Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu - Centralny punkt logowania
Strona główna

Inżynieria bioprocesowa

Informacje ogólne

Kod przedmiotu: 2600-IBBIOT-3-S1
Kod Erasmus / ISCED: (brak danych) / (0512) Biochemia Kod ISCED - Międzynarodowa Standardowa Klasyfikacja Kształcenia (International Standard Classification of Education) została opracowana przez UNESCO.
Nazwa przedmiotu: Inżynieria bioprocesowa
Jednostka: Wydział Nauk Biologicznych i Weterynaryjnych
Grupy: Przedmioty obowiązkowe dla 3 r. biotechnologii S1
Punkty ECTS i inne: 4.00 Podstawowe informacje o zasadach przyporządkowania punktów ECTS:
  • roczny wymiar godzinowy nakładu pracy studenta konieczny do osiągnięcia zakładanych efektów uczenia się dla danego etapu studiów wynosi 1500-1800 h, co odpowiada 60 ECTS;
  • tygodniowy wymiar godzinowy nakładu pracy studenta wynosi 45 h;
  • 1 punkt ECTS odpowiada 25-30 godzinom pracy studenta potrzebnej do osiągnięcia zakładanych efektów uczenia się;
  • tygodniowy nakład pracy studenta konieczny do osiągnięcia zakładanych efektów uczenia się pozwala uzyskać 1,5 ECTS;
  • nakład pracy potrzebny do zaliczenia przedmiotu, któremu przypisano 3 ECTS, stanowi 10% semestralnego obciążenia studenta.

zobacz reguły punktacji
Język prowadzenia: polski
Wymagania wstępne:

Ukończony kurs biochemii, wskazane również ukończenie kursu mikrobiologii i genetyki

Rodzaj przedmiotu:

przedmiot obowiązkowy

Całkowity nakład pracy studenta:

Godziny realizowane z udziałem nauczycieli ( 65 godz.):

- udział w wykładach - 30 h

- udział w ćwiczeniach - 30 h

- udział w konsultacjach - 5 h


Czas poświęcony na pracę indywidualną studenta (35 godz.):

- przygotowanie do ćwiczeń, opracowanie sprawozdań - 10 h

- przygotowanie do kolokwiów - 10 h

- przygotowanie do egzaminu i obecność na egzaminie – 15 h



Łącznie 100 gdz. (4 ECTS)

Efekty uczenia się - wiedza:

W1 - Ma wiedzę o podstawowych składnikach materii i rodzajach podstawowych oddziaływań między nimi. Zna podstawy biochemiczne, molekularne i komórkowe funkcjonowania organizmów K_W03, K_W09

W2 - Definiuje podstawowe kategorie pojęciowe w biologii oraz matematyce, fizyce i chemii K_W11

W3 - Opisuje biotechnologię jako interdyscyplinarną dziedzinę nauki i przemysłu K_W06

Wskazuje korzyści i ryzyko wykorzystania biotechnologii w odniesieniu do człowieka i środowiska K_W06, K_W19

W4 - Ma wiedzę dotyczącą wykorzystania materiału biologicznego (od pojedynczych cząsteczek, poprzez makrocząsteczki do organizmów jedno- i wielokomórkowych) w biotechnologii K_W13

W5 - Zna podstawowe techniki biochemiczne i molekularne wykorzystywane w biotechnologii K_W16

W6 - Zna podstawowe aparaty i urządzenia stosowane w technologiach biochemicznych do otrzymywania bioproduktów oraz biotechnologie stosowane w ochronie środowiska K_W17

W7 - Definiuje podstawowe zasady ergonomii oraz bezpieczeństwa i higieny pracy K_W20


Efekty uczenia się - umiejętności:

U1- Użytkuje komputer w zakresie koniecznym do wyszukania informacji i komunikowania się K_U03

U2 - Samodzielnie wyszukuje informacje w polskiej i anglojęzycznej literaturze fachowej i popularno-naukowej, a także w internecie i jest zdolny do oceny rzetelności uzyskanych informacji

Wykorzystuje literaturę anglojęzyczną do poszerzania wiedzy w zakresie studiowanego kierunku K_U05, K_U19

U3 - Przedstawia w sposób popularno-naukowy najnowsze osiągnięcia z zakresu biotechnologii K_U07


Efekty uczenia się - kompetencje społeczne:

K1 Zna ograniczenia własnej wiedzy i rozumie potrzebę dalszego kształcenia się i pogłębiania kompetencji zawodowych . Akceptuje konieczność znajomości metod matematyczno-statystycznych i informatycznych w biotechnologii - K_K01, K_K02

K2 Jest chętny do pracy zespołowej respektując zdanie innych członków zespołu, szczególnie podwładnych. Jest odpowiedzialny za powierzony sprzęt i wspólnie realizowane zadania związane z pracą zespołową - K_K03, K_K09

