Biomérnöki műveletek és folyamatok

Bevezetés: A biotechnológiai iparok gazdasági jelentősége,termékek, termelési statisztikák.

                                                                                                                                             2 óra

1.Enzimes folyamatok és műveletek                                                                            

 1.1. Az enzim hatás alapjai, enzimek szerkezete, tulajdonságai, csoportjai.                  3 óra   

 1.2. Homogén fázisú enzim reakciók

    - Michaelis-Menten és Briggs-Haldane enzimkinetika, aktivitás, enzim mérés           4 óra

    - Enzim moduláció: kompetitiv, nem kompetitiv,unkompetitiv és lineáris kevert típusú

           inhibició kinetikája, S-gátlás,     termék-gátlás

-         Több-szubsztrátos reakciók

    - Környezeti hatások az enzimaktivitásra                                                                            4 óra

2. Enzimes és mikrobiális biokonverziók (alapfolyamatok)                                           6 óra

    - Oxidáció (alkoholok, cukrok, szterolok)

    - Redukció

    - Koenzim regenerálással működő biokonverziók

    - Transzglikozilálás

    - Kondenzáció

    - Izomerizálás

    - Reszolválás

 - Hidrolizis (keményítő, pektin, glikozidok, penicillin, RNS enzimes hidrolízise, zsírok

                         hidrolízise és átészterezése

 - Foszforilálás: ATP és ADP szintézis

 - Peptidek biotranszformációs előállítása

    - Anaerob és aerob detoxikáció

    - Nitrifikáció és denitrifikáció, foszfor eltávolitás, fémeltávolitás

    - Enzimes átalakítások nem vizes rendszerekben

3. Fermentációs folyamatok és műveletek                                                                            

3.1. A mikroba növekedés alap-kinetikai leírása                                                                     2 óra

3.2. A mikroba növekedéshez és termeléshez szükséges tápanyagok, tápoldatoptimálás

   - Szubsztrátok hasznosulása, hozamok                                                                                4 óra

   - Anyag- és energia mérlegek

3.3. Szubmerz fermentációs rendszerek és matematikai  modellezésük                        10 óra

   - Általános elvek

   - Mikrobiális sztöhiometria

   - Monod modell-család

   - Termékképződés kinetikája

   - Folytonos fermentációs rendszerek (kemosztát, turbidosztát /ideális és reális reaktormodellek/)

   - Speciális fermentációs rendszerek (rátáplálásos, félfolytonos, ismételt rátáplálásos,             visszatáplálásos rendszerek), folytonos rendszerek osztályozása

3.4 Fermentációs tápoldatok sterilezése: hőpusztulás, szakaszos és folytonos sterilezés,           sterilező berendezések. A levegő sterilezése.                                                                                          3 óra

3.5. Kémiai csírátlanítás módszerei, dezinficiálás                                                                     1 óra

3.6. Anyagátadási műveletek                                                                                                  10 óra

       - Levegőztetés: anyagátadás buborékokból,az oxigénabszorpció alapösszefüggései, telítési           oxigén koncentráció, KLa becslése, keverés szerepe, teljesítményigény, KLa

            összefüggései     kevert            rendszerekben,  KLa  függése a környezeti tényezőktől.

        - Fermentlevek reológiai viselkedése

   - Méretnövelés alapkérdései

 2.5. Aerob és anaerob reaktorok                                                                                          1 óra

 2.6 Bioreaktorok műszerezése, mérés és szabályozás alapjai                                      2 óra

 2.7..Habzás, habgátlás                                                                                                         

 3. Fermentációs technológiák gazdasági kérdései

Minimálkövetelmény: a törzsanyag megfelelő színtű ismerete.

Alapszint:-

Emelt szintű vizsgához szükséges további tematika: egyéni kiadott anyag feldolgozása a matematikai modellezés témakörében.(strukturális modellek,metabolit hálózatok modellezése)

oldott oxigénmérő elektród működése.

