Transcript 4_Upstream_2A

Biotechnológia
Upstream / downstream
folyamatok
Upstream = előállítás
• Anyagcsere
•
•
•
•
•
C+N+O+energia
biomassza+CO2+H2O
Anabolizmus, Katabolizmus
Autotróf, Heterotróf
Litotróf, Organotróf
Fototróf, Kemotróf
Általános feltételek
• Hőmérséklet
– Határ: folyékony,
szabad víz
– ±15 ºC
• pH
– ±2, változik
Általános feltételek
• Prokarióták
– C forrás – Monod
• µ = µmax x S / (ks + S)
– N forrás
• szervetlen, szerves
– Oxigén forrás
• Aerob – O2
– Szuperoxid, H2O2,
– Rossz oldékonyság
• Anaerob – NO3-, SO42-
Általános feltételek
• ATP - energia
• Aerob – 36-38 ATP/glükóz
• Anaerob – 1-3 ATP/glükóz
• Speciális vegyületek
Általános feltételek
• ATP - energia
• Aerob – 36-38 ATP/glükóz
• Anaerob – 1-3 ATP/glükóz
• Speciális vegyületek
Általános feltételek
• ATP - energia
• Speciális vegyületek
• Lipidek
• Vitaminok
Ipari komplex tápok
• Melasz
• 50% cukor
• Kevés szabad víz
• Ásványi anyagok
• Tejsavó, tejszűrlet
Ipari komplex tápok
• Tejsavó, tejszűrlet
•
•
•
•
Laktóz
Lipidek, Vitaminok
Ömlesztett “sajt”
Brunost sajt
– Tej, tejföl, savó főzve
– Karamellizált cukor
Ipari komplex tápok
• Kukorica szirup
•
•
•
•
•
Keményítő kinyerés
α-amiláz, glükoamiláz, xilóz amiláz
Glutén, olaj
N és C forrás
Ásványi anyagok
Ipari komplex tápok
• Manióka
•
•
•
•
•
Keményítőben gazdag
Cianidot tartalmaz
Olcsó, szubtrópus, trópus
Igénytelen
Afrikában fő táplálék (40%)
Ipari komplex tápok
• Lignocellulóz
• 1,4 – glükozid kötéssel
polimer
• lignin
Eukariota tápok
• Vízminőség
• Kismolekulák
•
•
•
•
C forrás – 6C cukrok
N forrás – Gln, Glu, Asn, Asp
Vitaminok
Lipidek
• Fetal Bovine Serum
•
•
•
•
Drága
Ismeretlen összetétel
Downstream folyamatot zavarja
Működik
Eukariota tápok - 2
• Hormonok, növekedési faktorok
• Transzport fehérjék
– Kötő fehérjék
• Szervetlen komponensek
– pH=7.3-7.5
– HEPES + fenolvörös
• Fejlesztés
– Szérum mentes tápok
Sterilezés
• Dezinfekció, Aszepsis, Sterilezés
• Folyadék vagy gáz
– Folyadék
• Szűrés: 2D vagy 3D / ülepítés
• Inaktiválás
• Sugárzás
Sterilezés
• Folyadék
– Szűrés: 2D vagy 3D /
ülepítés
– Inaktiválás
– Sugárzás
Sterilezés
• Folyadék
– Szűrés
– Inaktiválás
– Sugárzás
Sterilezés
• Folyadék
– Szűrés
– Inaktiválás (NaOCl, perecetsav)
– Elektromágneses, radioaktív
sugárzás
Sterilezés
• Gáz
• Szűrés
• Igény: 0,5-1,5 térf. levegő/perc
• Kritikus sebesség = minimális
hatásfok
Oxigén adagolás
• Anyagtranszport limitál
• O2 oldékonysága vízben
rossz (7 ppm, 35°C)
• Ezzel mindig baj van
Oxigén adagolás
• Anyagtranszport limitál
• O2 oldékonysága vízben
rossz (7 ppm, 35°C)
• Ezzel mindig baj van
Aerob - Anaerob fermentáció
Anaerob fermentáció
• Gázok
– H2, CH4
• Folyadékok
– EtOH, tejsav, oldószerek
Anaerob fermentáció
• Szilárd termék
– Sajt, savanyú káposzta,
kovászos uborka
– Komposztálás vs. silózás
Downstream
•
•
•
•
•
Biomassza kinyerés
Sejt feltárás
Extrakció
Makromolekulák elválasztása
Kiszerelés
Kinyerés: centrifuga
• Átfolyó henger
•
•
•
•
Folyamatos üzem
Rövid tartózkodás
Kis helyigény
Zárt rendszer
Kinyerés: centrifuga
• Osztott cellás
•
•
•
•
Folyamatos üzem
Rövid tartózkodás
Kis helyigény
Zárt rendszer
Kinyerés : centrifuga
• Szeparátor, dekantáló
•
•
•
•
Folyamatos üzem
Rövid tartózkodás
Kis helyigény
Zárt rendszer
Kinyerés : szűrés
• Termék kinyerés
– Szűrés
• Sokféle
• Tangenciális
• Változtatható paraméterek
Kinyerés : szűrés
• Termék kinyerés
– Szűrés
• Sokféle
• Tangenciális
• Változtatható paraméterek
Hollow fiber
Hemodialízis
Downstream
• Sejt feltárás
– Mechanikus
• French press
– Nagy nyomás
– Súrlódási hő
• Ultrahang
• Vágókés (turmix)
• Golyós homogenizálók
Downstream
• Sejt feltárás
– Vegyszeres
•
•
•
•
•
Szerves oldószer (toluol, etanol, aceton)
Detergens
Guanidin HCl
Lúg, sav
Enzim: lizozim (Gram + peptidoglükán)
Downstream
• Kis molekulák
– Extrakció
– Micella, reverz micella
– Kristályosítás
Downstream
• Makromolekulák
– Fehérje extrakció
– Micella, reverz micella
• egyedi optimalizálás
• lipáz
Downstream
• Szuperkritikus állapot
•
•
•
•
•
•
Bármilyen anyag egy kritikus nyomás és hőmérséklet felett
Szilárd anyagban diffundál, mint gázok
Anyagokat old, mint folyadékok (pl. szerves oldószerek)
Nincs felületi feszültség és folyadék-gáz határfelület
Szuperkritikusok egymással korlátlanul elegyednek
A kritikus nyomás körül a sűrűsége megnő, anyagok
oldékonysága a nyomással arányos
Downstream
• Szuperkritikus állapot
– CO2 : Tc = 31.1 °C, Pc = 73.8 bar
Downstream
• Szuperkritikus extrakció
– Előny
• Jó oldékonyság
• Oldószer melegítésre maradéktalanul elválasztható
• Gyors
– Hátrány
• Drága
• Új technológia
Downstream
• Szuperkritikus extrakció
– HPLC + GC: elválasztás
– Hidrofób fehérjék kinyerése
– Koffeinmentes kávé
– Nikotinmentes cigaretta
– Lupulin kinyerés komlóból
– Gyorstisztítás
– Oldószer eltávolítás