K3 Krytycznie ocenia informacje z literatury naukowej, internetu, a szczególnie mediów masowych, dotyczących wykorzystania biotechnologii w rolnictwie, przemyśle i medycynie - K_K07

K4 Jest świadomy ryzyka wykonywanej działalności oraz ponoszenia odpowiedzialności w zakresie stosowania metod biotechnologicznych K_K08

K5 Formułuje opinie na temat podstawowych problemów z zakresu biotechnologii K_K10


Metody dydaktyczne:

Wykład informacyjny z prezentacjami i z przykładami rozwiązywania zadań;


Ćwiczenia mają częściowo charakter doświadczalny, głównie są to ćwiczenia rachunkowe (rozwiąywanie problemów) -studenci realizują zadania w grupach 2-osobowych


Metody dydaktyczne podające:

- wykład informacyjny (konwencjonalny)

Skrócony opis:

Inżynieria bioprocesowa jest jednym z podstawowych przedmiotów kierunkowych dla biotechnologów i zajmuje się prowadzonymi na dużą skalę procesami z wykorzystaniem

mikroorganizmów i innego materiału biologicznego (komórek, enzymów) w celu otrzymania różnych produktów końcowych jak m.in. alkohole, kwasy organiczne, estry, antybiotyki i inne leki, peptydy i białka. Celem wykładu jest przedstawienie:

- zależności stechiometrycznych oraz czynników wpływających na wzrost

mikroorganizmów i szybkość powstawania produktu co umożliwi właściwe prowadzenie bioprocesu i jego kontrolę

- sposobu przygotowania surowców do bioprocesu (up-stream

processing)

- właściwego procesu reaktorowego / fermentacji

- metod izolowania otrzymanego produktu (down-stream processing)

oraz przekazanie podstawowych wiadomości z zakresu inżynierii bioprocesowej celem zrozumienia podstawowych mechanizmów i problemów technicznych związanych z bioprocesami .

Pełny opis:

Treści merytoryczne wykładu obejmują następujące zagadnienia:

Inżynieria bioprocesowa – zakres obejmowanych zagadnień , zasady organizacji bioprocesu.

Bilansowanie przemian biochemicznych, stechiometria reakcji.

Podstawy termodynamiki, bilans cieplny

Biochemiczne i molekularne podstawy regulacji metabolizmu: biochemia metabolizmu tlenowego i beztlenowego. Metabolizm wtórny

Mechanizmy regulacji ekspresji genów u bakterii

Matematyczne modele wzrostu populacji mikroorganizmów.

Hodowle okresowe, ciągłe i półokresowe (dolewowe, zasilane). Symulacje wzrostu mikroorganizmów, zmian stężenia substratu i produktu w oparciu o model Monoda,

hamowanie wzrostu przez substrat w oparciu o model Andrewsa i Levenspiela

Wektorowe i bezwektorowe metody wprowadzania materiału genetycznego do komórek bakterii, grzybów, roślin i zwierząt

Prokariotyczne i eukariotyczne systemy ekspresji heterologicznej

Metody napowietrzania - drobnopęcherzykowe i bezpęcherzykowe

Podstawy inżynierii bioreaktorów, bioreaktory idealne i nieidealne. Klasyfikacja bioreaktorów ,schemat budowy i elementy konstrukcyjne bioreaktora STR, kolumny barbotażowej, reaktora air-lift i reaktora ociekowego.

Makro – i mikromieszanie, cyrkulacja cieczy, typy mieszadeł.

Parametry (liczby) charakteryzujące procesy mieszania – liczba Reynoldsa, liczba Newtona (mocy), działanie sił ścinających (shear stress)

Bioreaktory z immobilizowanym materiałem biologicznym. Bioreaktory do hodowli komórkowych.

Metody przygotowania surowców (up-stream processing). Zapewnienie sterylności bioprocesów - metody sterylizacji na dużą skalę

Down-stream processing - separacja biomasy i dezintegracja komórek ( sedymentacja, flotacja, metody filtracyjne, techniki wirowania, metody homogenizacji ) .

Metody separacji i oczyszczania bioproduktów (ekstrakcja, metody membranowe, sorpcyjne, destylacje, metody chromatograficzne ). Suszenie bioproduktów.

Organizacja wybranych bioprocesów (produkcja etanolu, kwasów karboksylowych, penicylin, cefalosporyn, tryptofanu), czynniki określające koszty wybranego procesu.

Program ćwiczeń obejmuje:

- doświadczalne metody oznaczania biomasy drożdży

- zadania rachunkowe poświęcone obliczeniom stechiometrycznym

- obliczanie szybkości właściwej wzrostu, czasu podwojenia

mikroorganizmów

- obliczanie zmian stężenia biomasy, substratu i produktu w

hodowlach okresowych

- wyznaczanie optymalnego zakresu stężeń substratu

hamującego wzrost w oparciu o model Levenspiela

- obliczanie zmian stężenia biomasy, substratu i produktu oraz

produktywności w hodowlach ciągłych w oparciu o model

chemostatu Monoda, wyznaczanie krytycznej szybkości

rozcieńczania Dkryt. (szybkości wymywania Dmax).

