλτρου ώστε η βιομάζα να μείνει πάνω στο φίλτρο. Το φίλτρο ξηραίνεται στους 105 Βαθμούς έως να σταθεροποιηθεί το βάρος του.
Ολικά αιωρούμενα στερεά (mg/L)=[1000*(α-β)]/όγκο δείγματος (L)
όπου α το βάρος του φίλτρου με το υπόλειμμα μετά (mg) και β το βάρος του φίλτρου (mg)

Question 13

Ετερότροφοι οργανισμοί

Answer 13

Ετερότροφοι ονομάζονται οι μικροοργανισμοί που χρειάζονται κάποια οργανική πηγή άνθρακα για την σύνθεση των κυτταρικών τους δομών, όπως είναι π.χ. τα σάκχαρα, ενώ επίσης χρησιμοποιούν οργανικά μόρια ως πηγές ενέργειας.
Περιοριστικό υπόστρωμα: συνήθως οργανική πηγή άνθρακα

Question 14

Αυτότροφοι οργανισμοί

Answer 14

Αυτότροφοι ονομάζονται οι μικροοργανισμοί που έχουν την ικανότητα να αφομοιώσουν το διοξείδιο του άνθρακα της ατμόσφαιρας, που είναι μια ανόργανη πηγή άνθρακα, ανάγοντας το σε γλυκόζη μέσω της διαδικασίας της φωτοσύνθεσης. Χρησιμοποιούν δηλαδή ως πηγή ενέργειας την ηλιακή ακτινοβολία.
Περιοριστικό υπόστρωμα: Ανόργανη ή οργανική πηγή αζώτου

Question 15

Περιοριστικό υπόστρωμα

Answer 15

Η χημική ουσία η οποία είναι κυρίαρχη για την στήριξη της μικροβιακής ανάπτυξης και χωρίς αυτήν η παιρεταίρω αύξηση της μικροβιακής βιομάζας σταματά.

Question 16

Απόδοση

Answer 16

Y(X/S)=(Xf-X0)/(S0-Sf)

Question 17

Συγκέντρωση περιοριστικού υποστρώματος

Answer 17

Si=S0-(1/Y)(Xi-X0)

Question 18

Μέγιστος ρυθμός κατανάλωσης (εκθετική φάση)

Answer 18

q(s)=(ΔS/Δt)max*(1/Χ)

Question 19

Ποιά είναι η κύρια βιομηχανική χρήση της ζύμωσης στερεάς κατάστησης; Οι μύκητες που αναπτύχθηκαν στο εργαστήριο τι παράγουν και που χρησιμοποιούνται;

Answer 19

Ευρέως διαδεδομένη βιομηχανικά για την παραγωγή ενζύμων.
Aspergillus awamori -> αμυλολυτικά ένζυμα
Aspergillus oryzae -> πρωτεολυτικά ένζυμα
Τα ένζυμα που παράγονται μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την υδρόλυση πρωτεϊνών και αμύλου σε διάφορα τρόφιμα

Question 20

Ζύμωση στερεής κατάστασης του μύκητα Aspergillus oryzae

Answer 20

Το βέλτιστο ποσοστό υγρασίας του υποστρώματος για την ανάπτυξη του μύκητα είναι ~65% w/w.

Question 21

Ζύμωση στερεής κατάστασης του μύκητα Aspergillus awamori

Answer 21

Η χρήση του μύκητα Aspergillus awamori γίνεται για παραγωγή κυρίως αμυλολυτικών ενζύμων (α-αμυλάσες, β-αμυλάσες, γλυκοαμυλάσες) και λιγότερο πρωτεασών. Γι’αυτό το λόγο είναι καταλληλότερος για την υδρόλυση του αμυλικού περιεχομένου των τροφίμων.

Question 22

Τι είναι η βακτηριακή κυτταρίνη

Answer 22

Η κυτταρίνη είναι το πιο άφθονο βιοπολυμερές στη γη. Αποτελεί το κύριο συστατικό της φυτικής βιομάζας και μπορεί να παραχθεί μέσω μικροβιακής ζύμωσης ως εξωκυτταρικό πολυμερές (βακτηριακή κυτταρίνη). Η BC είναι ένα γραμμικό πολυμερές που αποτελείται από μόρια D-γλυκόζης συνδεδεμένα με β(1→4) γλυκοζιτικούς δεσμούς

Question 23

Εφαρμογές βακτηριακής κυτταρίνης

Answer 23

1.πρώτη ύλη για την παραγωγή του nata-de-coco, ένα γηγενές επιδόρπιο που παράγεται στις Φιλιππίνες.
2.Λόγω της υφής και περιεκτικότητάς της σε ίνες, έχει χρησιμοποιηθεί ως πρόσθετο πλούσιο σε διαιτητικές ίνες σε πολλά προϊόντα τροφίμων
3.Ως φίλτρο μεμβράνης σε ηχεία και ακουστικά
4. Ως επίδεσμος σε περιπτώσεις σοβαρών τραυμάτων και εγκαυμάτων τρίτου βαθμού

