Elementy biotechnologii 1200-1ZMELBIOW5
1. Definicje i zagadnienia podstawowe
– Technologia chemiczna i biochemiczna - podobieństwa i różnice. Zasady technologiczne: zasada najlepszego wykorzystania różnic potencjałów, zasada najlepszego wykorzystania surowców, zasada najlepszego wykorzystania energii. Bilansowanie masy, bilansowanie energii w procesie technologicznym. Zasada najlepszego wykorzystania aparatury.
– Charakterystyka technologii biochemicznych. Udział różnych dyscyplin w rozwoju procesu technologicznego. Procesy biotechnologiczne - najbardziej obiecujące techniki przetwórcze. Surowce odnawialne. Porównanie syntezy chemicznej i syntezy biochemicznej.
– Reakcje katalityczne i enzymatyczne. Kinetyka prostych reakcji enzymatycznych. Kinetyka złożonych reakcji enzymatycznych. Inhibicja enzymów. Kinetyka układów oscylujących. Biochemia, fizjologia i termodynamika wzrostu i metabolizmu drobnoustrojów. Wydajność i selektywność mikroorganizmów i enzymów.
– Mikroorganizmy o znaczeniu przemysłowym. Wirusy, bakterie, grzyby. Wymagania pokarmowe. Otrzymywanie szczepów przemysłowych - izolacja, selekcja. Biologiczne źródła węgla, azotu, tlenu oraz biologiczne źródła energii. Przenoszenie energii.
2. Elementy Inżynierii Chemicznej i Biochemicznej.
– Z laboratorium do przemysłu - powiększanie skali - rozwój procesu technologicznego. Metody prowadzenia procesów biochemicznych. Techniki hodowlane. Procesy z unieruchomionymi komórkami. Kierowanie aktywnością chemiczną drobnoustrojów.
– Kontrola procesu przemysłowego - aparatura pomiarowa i regulacyjna, systemy nadzoru procesów przemysłowych.
– Bioreaktory: fermentory do hodowli tlenowych i beztlenowych, bioreaktory membranowe. Bioreaktory z immobilizowanym materiałem biologicznym.
Fotobioreaktory. Prowadzenie procesu w warunkach sterylnych. Transfer masy i ciepła w przemyśle chemicznym i biochemicznym.
– Techniki separacji. Flokulacja, sedymentacja, filtracja biomasy (rodzaje filtracji), wirowanie - wirówki sedymentacyjne i filtracyjne. Rozbijanie ścian komórek. Techniki zagęszczania. Zagęszczanie termiczne, wyparki. Ekstracja. Ultrafiltracja. Odwrócona osmoza. Precypitacja.
- Oczyszczanie substancji biologicznych. Krystalizacja. Metody membranowe. Chromatografia preparatywna. Suszenie. Suszenie produktów biotechnologicznych.
3. Wybrane przykłady przemysłowych procesów biotechnologicznych.
– Etanol. Etanol jako surowiec chemiczny. Chemizm fermentacji etanolowej. Surowce do przemysłowej produkcji etanolu. Metody prowadzenia fermentacji. Wydzielanie i oczyszczanie etanolu. Rektyfikacja. Otrzymywanie bezwodnego etanolu. Ekonomika procesu.
– Biologiczne wytwarzanie kwasów organicznych. Kwas octowy, cytrynowy, mlekowy. Fermentacja butanolowo-acetonowa.
– Przemysłowe otrzymywanie aminokwasów. Produkcja polisacharydów - dekstran, skleroglukan, ksantan. Techniki biochemiczne w chemii lipidów i tłuszczów.
– Produkcja i zastosowanie preparatów enzymatycznych. Ogólna charakterystyka enzymów i ich podział. Wydzielanie i oczyszczanie enzymów. Formy preparatów enzymatycznych. Przykłady wytwarzania preparatów enzymatycznych: amylaza grzybowa, izomeraza glukozowa. Zastosowanie enzymatycznych preparatów przemysłowych. Zastosowanie enzymów w analityce.