- tlen jako substrat limitujący wzrost mikroorganizmów

- mieszanie – zależność liczby Reynoldsa od średnicy, częstości

obrotów mieszadła oraz lepkości cieczy. Obliczenie częstości

obrotów danego mieszadła dla uzyskania mieszania

turbulentnego

- zaprojektowanie prostego modelu bioreaktora zbiornikowego

STR o danej objętości z uwzględnieniem standardowych

proporcji poszczególnych elementów konstrukcyjnych

Literatura:

1. Fiedurek j., (red.) - Podstawy wybranych procesów

biotechnologicznych, (wyd.UMCS), 2004

2. W.Bednarski i J.Fiedurek (red.)- Podstawy biotechnologii

przemysłowej - WNT 2007

3. A.Chmiel – Biotechnologia. Podstawy mikrobiologiczne i

biochemiczne PWN 1994 ( i wydania późniejsze)

4. K.W. Szewczyk – Technologia biochemiczna (wyd.PW) - 2005

5. K.W. Szewczyk - Bilansowanie i kinetyka procesów

biochemicznych (wyd.PW)-2005

6. S.Aiba, A.E.Humphrey, N.F.Willis – Inżynieria biochemiczna,

WNT 1977

7. Viestrus U.E.,Kuzniecow A.M., Sawienkow W.W., Bioreaktory –

zasady obliczeń i doboru

8. Viesturs U.E., Szmite I.A. Żilewicz A.W., - Biotechnologia –

substancje biologicznie czynne, technologia, aparatura

WNT 1992

9. Bałdyga J., Henczka M., Podgórska W., -Obliczenia w inżynierii

bioreaktorów (wyd.PW)-1996

10. Ratlege C. Kristiansen B. – Podstawy biotechnologii, PWN 2011

11. M.L.Shuler, F.Kargi – Bioprocess engineering. Basic concepts

(second ed.) Prentice Hall 2002

12. J.M. Lee – Biochemical engineering , eBook ver.2.2, 2006

13. Libudzisz Z, Kowal K., (red.) – Mikrobiologia techniczna,

T. I – II, (wyd.PŁ), 2000

14. M.Chaplin, Ch. Bucke – Enzyme technology (Cambridge

Univ.Press)

http://www.lsbu.ac.uk/biology/enztech/index/html

15. H.R.Bungay, J.S. Dordick i in. – Rensselaer Polytechnic, USA

- kursy inżynierii biochemicznej:

CHME-443 Introduction to biochemical engineering

CHME-643 Biochemical engineering

http://www.rpi.edu/dept/chem-eng/Biotech-Environ/

b32443.htm

16. D.Petrides - Bioprocess design and economics; w:

Bioseparations science and engineering, R.G.Harrison,

P.W.Todd, S.R.Rudge, D.Petrides (eds.),

Cambridge University Press, 2003

http://www.intelligen.com/literature.html

17. D.Wrzosek – Matematyka dla biologów, Wyd. WUW 2008

19. Węgleński P. Genetyka molekularna, Wydawnictwo Naukowe PWN 2008

Artykuły przeglądowe:

Ciarkowska A, Jakubowska A. Pichia pastoris jako system ekspresyjny do produkcji białek rekombinowanych. Post Biochem 2013, 59: 315-321

Olejnik-Schmidt A, Gronowalska A, Schmidt M. Charakterystyka systemu nizynowego jako narzędzia do produkcji białek i peptydów w komórkach Lactococcus lactis. Post Biochem 2013, 59: 322-326

Porowińska D, Wujak M, Roszek K, Komoszyński M. Prokariotyczne systemy ekspresyjne. Post Hig Med Dośw 2013; 67" 119-129

Nuc P, Nuc K. Produkcja rekombinowanych białek w Escherichia coli. Post Biochem. 2006; 52: 448-456

Szaflarski W, Sujka P, Nowicki P, Zabel M. Produkcja białek w systemach ekspresji pozakomórkowej. Biotechnologia 2009; 84: 86-98

Metody i kryteria oceniania:

wykład zaliczany na podstawie testu końcowego (10 pytań z czterema wariantami odpowiedzi wśród których tylko jeden jest prawidłowy, punktowanych od 0 do 1), 5 pytań otwartych wymagających skomentowania bądż uzupełnienia opisu na schemacie/wykresie (punktowanych 0-2 pkt) obejmującego całość poruszanych zagadnień na wykładach. Ocena dostateczna (50%), dostateczny plus (60%), dobry (70%), dobry plus (80-90%) , bardzo dobry (powyżej 90 %).