Question 24

Σχέση και σύγκριση βακτηριακής κυτταρίνης και φυτικής

Answer 24

Ο μοριακός τύπος της BC και της PC είναι ο ίδιος (C6H10O5)n αλλά αυτά τα δύο είδη κυτταρίνης διαφέρουν ως προς τις φυσικές και χημικές τους ιδιότητες.
1. Η βακτηριακή προτιμάται έναντι της φυτικής, λόγω του υψηλότερου βαθμού πολυμερισμού και δείκτη κρυσταλλικότητας, της υψηλότερης αντοχής σε δυνάμεις εφελκυσμού και της μεγαλύτερης ικανότητα συγκράτησης νερού.
2. Ένα από τα πιο σημαντικά χαρακτηριστικά της BC είναι η χημική καθαρότητα της που την διακρίνει από την φυτική, η οποία συνδέεται με ημικυτταρίνες και λιγνίνη, η απομάκρυνση των οποίων είναι δύσκολη.
3. Τα ινίδια βακτηριακής κυτταρίνης είναι περίπου 100 φορές λεπτότερα από εκείνα της PC καθιστώντας το ένα εξαιρετικά πορώδες υλικό, το οποίο επιτρέπει τη μεταφορά αντιβιοτικών ή άλλων φαρμάκων εντός του τραύματος ενώ ταυτόχρονα χρησιμεύει ως φυσικό εμπόδιο σε εξωτερικές μολύνσεις.

Question 25

Μ/οί για την παραγωγή βακτηριακής κυτταρίνης

Answer 25

Τα πιο αποδοτικά μικροβιακά στελέχη για την παραγωγή της μικροβιακής κυτταρίνης είναι βακτήρια που παράγουν οξικό οξύ, όπως το βακτήριο Acetobacter xylinum

Question 26

Προϋποθέσεις για ακινητοποίηση κυττάρων (βιομηχανική κλίμακα)

Answer 26

a) Οι φορείς να βρίσκονται σε αφθονία και να έχουν μικρό κόστος
b) Να παρέχουν υψηλή λειτουργική σταθερότητα
c) Να υπάρξει δυνατότητα συντήρησης τους, τις περιόδους που δεν υπάρχει παραγωγή
d) Να είναι κατάλληλοι για παραγωγή τροφίμων
e) Να υπάρξει σχεδιασμός νέων τύπων αντιδραστήρων, ώστε για παράδειγμα να είναι εύκολος ο χειρισμός (γέμισμα-άδειασμα), ή ώστε να αποφεύγονται οι υψηλές πιέσεις στον πυθμένα του αντιδραστήρα
f) Να έχει προβλεφθεί τρόπος αποστείρωσης του φορέα, σε περίπτωση επιμολύνσεων κατά τη διάρκεια της παραγωγής

Question 27

Συνθήκες Βιοαντιδραστήρα

Answer 27

Ροή, θερμοκρασία, πίεση, pH. Οι συνθήκες αυτές εξαρτώνται από το προϊόν που θέλουμε να παράξουμε και τα χαρακτηριστικά που θέλουμε να έχει

Question 28

Ροή (mL/d)

Answer 28

Ρυθμίζεται από την αντλία. Επιλέγεται τέτοια ώστε το προϊόν να είναι πλήρως ζυμωμένο.

Question 29

Σάκχαρο αρχικό-τελικό (g/L)

Answer 29

Μπορεί να μετρηθεί με μπωμόμετρο (1o Be ~ 17g
σακχάρου). Κανονικά μετριέται με HPLC.

Question 30

Συγκέντρωση αιθανόλης (%v/v)

Answer 30

Κανονικά μετριέται με HPLC ή GC. Επειδή όμως
υπάρχει αντιστοιχία με τους βαθμούς oBe (π.χ. αν ζυμωθούν 12 oBe = 12%v/v αιθανόλη, αν μείνουν αζύμωτα 1.7 oBe από αρχικό 12oBe έχουμε 12-1.7 = 10.3 %v/v αιθανόλη) μπορεί έμμεσα να υπολογιστεί.

Question 31

Παραγωγικότητα αιθανόλης (g/L/d)

Answer 31

Ρυθμός διάχυσης*Συγκέντρωση αιθανόλης (g/L)
Συγκέντρωση αιθανόλης -> από τύπο πυκνότητας και *1000

Question 32

Ρυθμός διάχυσης (1/d)

Answer 32

Υπολογίζεται διαιρώντας τη ροή με τον υγρό όγκο του
αντιδραστήρα.

Question 33

Συντελεστής απόδοσης παραγωγής αιθανόλης

Answer 33

Υπολογίζεται ως ο λόγος των g
παραγόμενης αιθανόλης / g καταναλισκόμενου σακχάρου κατά τη ζύμωση.

