Upstream / downstream folyamatok Biotechnológia

(1)

Biotechnológia

Upstream / downstream

folyamatok

(2)

Upstream = előállítás

• Anyagcsere

• C+N+O+energia biomassza+CO2+H₂O

• Anabolizmus, Katabolizmus

• Autotróf, Heterotróf

• Litotróf, Organotróf

• Fototróf, Kemotróf

(3)

Általános feltételek

• Hőmérséklet

– Határ: folyékony, szabad víz

– ±15 ºC

• pH

– ±2, változik

(4)

Általános feltételek

• Prokarióták

– C forrás – Monod

• µ = µ_max x S / (k_s + S)

– N forrás

• szervetlen, szerves

– Oxigén forrás

• Aerob – O₂

– Szuperoxid, H2O2, – Rossz oldékonyság

• Anaerob – NO3-, SO_42-

(5)

Általános feltételek

• ATP - energia

• Aerob – 36-38 ATP/glükóz

• Anaerob – 1-3 ATP/glükóz

• Speciális vegyületek

(6)

Általános feltételek

• ATP - energia

• Aerob – 36-38 ATP/glükóz

• Anaerob – 1-3 ATP/glükóz

• Speciális vegyületek

(7)

Általános feltételek

• ATP - energia

• Speciális vegyületek

• Lipidek

• Vitaminok

(8)

Ipari komplex tápok

• Melasz

• 50% cukor

• Kevés szabad víz

• Ásványi anyagok

• Tejsavó, tejszűrlet

(9)

Ipari komplex tápok

• Tejsavó, tejszűrlet

• Laktóz

• Lipidek, Vitaminok

• Ömlesztett “sajt”

• Brunost sajt

– Tej, tejföl, savó főzve – Karamellizált cukor

(10)

Ipari komplex tápok

• Kukorica szirup

• Keményítő kinyerés

• α-amiláz, glükoamiláz, xilóz amiláz

• Glutén, olaj

• N és C forrás

• Ásványi anyagok

(11)

Ipari komplex tápok

• Manióka

• Keményítőben gazdag

• Cianidot tartalmaz

• Olcsó, szubtrópus, trópus

• Igénytelen

• Afrikában fő táplálék (40%)

(12)

Ipari komplex tápok

• Lignocellulóz

• 1,4 – glükozid kötéssel polimer

• lignin

(13)

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

(14)

Eukariota tápok - 2

• Hormonok, növekedési faktorok

• Transzport fehérjék

– Kötő fehérjék

• Szervetlen komponensek

– pH=7.3-7.5

– HEPES + fenolvörös

• Fejlesztés

– Szérum mentes tápok

(15)

Sterilezés

• Dezinfekció, Aszepsis, Sterilezés

• Folyadék vagy gáz

– Folyadék

• Szűrés: 2D vagy 3D / ülepítés

• Inaktiválás

• Sugárzás

(16)

Sterilezés

• Folyadék

– Szűrés: 2D vagy 3D / ülepítés

– Inaktiválás – Sugárzás

(17)

Sterilezés

• Folyadék – Szűrés

– Inaktiválás – Sugárzás

(18)

Sterilezés

• Folyadék

– Szűrés

– Inaktiválás (NaOCl, perecetsav) – Elektromágneses, radioaktív

sugárzás

(19)

Sterilezés

• Gáz

• Szűrés

• Igény: 0,5-1,5 térf. levegő/perc

• Kritikus sebesség = minimális hatásfok

(20)

Oxigén adagolás

• Anyagtranszport limitál

• O

₂

oldékonysága vízben rossz (7 ppm, 35°C)

• Ezzel mindig baj van

(21)

Oxigén adagolás

• Anyagtranszport limitál

• O

₂

oldékonysága vízben rossz (7 ppm, 35°C)

• Ezzel mindig baj van

(22)

Aerob - Anaerob fermentáció

(23)

Anaerob fermentáció

• Gázok

– H

₂

, CH

₄

• Folyadékok

– EtOH, tejsav, oldószerek

(24)

Anaerob fermentáció

• Szilárd termék

– Sajt, savanyú káposzta, kovászos uborka

– Komposztálás vs. silózás

(25)

Downstream

• Biomassza kinyerés

• Sejt feltárás

• Extrakció

• Makromolekulák elválasztása

• Kiszerelés

(26)

Kinyerés: centrifuga

• Átfolyó henger

• Folyamatos üzem

• Rövid tartózkodás

• Kis helyigény

• Zárt rendszer

(27)

Kinyerés: centrifuga

• Osztott cellás

• Kis helyigény

• Zárt rendszer

(28)

Kinyerés : centrifuga

• Szeparátor, dekantáló

• Kis helyigény

• Zárt rendszer

(29)

Kinyerés : szűrés

• Termék kinyerés

– Szűrés

• Sokféle

• Tangenciális

• Változtatható paraméterek

(30)

Kinyerés : szűrés

• Termék kinyerés

– Szűrés

• Sokféle

• Tangenciális

• Változtatható paraméterek

(31)

Hollow fiber

(32)

Hemodialízis

(33)

Downstream

• Sejt feltárás

– Mechanikus

• French press

– Nagy nyomás – Súrlódási hő

• Ultrahang

• Vágókés (turmix)

• Golyós homogenizálók

(34)

Downstream

• Sejt feltárás

– Vegyszeres

• Szerves oldószer (toluol, etanol, aceton)

• Detergens

• Guanidin HCl

• Lúg, sav

• Enzim: lizozim (Gram + peptidoglükán)

(35)

Downstream

• Kis molekulák

– Extrakció

– Micella, reverz micella

– Kristályosítás

(36)

Downstream

• Makromolekulák

– Fehérje extrakció

– Micella, reverz micella

• egyedi optimalizálás

• lipáz

(37)

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

(38)

Downstream

• Szuperkritikus állapot

– CO

₂

: T

_c

= 31.1 °C, P

_c

= 73.8 bar

(39)

Downstream

• Szuperkritikus extrakció

– Előny

• Jó oldékonyság

• Oldószer melegítésre maradéktalanul elválasztható

• Gyors

– Hátrány

• Drága

• Új technológia

(40)