K_W13, K_W16, K_W17

ćwiczenia zaliczane na podstawie obecności, zaliczonych 3 pisemnych sprawdzianów obejmujących rozwiązanie zadań rachunkowych.

K_U03, K_U05, K_U07

Praktyki zawodowe:

- - - - -

Zajęcia w cyklu "Semestr letni 2021/22" (zakończony)

Okres: 2022-02-21 - 2022-09-30
Wybrany podział planu:
Przejdź do planu
Typ zajęć:
Laboratorium, 30 godzin więcej informacji
Wykład, 30 godzin więcej informacji
Koordynatorzy: Maciej Ostrowski
Prowadzący grup: Anna Ciarkowska, Maciej Ostrowski, Bartosz Szymczak, Barbara Wojczuk
Lista studentów: (nie masz dostępu)
Zaliczenie: Zaliczenie na ocenę
Skrócony opis:

Inżynieria bioprocesowa jest jednym z podstawowych przedmiotów kierunkowych dla biotechnologów i zajmuje się prowadzonymi na dużą skalę procesami z wykorzystaniem

mikroorganizmów i innego materiału biologicznego (komórek, enzymów) w celu otrzymania różnych produktów końcowych jak m.in. alkohole, kwasy organiczne, estry, antybiotyki i inne leki, peptydy i białka. Celem wykładu jest przedstawienie:

- zależności stechiometrycznych oraz czynników wpływających na wzrost

mikroorganizmów i szybkość powstawania produktu co umożliwi właściwe prowadzenie bioprocesu i jego kontrolę

- sposobu przygotowania surowców do bioprocesu (up-stream

processing)

- właściwego procesu reaktorowego / fermentacji

- metod izolowania otrzymanego produktu (down-stream processing)

oraz przekazanie podstawowych wiadomości z zakresu inżynierii bioprocesowej celem zrozumienia podstawowych mechanizmów i problemów technicznych związanych z bioprocesami .

Pełny opis:

Treści merytoryczne wykładu obejmują następujące zagadnienia:

Inżynieria bioprocesowa – zakres obejmowanych zagadnień , zasady organizacji bioprocesu.

Bilansowanie przemian biochemicznych, stechiometria reakcji.

Podstawy termodynamiki, bilans cieplny

Matematyczne modele wzrostu populacji mikroorganizmów.

Hodowle okresowe, ciągłe i półokresowe (dolewowe, zasilane). Symulacje wzrostu mikroorganizmów, zmian stężenia substratu i produktu w oparciu o model Monoda,

hamowanie wzrostu przez substrat w oparciu o model Andrewsa i Levenspiela

Elementy hydrodynamiki płynów doskonałych i rzeczywistych. Wymiana masy i ciepła.

Wnikanie tlenu- czynniki wpływające na współczynniki wnikania tlenu.

Metody napowietrzania - drobnopęcherzykowe i bezpęcherzykowe

Podstawy inżynierii bioreaktorów, bioreaktory idealne i nieidealne. Klasyfikacja bioreaktorów ,schemat budowy i elementy konstrukcyjne bioreaktora STR, kolumny barbotażowej, reaktora air-lift i reaktora ociekowego.

Makro – i mikromieszanie, cyrkulacja cieczy, typy mieszadeł.

Parametry (liczby) charakteryzujące procesy mieszania – liczba Reynoldsa, liczba Newtona (mocy), działanie sił ścinających (shear stress)

Bioreaktory z immobilizowanym materiałem biologicznym. Bioreaktory do hodowli komórkowych.

Metody przygotowania surowców (up-stream processing). Zapewnienie sterylności bioprocesów - metody sterylizacji na dużą skalę ,pojęcia: śmierci termicznej, czasu dziesięciokrotnej redukcji, energii aktywacji śmierci termicznej

Down-stream processing - separacja biomasy i dezintegracja komórek ( sedymentacja, flotacja, metody filtracyjne, techniki wirowania, metody homogenizacji ) .

Metody separacji i oczyszczania bioproduktów (ekstrakcja, metody membranowe, sorpcyjne, destylacje, metody chromatograficzne ). Suszenie bioproduktów.

Organizacja wybranych bioprocesów (produkcja etanolu, kwasów karboksylowych, rekombinowanej insuliny) , schematy linii produkcyjnych, czynniki określające koszty wybranego procesu.

Program ćwiczeń obejmuje:

- doświadczalne metody oznaczania biomasy drożdży

- zadania rachunkowe poświęcone obliczeniom stechiometrycznym

- obliczanie szybkości właściwej wzrostu, czasu podwojenia

mikroorganizmów

- obliczanie zmian stężenia biomasy, substratu i produktu w

hodowlach okresowych

- wyznaczanie optymalnego zakresu stężeń substratu

amującego wzrost w oparciu o model Levenspiela

- obliczanie zmian stężenia biomasy, substratu i produktu oraz

produktywności w hodowlach ciągłych w oparciu o model

chemostatu Monoda, wyznaczanie krytycznej szybkości

rozcieńczania Dkryt. (szybkości wymywania Dmax).

