7. Scharakteryzuj materiały pomocnicze stosowane w biotechnologii.

• Detergenty - emulgują nierozpuszczalne w wodzie składniki odżywcze w pożywce

• Odpieniacze - naturalne (olej słonecznikowy), syntetyczne (silikony)

• Substancje stałe (śruta rzepakowa jako podłoże do rozwoju grzybów mikroskopowych)

• Antyseptyki i antybiotyki (w przemyśle spirytusowym w celu wyeliminowania zakłócenia w produkcji i spadek wydajności alkoholu)

• Substancje buforujące - zmieniają pH (białka, peptydy, aminokwasy)

• Substancje chelatujące - zawierają grupy kompleksujące - ligandy, które związane odwracalnie z jonami tworzą kompleksy rozpuszczalne

8. Bioreaktory - budowa, klasyfikacja.

Bioreaktory (fermentatory) to urządzenia stosowane do hodowli drobnoustrojów, komórek roślinnych i zwierzęcych. Mogą być przemysłowe, laboratoryjne.

Procesy zachodzące w bioreaktorach - przemiany:

wzrost drobnoustrojów

wytwarzanie pożądanych produktów metabolizmu

enzymatyczne wytwarzanie surowców

wzrost komórek roślinnych i zwierzęcych

Istotna rolę odgrywają przemiany fizyczne związane z mieszaniem, wymianą masy i ciepła. Szybkość i wydajność procesów zależy od uwarunkowań biochemicznych, fizjologicznych, termodynamicznych i kinetycznych związanych z zachodzącymi procesami biochemicznymi jak i fizycznymi procesami transportu.

Są to urządzenia skonstruowane w sposób umożliwiający kontrolę procesu produkcyjnego jego optymalny przebieg (pomiar i regulację paramentów) w warunkach maksymalnego ograniczenia lub całkowitego wyeliminowania możliwości zanieczyszczeń.

Do pracy w warunkach laboratoryjnych stosuje się bioreaktory od kilku do kilkunastu litrów. Są one wykonane ze szkła i mogą być sterylizowane w autoklawach.

W praktyce przemysłowej stosuje się bioreaktory wykonane ze stali kwasoodpornej o pojemności od kilku dziesięciu litrów do kilkuset m³. Bioreaktory o pojemności do 2 tys. m³ są do oczyszczania ścieków.

Klasyfikacja bioreaktorów

Z uwagi na sposób prowadzenia procesu bioreaktory można podzieli na trzy grupy:

• bioreaktory do hodowli wgłębnej

• bioreaktory do hodowli w podłożu stałym

• bioreaktory z unieruchomionych materiałem biologicznym

9. Omów podział technik hodowli drobnoustrojów ze względu na stan fizyczny pożywki.

Klasyfikacja technik hodowli drobnoustrojów ze względu na stan fizyczny pożywki

Hodowle w podłożach ciekłych

Hodowle w podłożach stałych

Zawiesina mikroorganizmów w ciekłej pożywce (hodowle wgłębne)

Wzrost grzybów w postaci „kożucha” na powierzchni ciekłej pożywki (hodowle powierzchniowe)

Hodowle z unieruchomionym materiałem biologicznym na powierzchni nośnika lub zamknięcie w jego wnętrzu

Stosowane do hodowli grzybów strzępkowych w ziarnie zbóż, otrębach pszennych, odpadach celulozowych

10. Hodowla ciągła - warunki, zastosowanie.

Prowadzona jest w reaktorze przepływowym zasilanym pożywką. Z aparatu w sposób ciągły odprowadzany jest płyn pofermentacyjny z biomasą.

Stężenie biomasy i substratu w strumieniu odpływającym bioreaktora są takie same jak w jego objętości. Natężenie odbioru płynu ze zbiornika jest równe natężeniu dopływu pożywki.

Hodowle ciągłe stosowane są w procesach, w których konieczna jest kontrola stężenia substratu. W hodowli ciągłej preferowane są komórki szybko rosnące. Proces ten jest odpowiedni do otrzymywania biomasy oraz metabolitów pierwotnych.

Trudności w hodowli ciągłej:

niehomogeniczność zawiesiny w bioreaktorze

utrzymanie jałowości

utrzymanie stabilności hodowli

13. Zalety i wady ekstrakcji nadkrytycznej.

• możliwość regulowania rozpuszczalności poszczególnych składników w zależności od temperatury i ciśnienia procesu

• prowadzenie procesu w niskiej temperaturze

• stosowanie nietoksycznych rozpuszczalników

• całkowite rozdzielenie rozpuszczalnika z ekstraktu

• frakcjonowanie wyekstrahowanych substancji w trakcie ich wydzielania (duża selektywność procesu

• proces ekstrakcji przebiega bez dostępu powietrza, co chroni substancje przed utlenianiem

• możliwość recyrkulacji rozpuszczalnika, co obniża koszty

• konieczność stosowania drogiej wysokociśnieniowej aparatury

• ponoszenie znacznych nakładów energii na sprężanie rozpuszczalnika

14. Opisz liofilizację kultur drobnoustrojów (warunki, zastosowanie).

Polega na suszeniu próżniowym zamrożonej kultury w temperaturze -73°C (mieszanina suchego lodu z etanolem) zawieszonej w odpowiedniej pożywce ochronnej. W warunkach głębokiej próżni następuje sublimacja wody (ok. 99% suchej masy). Obecność niewielkiej ilości wody zabezpiecza białka przed degradacją.

Metoda wymaga specjalnego urządzenia z pompa próżniowa obniżającą ciśnienie do rzędu 0,1-00,1 Pa oraz elementu umożliwiającego zamknięcie buteleczek z liofilizowanym materiałem pod próżnią.

Metoda ma też liczne niedogodności, do których należą:

• duży efekt letalny

• możliwość powstawania mutacji

• stosowanie specjalnej, kosztownej aparatury

Zagadnienia na zaliczenie z przedmiotu „Biotechnologia”

Zagadnienia na zaliczenie z przedmiotu „Biotechnologia”