Revision Lecture Flashcards
Τα προϊόντα της ζύμωσης ενέχονται με:
- Τεχνολογία τροφίμων
- Βιομηχανία τροφίμων
- Χημική βιομηχανία
- Επεξεργασία γεωργικών και βιομηχανικών αποβλήτων και παραπροϊόντων
Luis Pasteur
Πατέρας μικροβιολογίας. Απέδειξε ότι η ζύμωση γίνεται απο την δράση ενός καθορισμένου μ/ού και τα προϊόντα είναι διαφορετικά ανάλογα με τον μ/ό
Alexander Fleming
Ανακάλυψε το 1924 την πενικιλίνη
Jacob and Monod
Αποκωδικοποίησαν τους μηχανισμούς βιοσύνθεσης των πρωτεϊνών στα βακτηριακά κύτταρα
Watson and Crick
Περιέγραψαν το 1950 με σαφήνεια το μόριο του DNA
Γαλάζια βιοτεχνολογία
Θαλάσσιες και υδρόβιες εφαρμογές της βιοτεχνολογίας (διαγωνιδιακά ψάρια, βιοκαύσιμα απο φύκη κτλ)
Πράσινη βιοτεχνολογία
Γεωργικές εφαρμογές (διαγωνιδιακά φυτά, βιοκαύσιμα, βιοαποικοδόμηση κτλ)
Κόκκινη βιοτεχνολογία
Ιατρικές εφαρμογές (Φάρμακα, εμβόλια, διαγνωστικά κτλ)
Λευκή βιοτεχνολογία
Βιομηχανικές εφαρμογές (βιομηχανικές ζυμώσεις)
Ειδικός ρυθμός ανάπτυξης
μ=(dx/dt)*(1/X)
Ειδικός ρυθμός ανάπτυξης στην φάση καθυστέρησης
είναι 0
Ειδικός ρυθμός ανάπτυξης στην φάση επιβραδυνόμενης αύξησης
μειούμενος αλλά θετικός
Ειδικός ρυθμός ανάπτυξης στην στάσιμη φάση
είναι 0
Ειδικός ρυθμός ανάπτυξης στην φάση αυτόλυσης
είναι αρνητικός
Ειδικός ρυθμός ανάπτυξης στην φάση εκθετικής ανάπτυξης
σταθερός και με μέγιστη δυνατή τιμή, μmax
Περιοριστικό υπόστρωμα ορισμός
Χημική ουσία στο θρεπτικό μέσο η οποία είναι η κυρίαρχη για την στήριξη της μικροβιακής ανάπτυξης και χωρίς την οποία η περαιτέρω αύξηση της βιομάζας σταματά
Περιοριστικό υπόστρωμα αυτότροφων
Ν
Περιοριστικό υπόστρωμα ετερότροφων
C
Πρωτογενή μεταβολικά προϊόντα
Παράγονται ταυτόχρονα με την μικροβιακή ανάπτυξη. Παράγονται συνήθως κατά την εκθετική φάση
Δευτερογενή μεταβολικά προϊόντα
Παράγονται δευτερογενώς. Μετά την μικροβιακή ανάπτυξη ή και λίγο πρίν τελειώσει. Παράγονται συνήθως κατά την στάσιμη φάση
Είδη βιομηχανικής ζύμωσης
- Υγρής φάσης
- Στερεής φάσης
- Μικτή
- Ασυνεχής (batch)
- Συνεχής (continuous)
- Ασυνεχής με τροφοδοσία (fed-batch)
- Δύο ή περισσότερων σταδίων (bi-staged)
Ασυνεχής ζύμωση
Μετά τον εμβολιασμό το σύστημα είναι κλειστό και η καλλιέργεια έχει τις φάσεις (προσαρμογή, εκθετική, στάσιμη κτλ)
Συνεχής ζύμωση
Μετά τον εμβολιασμό και την φάση προσαρμογής, τα κύτταρα αναπτύσσονται για λίγο εως ένα επιθυμητό σημείο στη συνέχεια αφαιρείται βιομάζα και υπόστρωμα ενώ προστίθεται νέο υπόστρωμα
Ημισυνεχής
Ξεκινάει όπως η ασυνεχής ζύμωση αλλά λίγο πριν τελειώσουν τα θρεπτικά συστατικά προστίθεται νέο θρεπτικό υπόστρωμα
Ζύμωση δύο σταδίων
Χωρίζεται σε ένα στάδιο για την άριστη ανάπτυξη της βιομάζας, και ένα στάδιο για την άριστη παραγωγή προϊόντος. Αυτό επιτυγχάνεται με αλλαγή κάποιας συνθήκης ζύμωσης στην δεύτερη φάση
Πλεονεκτήματα Ασυνεχούς ζυμώσης