- tlen jako substrat limitujący wzrost mikroorganizmów

- mieszanie – zależność liczby Reynoldsa od średnicy, częstości

obrotów mieszadła oraz lepkości cieczy. Obliczenie częstości

obrotów danego mieszadła dla uzyskania mieszania

turbulentnego

- zaprojektowanie prostego modelu bioreaktora zbiornikowego

STR o danej objętości z uwzględnieniem standardowych

proporcji poszczególnych elementów konstrukcyjnych

Literatura:

1. Fiedurek j., (red.) - Podstawy wybranych procesów

biotechnologicznych, (wyd.UMCS), 2004

2. W.Bednarski i J.Fiedurek (red.)- Podstawy biotechnologii

przemysłowej - WNT 2007

3. A.Chmiel – Biotechnologia. Podstawy mikrobiologiczne i

biochemiczne PWN 1994 ( i wydania późniejsze)

4. K.W. Szewczyk – Technologia biochemiczna (wyd.PW) - 2005

5. K.W. Szewczyk - Bilansowanie i kinetyka procesów

biochemicznych (wyd.PW)-2005

6. S.Aiba, A.E.Humphrey, N.F.Willis – Inżynieria biochemiczna,

WNT 1977

7. Viestrus U.E.,Kuzniecow A.M., Sawienkow W.W., Bioreaktory –

zasady obliczeń i doboru

8. Viesturs U.E., Szmite I.A. Żilewicz A.W., - Biotechnologia –

substancje biologicznie czynne, technologia, aparatura

WNT 1992

9. Bałdyga J., Henczka M., Podgórska W., -Obliczenia w inżynierii

bioreaktorów (wyd.PW)-1996

10. Ratlege C. Kristiansen B. – Podstawy biotechnologii, PWN 2011

11. M.L.Shuler, F.Kargi – Bioprocess engineering. Basic concepts

(second ed.) Prentice Hall 2002

12. J.M. Lee – Biochemical engineering , eBook ver.2.2, 2006

13. Libudzisz Z, Kowal K., (red.) – Mikrobiologia techniczna,

T. I – II, (wyd.PŁ), 2000

14. M.Chaplin, Ch. Bucke – Enzyme technology (Cambridge

Univ.Press)

http://www.lsbu.ac.uk/biology/enztech/index/html

15. H.R.Bungay, J.S. Dordick i in. – Rensselaer Polytechnic, USA

- kursy inżynierii biochemicznej:

CHME-443 Introduction to biochemical engineering

CHME-643 Biochemical engineering

http://www.rpi.edu/dept/chem-eng/Biotech-Environ/

b32443.htm

16. D.Petrides - Bioprocess design and economics; w:

Bioseparations science and engineering, R.G.Harrison,

P.W.Todd, S.R.Rudge, D.Petrides (eds.),

Cambridge University Press, 2003

http://www.intelligen.com/literature.html

17. D.Wrzosek – Matematyka dla biologów, Wyd. WUW 2008

18. Materiały na płycie CD (wybrana literatura) dostarczone przez

wykładowcę

Zajęcia w cyklu "Semestr letni 2022/23" (zakończony)

Okres: 2023-02-20 - 2023-09-30
Wybrany podział planu:
Przejdź do planu
Typ zajęć:
Laboratorium, 30 godzin więcej informacji
Wykład, 30 godzin więcej informacji
Koordynatorzy: Maciej Ostrowski
Prowadzący grup: Anna Ciarkowska, Maciej Ostrowski, Barbara Wojczuk
Lista studentów: (nie masz dostępu)
Zaliczenie: Zaliczenie na ocenę
Skrócony opis:

Inżynieria bioprocesowa jest jednym z podstawowych przedmiotów kierunkowych dla biotechnologów i zajmuje się prowadzonymi na dużą skalę procesami z wykorzystaniem

mikroorganizmów i innego materiału biologicznego (komórek, enzymów) w celu otrzymania różnych produktów końcowych jak m.in. alkohole, kwasy organiczne, estry, antybiotyki i inne leki, peptydy i białka. Celem wykładu jest przedstawienie:

- zależności stechiometrycznych oraz czynników wpływających na wzrost

mikroorganizmów i szybkość powstawania produktu co umożliwi właściwe prowadzenie bioprocesu i jego kontrolę

- sposobu przygotowania surowców do bioprocesu (up-stream

processing)

- właściwego procesu reaktorowego / fermentacji

- metod izolowania otrzymanego produktu (down-stream processing)

oraz przekazanie podstawowych wiadomości z zakresu inżynierii bioprocesowej celem zrozumienia podstawowych mechanizmów i problemów technicznych związanych z bioprocesami .

Pełny opis:

Treści merytoryczne wykładu obejmują następujące zagadnienia:

Inżynieria bioprocesowa – zakres obejmowanych zagadnień , zasady organizacji bioprocesu.

Bilansowanie przemian biochemicznych, stechiometria reakcji.

Podstawy termodynamiki, bilans cieplny

Matematyczne modele wzrostu populacji mikroorganizmów.

Hodowle okresowe, ciągłe i półokresowe (dolewowe, zasilane). Symulacje wzrostu mikroorganizmów, zmian stężenia substratu i produktu w oparciu o model Monoda,

hamowanie wzrostu przez substrat w oparciu o model Andrewsa i Levenspiela

Elementy hydrodynamiki płynów doskonałych i rzeczywistych. Wymiana masy i ciepła.

Wnikanie tlenu- czynniki wpływające na współczynniki wnikania tlenu.

Metody napowietrzania - drobnopęcherzykowe i bezpęcherzykowe

Podstawy inżynierii bioreaktorów, bioreaktory idealne i nieidealne. Klasyfikacja bioreaktorów ,schemat budowy i elementy konstrukcyjne bioreaktora STR, kolumny barbotażowej, reaktora air-lift i reaktora ociekowego.

Makro – i mikromieszanie, cyrkulacja cieczy, typy mieszadeł.

Parametry (liczby) charakteryzujące procesy mieszania – liczba Reynoldsa, liczba Newtona (mocy), działanie sił ścinających (shear stress)

Bioreaktory z immobilizowanym materiałem biologicznym. Bioreaktory do hodowli komórkowych.

Metody przygotowania surowców (up-stream processing). Zapewnienie sterylności bioprocesów - metody sterylizacji na dużą skalę ,pojęcia: śmierci termicznej, czasu dziesięciokrotnej redukcji, energii aktywacji śmierci termicznej

Down-stream processing - separacja biomasy i dezintegracja komórek ( sedymentacja, flotacja, metody filtracyjne, techniki wirowania, metody homogenizacji ) .

Metody separacji i oczyszczania bioproduktów (ekstrakcja, metody membranowe, sorpcyjne, destylacje, metody chromatograficzne ). Suszenie bioproduktów.

Organizacja wybranych bioprocesów (produkcja etanolu, kwasów karboksylowych, rekombinowanej insuliny) , schematy linii produkcyjnych, czynniki określające koszty wybranego procesu.

Program ćwiczeń obejmuje:

- doświadczalne metody oznaczania biomasy drożdży

- zadania rachunkowe poświęcone obliczeniom stechiometrycznym

- obliczanie szybkości właściwej wzrostu, czasu podwojenia

mikroorganizmów

- obliczanie zmian stężenia biomasy, substratu i produktu w

hodowlach okresowych

- wyznaczanie optymalnego zakresu stężeń substratu

amującego wzrost w oparciu o model Levenspiela

- obliczanie zmian stężenia biomasy, substratu i produktu oraz

produktywności w hodowlach ciągłych w oparciu o model

chemostatu Monoda, wyznaczanie krytycznej szybkości

rozcieńczania Dkryt. (szybkości wymywania Dmax).

- tlen jako substrat limitujący wzrost mikroorganizmów

- mieszanie – zależność liczby Reynoldsa od średnicy, częstości

obrotów mieszadła oraz lepkości cieczy. Obliczenie częstości

obrotów danego mieszadła dla uzyskania mieszania

turbulentnego

- zaprojektowanie prostego modelu bioreaktora zbiornikowego

STR o danej objętości z uwzględnieniem standardowych

proporcji poszczególnych elementów konstrukcyjnych

Literatura:

1. Fiedurek j., (red.) - Podstawy wybranych procesów

biotechnologicznych, (wyd.UMCS), 2004

2. W.Bednarski i J.Fiedurek (red.)- Podstawy biotechnologii

przemysłowej - WNT 2007

3. A.Chmiel – Biotechnologia. Podstawy mikrobiologiczne i

biochemiczne PWN 1994 ( i wydania późniejsze)