– Biotechnologia farmaceutyczna. Produkcja antybiotyków. Zarys technologii otrzymywania wybranych grup antybiotyków. Penicyliny, antybiotyki aminoglikozydowe, tetracykliny. Witaminy: B12, B2, witamina C. Surowice i szczepionki.
– Hodowle komórek roślinnych i zwierzęcych. Przemysłowe zastosowanie hodowli komórek zwierzęcych - techniki produkcji.
– Hydrobiometalurgia - mikrobiologiczne wydzielanie metali, mechanizm procesu.
– Biotechnologiczna utylizacja ścieków i odpadów przemysłowych. Biotechnologia a ochrona środowiska. Oczyszczanie ścieków komunalnych i przemysłowych. Metoda osadu czynnego. Bioremediacja, biosorpcyjne metody usuwania i zagęszczania metali ciężkich. Bioutylizacja odpadów, kompostowanie i otrzymywanie biogazu.
– Elementy ekonomiki procesów przemysłowych. Szacowanie kosztów, projektowanie procesu przemysłowego. Przemysł biotechnologiczny jako biznes. Firmy biotechnologiczne. Patenty. Bioetyka.
Rodzaj przedmiotu
Tryb prowadzenia
Założenia (opisowo)
Koordynatorzy przedmiotu
Efekty kształcenia
Po ukończeniu wykładu student potrafi wyjaśnić podstawowe pojęcia technologii chemicznej i biotechnologii, potrafi rozpoznawać problemy związane z projektowaniem i oceną procesu technologicznego na gospodarkę i środowisko, analizować przebieg procesu, wskazać wady i zalety określonych metod produkcji substancji chemicznych. Student potrafi ocenić parametry i wstępnie dobrać optymalną metodę przemysłowego otrzymywania, oczyszczania, przeróbki i utylizacji substancji chemicznych wykorzystywanych w nowoczesnej chemii, inżynierii materiałowej i energetyce. Student potrafi powiązać pojęcia i osiągnięcia naukowe z ich zastosowaniami komercyjnymi. Student będzie umiał posługiwać się normami – krajowymi i międzynarodowymi – w zakresie techniki oznaczeń oraz oceny jakości i wartości surowców i towarów.
Kryteria oceniania
punktowany egzamin ustny zdalny, ocena końcowa zależna od liczby punktów
Praktyki zawodowe
nie dotyczy
Literatura
Biotechnologia:
[1] K. Szewczyk: „Technologia biochemiczna”, Wydawnictwa Politechniki Warszawskiej 1997.
[2] „Podstawy biotechnologii przemysłowej”, praca zbiorowa pod red. W. Bednarskiego i J. Fiedurka, WNT, Warszawa 2007.
[3] Aiba, Humprey, Millis: „Inżynieria biochemiczna”, WNT Warszawa 1977
[4] J. Buchowicz : „Biotechnologia molekularna”, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2007
Biochemia:
[5] J. Kączkowski: „Podstawy Biochemii”, WNT, Warszawa
[6] Streyer L. „Biochemia”, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 1997 (i wersje późniejsze)
Inżynieria i Technologia Chemiczna:
[7] “Podręcznik do ćwiczeń z technologii chemicznej” praca zbiorowa pod red. T. Kasprzyckiej-Gutman., Wydawnictwa Uniwersytetu Warszawskiego, Warszawa, 1996r
[8] E. Bortel, H. Koneczny: „Zarys technologii chemicznej”. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 1992.
[9] E. Grzywa, J. Molenda - “Technologia podstawowych syntez organicznych”.
[10] E. Bortel, H. Koneczny - Zarys technologii chemicznej.
[11] J.Kępiński - Technologia chemiczna nieorganiczna.
Więcej informacji
Dodatkowe informacje (np. o kalendarzu rejestracji, prowadzących zajęcia, lokalizacji i terminach zajęć) mogą być dostępne w serwisie USOSweb: