Inżynieria Chemiczna i Procesowa BIOPROCESY Wykład nr 20 : Reaktory Chemiczne

Inżynieria Chemiczna i Procesowa Inżynieria biomedyczna (Biomedical Engineering, BME ) wchodzi w skład nauk dotyczących bioinżynierii. Stanowi ona połączenie wiedzy zlokalizowane na pograniczu nauk technicznych, medycznych i biologicznych. Główne zagadnienia jakie obejmuje, to: bioinformatyka, informatyka medyczna, medical imaging (obrazowanie medyczne), telemedycyna, image processing (przetwarzanie obrazów), procesowanie sygnałów fizjologicznych, biomechanika, biomateriały, analiza systemowa, modelowanie 3D. Przykładami zastosowań tej wiedzy jest udoskonalanie produkcji i obsługi sprzętu medycznego, urządzeń diagnostycznych, oprzyrządowania obrazującego, wyposażenie laboratoryjne, lekarstwa oraz innego środki służące do terapii, które nieustannie wymagają rozwiązywania problemów. Wykład nr 20 : Reaktory Chemiczne

Inżynieria Chemiczna i Procesowa BIOCHEMIA Procesy biochemiczne, polegają na celowym przetwarzaniu materii z udziałem mikroorganizmów lub ich wydzielonych części. Inżynieria fizjologiczna Polega na wykorzystaniu wiedzy o transporcie masy pędy i energii do opisu procesów zachodzących w organizmach żywych w szczególności w organizmie człowieka. Wykład nr 20 : Reaktory Chemiczne

Inżynieria Chemiczna i Procesowa BIOCHEMIA Klasyfikacja drobnoustrojów : BAKTERIE PROMIENIOWCE Drożdże WIRUSY PLEŚNIE GLONY Wykład nr 20 : Reaktory Chemiczne

Inżynieria Chemiczna i Procesowa Kinetyka wzrostu drobnoustrojów: Hodowlę drobnoustrojów prowadzi się na określonych pożywkach i w określonych warunkach temperatury, ciśnienia osmotycznego , pH , i potencjały oksyredukcyjnego można ja prowadzić w sposób ciągły i okresowy. W procesie okresowym do określonej objętości pożywki wprowadza się odpowiednie drobnoustroje tzw. inoculum i prowadzi hodowlę do momentu wyczerpania pożywki lub zahamowania wzrostu na skutek nagromadzenia się inhibitujących metabolitów W hodowli ciągłej prowadzonej w przepływie dostarcza się pożywkę w sposób ciągły, a odbiera się zawiesinie biomasy Wykład nr 20 : Reaktory Chemiczne

Inżynieria Chemiczna i Procesowa Wykład nr 20 : Reaktory Chemiczne

Inżynieria Chemiczna i Procesowa Jeżeli w określonej objętości pożywki prowadzimy w sposób okresowy hodowlę mikroorganizmów rozmnażających się wyłącznie przez podział i nie tworzących złożonych skupisk, to licząc w czasie liczbę mikroorganizmów, otrzymamy krzywą zwaną krzywa wzrostu lub krzywa kinetyczną: Wykład nr 20 : Reaktory Chemiczne

Inżynieria Chemiczna i Procesowa Na krzywej kinetycznej można wyodrębnić cztery fazy hodowli: Faza pierwsza – faza zastoju lub przygotowawcza. Komórki bakteryjne przeniesione z jednej pożywki do drugiej dostosowują się do nowych warunków, przebudowując swój układ enzymatyczny. Faza druga – faza logarytmicznego wzrostu. Liczba podziałów rośnie w niej eksponencjalnie. Wiek osobniczy czyli czas pomiędzy podziałami jest w niej stały. Jest to główny okres wzrostu hodowli. Faza trzecia – faza równowagi. Liczba żywych komórek jest w niej względnie stała a tempo podziałów i zamierania jest zwolnione. Faza czwarta – faza zamierania. Podziały komórek są coraz rzadsze i wreszcie ustają. Wykład nr 20 : Reaktory Chemiczne

Inżynieria Chemiczna i Procesowa Najbardziej wydajny okres hodowli – fazę logarytmicznego wzrostu – teoretycznie można utrzymywać dowolnie długo, przenosząc hodowlę do kolejnych świeżych pożywek. Zależności ilościowe Stężenie c0 drobnoustrojów wprowadzonych do płynnej pożywki i rozmnażających się przez podział, po n podziałach wzrośnie do: Jeżeli w jednostce czasu zachodzi μ podziałów to

Inżynieria Chemiczna i Procesowa Z czego można wyznaczyć ilość podziałów w jednostce czasu: i wiek osobniczy t* Wykład nr 20 : Reaktory Chemiczne

Inżynieria Chemiczna i Procesowa Szybkość wzrostu masy bakteryjnej m w pożywce zawierającej czynnik ograniczający o stężeniu clim jest funkcją obu tych wielkości: Zdefiniujmy jako właściwą szybkość wzrostu r, przyrost masy na jednostkę czasu i jednostkę masy: Wykład nr 20 : Reaktory Chemiczne

Inżynieria Chemiczna i Procesowa W wyniku badań doświadczalnych Monod zaproponował wzór : największa szybkość wzrostu stężenie substratu dla którego obserwowana szybkość właściwa stanowi połowę szybkości maksymalnej Wykład nr 20 : Reaktory Chemiczne

Inżynieria Chemiczna i Procesowa aktualna szybkość wzrostu można wyrazić: Wykład nr 20 : Reaktory Chemiczne

Rów. Michaelis - Menten