4. K.W. Szewczyk – Technologia biochemiczna (wyd.PW) - 2005

5. K.W. Szewczyk - Bilansowanie i kinetyka procesów

biochemicznych (wyd.PW)-2005

6. S.Aiba, A.E.Humphrey, N.F.Willis – Inżynieria biochemiczna,

WNT 1977

7. Viestrus U.E.,Kuzniecow A.M., Sawienkow W.W., Bioreaktory –

zasady obliczeń i doboru

8. Viesturs U.E., Szmite I.A. Żilewicz A.W., - Biotechnologia –

substancje biologicznie czynne, technologia, aparatura

WNT 1992

9. Bałdyga J., Henczka M., Podgórska W., -Obliczenia w inżynierii

bioreaktorów (wyd.PW)-1996

10. Ratlege C. Kristiansen B. – Podstawy biotechnologii, PWN 2011

11. M.L.Shuler, F.Kargi – Bioprocess engineering. Basic concepts

(second ed.) Prentice Hall 2002

12. J.M. Lee – Biochemical engineering , eBook ver.2.2, 2006

13. Libudzisz Z, Kowal K., (red.) – Mikrobiologia techniczna,

T. I – II, (wyd.PŁ), 2000

14. M.Chaplin, Ch. Bucke – Enzyme technology (Cambridge

Univ.Press)

http://www.lsbu.ac.uk/biology/enztech/index/html

15. H.R.Bungay, J.S. Dordick i in. – Rensselaer Polytechnic, USA

- kursy inżynierii biochemicznej:

CHME-443 Introduction to biochemical engineering

CHME-643 Biochemical engineering

http://www.rpi.edu/dept/chem-eng/Biotech-Environ/

b32443.htm

16. D.Petrides - Bioprocess design and economics; w:

Bioseparations science and engineering, R.G.Harrison,

P.W.Todd, S.R.Rudge, D.Petrides (eds.),

Cambridge University Press, 2003

http://www.intelligen.com/literature.html

17. D.Wrzosek – Matematyka dla biologów, Wyd. WUW 2008

18. Materiały na płycie CD (wybrana literatura) dostarczone przez

wykładowcę

Zajęcia w cyklu "Semestr letni 2023/24" (w trakcie)

Okres: 2024-02-20 - 2024-09-30
Wybrany podział planu:
Przejdź do planu
Typ zajęć:
Laboratorium, 30 godzin więcej informacji
Wykład, 30 godzin więcej informacji
Koordynatorzy: Maciej Ostrowski
Prowadzący grup: Maciej Ostrowski, Barbara Wojczuk
Lista studentów: (nie masz dostępu)
Zaliczenie: Zaliczenie na ocenę
Skrócony opis:

Inżynieria bioprocesowa jest jednym z podstawowych przedmiotów kierunkowych dla biotechnologów i zajmuje się prowadzonymi na dużą skalę procesami z wykorzystaniem

mikroorganizmów i innego materiału biologicznego (komórek, enzymów) w celu otrzymania różnych produktów końcowych jak m.in. alkohole, kwasy organiczne, estry, antybiotyki i inne leki, peptydy i białka. Celem wykładu jest przedstawienie:

- zależności stechiometrycznych oraz czynników wpływających na wzrost

mikroorganizmów i szybkość powstawania produktu co umożliwi właściwe prowadzenie bioprocesu i jego kontrolę

- sposobu przygotowania surowców do bioprocesu (up-stream

processing)

- właściwego procesu reaktorowego / fermentacji

- metod izolowania otrzymanego produktu (down-stream processing)

oraz przekazanie podstawowych wiadomości z zakresu inżynierii bioprocesowej celem zrozumienia podstawowych mechanizmów i problemów technicznych związanych z bioprocesami .

Pełny opis:

Treści merytoryczne wykładu obejmują następujące zagadnienia:

Inżynieria bioprocesowa – zakres obejmowanych zagadnień , zasady organizacji bioprocesu.

Bilansowanie przemian biochemicznych, stechiometria reakcji.

Podstawy termodynamiki, bilans cieplny

Matematyczne modele wzrostu populacji mikroorganizmów.

Hodowle okresowe, ciągłe i półokresowe (dolewowe, zasilane). Symulacje wzrostu mikroorganizmów, zmian stężenia substratu i produktu w oparciu o model Monoda,

hamowanie wzrostu przez substrat w oparciu o model Andrewsa i Levenspiela

Elementy hydrodynamiki płynów doskonałych i rzeczywistych. Wymiana masy i ciepła.

Wnikanie tlenu- czynniki wpływające na współczynniki wnikania tlenu.

Metody napowietrzania - drobnopęcherzykowe i bezpęcherzykowe

Podstawy inżynierii bioreaktorów, bioreaktory idealne i nieidealne. Klasyfikacja bioreaktorów ,schemat budowy i elementy konstrukcyjne bioreaktora STR, kolumny barbotażowej, reaktora air-lift i reaktora ociekowego.

Makro – i mikromieszanie, cyrkulacja cieczy, typy mieszadeł.

Parametry (liczby) charakteryzujące procesy mieszania – liczba Reynoldsa, liczba Newtona (mocy), działanie sił ścinających (shear stress)

Bioreaktory z immobilizowanym materiałem biologicznym. Bioreaktory do hodowli komórkowych.