 „Nefelejcs” szint és fogalmak:

Fehérjék fogalma, szerkezetük (primer, szekunder, tercier, kvaterner).

Az enzimhatás alapja: aktív centrum,…..aktiválási energia és a katalízis kapcsolata.

Enzimek specifitásai: szubsztrát-, reakció-,csoport-, sztereo-,régió-.

Enzimek elnevezése IUPAC szerint: EC csoportok.

Enzimegység definíciók: IU, KATAL

Michaelis-Menten egyenlet és diszkussziója:reakciórend. Nulladrendú, elsőrendű körülmények.Egyensúly és steady state. Affinitás. Katalitikus effektivitás.

Lineweaver-Burk ábrázolás.

Reverzibilis reakciók: S és P és E összekeverésekor milyen irányba indul el a reakció?

Enzim inhibíciók fajtái. Inhibíció foka, aktiváció foka.

Kompetítív inhíbíció, nemkompetitív inhibíció, sémák és egyenletek illetve ábrázolásaik.

Reakciótípusok: oxidáció,redukció,hidrolízis,kondenzáció, izomerizáció (példával)

NAD, NADH és részvételük oxidoredukciókban.

Rezolválás fogalma aminosavak esetén.

Mono- és diszaharidok: glükóz, fruktóz, szaharóz, galaktóz, laktóz.

Poliszaharidok szerkezete:keményító, cellulóz, dextrán, xantán.

Elsőrendű pusztulási kinetika. Hőrezisztencia. Pszihrofil, mezofil, termofil fogalmak.

Vegetatív és spórás alakok lényege és rezisztencia különbségük oka.

A hőpusztulás valószínűségi értelmezése: a sterilitáskritériumok.

Táplálkozási típusok: autotróf, heterotróf,organotróf, litotróf mikrobák.

Energiatöltés (energycharge)

Genotípus, fenotípus.

Szakaszos tenyésztés növekedési görbe és szakaszai: lag-, gyorsuló-, exponenciális, hanyatló fázis.

Fajlagos növekedési sebesség, generációs idő, metabolikus kvóciensek:P/O,RQ, fajlagos sebességek. Limitáló szubsztrát fogalma.

Eredő hozam, C-forrás hasznosulás: fenntartási energia igény, inkorporáció.Asszimiláció, disszimiláció, metabolizmus, katabolizmus, anabolizmus.

Primer anyagcseretermék, szekunder anyagcseretermék.

Kemosztát, turbidosztát, auxosztát, nutrisztát.

Higítási sebesség, kritikus higítási sebesség, átlagos tartózkodási idő, térfogatcsere,állandósult állapot, kimosódás, produktivitás.

Kontroll változók, állapotváltozók.

Félfolytonos tenyésztés, rátáplálásos szakaszos fermentáció.

Aerob és anaerob respiráció. Légzési sebesség, fejlagos légzési sebesség.

Glikolízis. Citrát kör. Oxidatív foszforilezés.

Kritikus oxigén koncentráció.

K_L, a, K_La. Oxigénabszorpció eredő differenciálegyenlete és megoldása.

Az oxigénoldhatóság: mitől függ, hogyan és miként lehet technológiai szempontból befolyásolni?

Oxigénétadás dimenziómentes paraméterei: Re,Fr.Sc, Gr számok definíciói.

Az anyagátadási felület                         összefüggés szerinti  befolyásolhatósága.

A Hold up.

A keverés funkciói, a keverés teljesítmény felvétele. Levegőztetési szám.

Reológiai alapfogalmak: deformációsebesség (nyírósebesség), nyírófeszültség, viszkozitás, látszólagos viszkozitás, Newtoni-fluidum, pszeudoplasztikus, Bingham plasztikus, dilatáns fluidum.

Optikai denzitás,turbidimetria, nefelometria,szélesztés, higítási sor.

Amperometrikus oldott oxigén mérő elektród működése.