- Κάθε παρτίδα διατηρεί ξεχωριστή ταυτότητα
- Το σύστημα αποστειρώνεται καλά
- Η τεχνολογία που απαιτείται είναι απλή
- Η παραγωγή μπορεί να προσαρμοστεί
- Εύκολη μετάβαση σε μεγαλύτερη κλίμακα παραγωγής
Μειονεκτήματα ασυνεχούς ζύμωσης
- Χάνεται πολύς χρόνος σε κάθε κύκλο λειτουργίας
- Είναι απαραίτητος και δεύτερος αντιδραστήρας για την προκαλλιέργειας
- Οι παραγωγικότητες είναι συνήθως μικρές
Πλεονεκτήματα Συνεχούς
- Υψηλότερες παραγωγικότητες
- Οι συνθήκες ζύμωσης μπορούν να βελτιστοποιηθούν και να μείνουν σταθερές κατά τη διάρκεια της ζύμωσης
- Λιγότερα εργατικά κόστη
- Μικρότερα κόστη γενικώς
- Ο έλεγχος της ζύμωσης είναι απλός
Μειονεκτήματα Συνεχούς ζύμωσης
- Υπάρχει εύρος σχετικά με την ηλικία των κυττάρων
- Υπάρχει κίνδυνος απομάκρυνσης κυττάρων (wash out)
- Για να υπάρξει οικονομικό όφελος είναι απαραίτητο να λειτουργεί για αρκετούς μήνες
Τύποι βιοαντιδραστήρων
- Βιοαντιδραστήρες αναδευόμενης δεξαμενής STR
- Με εξωτερική ανακύκλωση αέρα και υποστρώματος air-lift reactor
- Μεμβρανών διαχωρισμού βιομάζας-προϊόντος ή ενζύμου-προϊόντος
- Ρευστοστερεάς κλίνης
- Φωτοαντιδραστήρας
- Στερεάς ζύμωσης
Εξοπλισμός STR
- Σύστημα ανάδευσης
- Σύστημα αερισμού και ρύθμισης διαλυτού οξυγόνου
- Σύστημα εισόδου και εξόδου υποστρώματος, προϊόντος, οξέων κτλ
- Σύστημα εισόδου και εξόδου αερίων
- Σύστημα ρύθμισης pH, θερμοκρασίας, οξυγόνου
- Σύστημα αντιαφρισμού
- Σύστημα online παρακολούθησης-ελέγχου παραμέτρων
Βιοαντιδραστήρας εξωτερικής/εσωτερικής ανακύκλωσης αέρα και υποστρώματος
- Γίνεται ήπια ανάδευση με κυκλοφορία αέρα
- Υπάρχει έντονος αερισμός του υποστρώματος (αερόβιες ζυμώσεις)
- Είναι κατάλληλος για ζυμώσεις που δεν απαιτούν έντονη ανάδευση
- Χαμηλότερη κατανάλωση ενέργειας σε σχέση με τον STR
- Προτιμάται σε ζυμώσεις μυκητών που είναι ευαίσθητοι στην μηχανική καταπόνηση
Βιοαντιδραστήρας ρευστοστερεάς κλίνης
- Διαθέτει σύστημα αερισμού/ανάδευσης
- Μπορεί να διαθέτει σύστημα ήπιας μηχανικής ανάδευσης
- Περιέχει πορώδη σωματίδια για τον εγκλωβισμό ενζύμων/κυττάρων που δρουν ως βιοκαταλύτες
- Κατάλληλος για υγρά υποστρώματα με υψηλό ιξώδες
- Κατάλληλος για εφαρμογές βιοκατάλυσης
- Μεγάλος χρόνος παραμονής ενζύμου/κυττάρου στο υπόστρωμα
Βιοαντιδραστήρας μεμβρανών και βιοαντιδραστήρας πακεταρισμένου στρώματος
- Ο βιοαντιδραστήρας μεμβρανών χρησιμοποιεί μεμβράνες για διαχωρισμό βιομάζας/προϊόντος
- Ο βιοαντιδραστήρας πακεταρισμένου στρώματος έχει τα κύτταρα ή τα ένζυμα πακεταρισμενα σε ειδικό πορώδες υλικό και μέσα απο αυτό περνάει το υπόστρωμα
- Πλεονέκτημα: χαμηλή κατανάλωση ενέργειας και άμεσος διαχωρισμός προϊόντων
- Μειονέκτημα: Οι μεμβράνες ή το πακεταρισμένο στρώμα μπορεί να φράξει ή να σπάσει λόγω των υψηλών πιέσεων
Γλυκόλυση
C6H12O6 –> 2CH2CH2(OH) + 2CO2 + ATP