Question 34

% Μετατροπή

Answer 34

Υπολογίζεται από τη σχέση:
(αρχικό σάκχαρο – τελικό σάκχαρο) x 100 / αρχικό σάκχαρο

Question 35

Τι είναι χημειοστάτης, ποια η βασική παράμετρος;

Answer 35

Ο χημειοστάτης είναι στην ουσία ένας ανοικτός
βιοαντιδραστήρας υπό την έννοια ότι σε αυτόν πραγματοποιείται συνεχώς εισροή θρεπτικού μέσου και ταυτόχρονη εκροή μείγματος καλλιέργειας με τον ίδιο ρυθμό.
Βασική λειτουργική παράμετρος των χημειοστατών είναι ο υδραυλικός χρόνος παραμονής (Hydraulic Retention Time, HRT) του θρεπτικού μέσου, ο οποίος εκφράζει το χρονικό διάστημα που χρειάζεται για να υπάρξει πλήρης αντικατάσταση του όγκου της καλλιέργειας που βρίσκεται μέσα στον βιοαντιδραστήρα από φρέσκο θρεπτικό μέσο

Question 36

Ποιές είναι οι τεχνικές ακινητοποίσης (ονομαστικά)

Answer 36

1. Προσκόλληση ή προσρόφηση σε επιφάνεια
2. Ακινητοποίηση με εγκλωβισμό
3. Δημιουργία συσσωματωμάτων
4. Μηχανική συγκράτηση

Question 37

Σε ποιά τεχνική ακινητοποίησης ανήκει η ακινητοποίηση με αλγινικά; Ποιός είναι ο μηχανισμός χάρη στον οποίο επιτυγχάνεται η ακινητοποίηση μ/ών σε αλγινικά;

Answer 37

Ανήκει στην Μηχανική συγκράτηση, δηλαδή υπάρχει περιορισμός των κυττάρων σε συγκεκριμένο χώρο. Τα άλατα του πολυσακχαρίτη (αλγινικό οξύ) ανάλογα με το συνδεδεμένο κατιόν, μπορεί να είναι είτε διαλυτά είτε αδιάλυτα στο νερό. Χάρη σε αυτήν την ιδιότητα τα αλγινικά, όταν προσδεθούν με πολυσθενή κατιόντα ζελατινοποιούνται. Η πηκτή που σχηματίζεται είναι σταθερή σε Τ 0-100 βαθμούς και θεωρείται σταθερό υπόστρωμα για την πραγματοποίηση ζυμώσεων.

Question 38

Πλεονεκτήματα της χρήσης ακινητοποιημένων αντί ελεύθερων κυττάρων

Answer 38

1. Υψηλότερη συγκέντρωση κυττάρων εντός του βιοαντιδραστήρα που σημαίνει υψηλότερες ταχύτητες ζύμωσης-παραγωγής προϊόντων, υψηλότερες αποδόσεις, μικρότερους βιοαντιδραστήρες και κόστος
2. Μικρότερη πιθανότητα επιμόλυνσης, λόγω υψηλής συγκέντρωσης κυττάρων
3. Είναι πιο προστατευμένα από τα ελεύθερα, λόγω της προστασίας του εκάστοτε φορέα
4. Προστατεύουν τους μ/ούς κατά τη διοδό τους στο γαστρεντερικό σύστημα
5. Ευνοούν την ανάπτυξη προϊόντων με ξεχωριστά χαρακτηριστικά, λόγω της αντοχής των μ/ών σε ακραίες συνθήκες
6. Ο βιοκαταλύτης μπορεί να επαναχρησιμοποιηθεί, άρα μείωση του κόστους παραγωγής
7. Το προϊόν είναι απαλλαγμένο από ελεύθερα κύτταρα
8. Είναι δυνατή η μείωση του χρόνου ωρίμανσης των κυττάρων, άρα και του κόστους.
9. Σε συνεχείς διεργασίες επιτυγχάνονται υψηλές παραγωγικότητες (χρήση υψηλών ροών)

Question 39

Προσκόλληση ή προσρόφηση σε επιφάνεια

Answer 39

Η ακινητοποίηση των μ/ών πραγματοποιείται συνήθως με ανάμιξη των κυττάρων με το φορέα ακινητοποίησης

Question 40

Ακινητοποίηση με εγκλωβισμό

Answer 40

Τα κύτταρα είναι ελεύθερα αλλά ταυτόχρονα περιορισμένα εντός μιας πηκτής ή διαφραγμάτων και δεν μπορούν να εξέλθουν. Τα θρεπτικά και το προϊόν μπορούν να διαπεράσουν την πηκτή

Question 41

Δημιουργία συσσωματωμάτων

Answer 41

Δεν απαιτεί τη χρήση φορέα ακινητοποίησης. Οφείλεται στην ικανότητα των κυττάρων να προσκολλούνται, σχηματίζοντας μεγάλους όγκους.

Question 42

Μηχανική συγκράτηση

Answer 42

Περιορισμός των κυττάρων σε συγκεκριμένους χώρους. Χρησιμοποιούνται διαφράγματα-φίλτρα που διαθέτουν μικροπόρους