Elementy biotechnologii

obowiązkowe

Zaliczone wykłady z chemii ogólnej i organicznej. Umiejętność wykonywania obliczeń chemicznych.

w sali

Biotechnologia przemysłowa

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.

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.

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.

punktowany egzamin ustny zdalny, ocena końcowa zależna od liczby punktów

nie dotyczy