Metody przygotowania surowców (up-stream processing). Zapewnienie sterylności bioprocesów - metody sterylizacji na dużą skalę ,pojęcia: śmierci termicznej, czasu dziesięciokrotnej redukcji, energii aktywacji śmierci termicznej

Down-stream processing - separacja biomasy i dezintegracja komórek ( sedymentacja, flotacja, metody filtracyjne, techniki wirowania, metody homogenizacji ) .

Metody separacji i oczyszczania bioproduktów (ekstrakcja, metody membranowe, sorpcyjne, destylacje, metody chromatograficzne ). Suszenie bioproduktów.

Organizacja wybranych bioprocesów (produkcja etanolu, kwasów karboksylowych, rekombinowanej insuliny) , schematy linii produkcyjnych, czynniki określające koszty wybranego procesu.

Program ćwiczeń obejmuje:

- doświadczalne metody oznaczania biomasy drożdży

- zadania rachunkowe poświęcone obliczeniom stechiometrycznym

- obliczanie szybkości właściwej wzrostu, czasu podwojenia

mikroorganizmów

- obliczanie zmian stężenia biomasy, substratu i produktu w

hodowlach okresowych

- wyznaczanie optymalnego zakresu stężeń substratu

amującego wzrost w oparciu o model Levenspiela

- obliczanie zmian stężenia biomasy, substratu i produktu oraz

produktywności w hodowlach ciągłych w oparciu o model

chemostatu Monoda, wyznaczanie krytycznej szybkości

rozcieńczania Dkryt. (szybkości wymywania Dmax).

- tlen jako substrat limitujący wzrost mikroorganizmów

- mieszanie – zależność liczby Reynoldsa od średnicy, częstości

obrotów mieszadła oraz lepkości cieczy. Obliczenie częstości

obrotów danego mieszadła dla uzyskania mieszania

turbulentnego

- zaprojektowanie prostego modelu bioreaktora zbiornikowego

STR o danej objętości z uwzględnieniem standardowych

proporcji poszczególnych elementów konstrukcyjnych

Literatura:

1. Fiedurek j., (red.) - Podstawy wybranych procesów

biotechnologicznych, (wyd.UMCS), 2004

2. W.Bednarski i J.Fiedurek (red.)- Podstawy biotechnologii

przemysłowej - WNT 2007

3. A.Chmiel – Biotechnologia. Podstawy mikrobiologiczne i

biochemiczne PWN 1994 ( i wydania późniejsze)

4. K.W. Szewczyk – Technologia biochemiczna (wyd.PW) - 2005

5. K.W. Szewczyk - Bilansowanie i kinetyka procesów

biochemicznych (wyd.PW)-2005

6. S.Aiba, A.E.Humphrey, N.F.Willis – Inżynieria biochemiczna,

WNT 1977

7. Viestrus U.E.,Kuzniecow A.M., Sawienkow W.W., Bioreaktory –

zasady obliczeń i doboru

8. Viesturs U.E., Szmite I.A. Żilewicz A.W., - Biotechnologia –

substancje biologicznie czynne, technologia, aparatura

WNT 1992

9. Bałdyga J., Henczka M., Podgórska W., -Obliczenia w inżynierii

bioreaktorów (wyd.PW)-1996

10. Ratlege C. Kristiansen B. – Podstawy biotechnologii, PWN 2011

11. M.L.Shuler, F.Kargi – Bioprocess engineering. Basic concepts

(second ed.) Prentice Hall 2002

12. J.M. Lee – Biochemical engineering , eBook ver.2.2, 2006

13. Libudzisz Z, Kowal K., (red.) – Mikrobiologia techniczna,

T. I – II, (wyd.PŁ), 2000

14. M.Chaplin, Ch. Bucke – Enzyme technology (Cambridge

Univ.Press)

http://www.lsbu.ac.uk/biology/enztech/index/html

15. H.R.Bungay, J.S. Dordick i in. – Rensselaer Polytechnic, USA

- kursy inżynierii biochemicznej:

CHME-443 Introduction to biochemical engineering

CHME-643 Biochemical engineering

http://www.rpi.edu/dept/chem-eng/Biotech-Environ/

b32443.htm

16. D.Petrides - Bioprocess design and economics; w:

Bioseparations science and engineering, R.G.Harrison,

P.W.Todd, S.R.Rudge, D.Petrides (eds.),

Cambridge University Press, 2003

http://www.intelligen.com/literature.html

17. D.Wrzosek – Matematyka dla biologów, Wyd. WUW 2008

18. Materiały na płycie CD (wybrana literatura) dostarczone przez

wykładowcę

Opisy przedmiotów w USOS i USOSweb są chronione prawem autorskim.
Właścicielem praw autorskich jest Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu.
ul. Jurija Gagarina 11, 87-100 Toruń tel: +48 56 611-40-10 https://usosweb.umk.pl/ kontakt deklaracja dostępności USOSweb 7.0.3.0-1 (2024-04-02)