Fermentazioni Industriali

Esame Biotecnologie microbiche

Facoltà Agraria

Dal corso del Prof. Rollini Manuela Silvia

Università Università degli Studi di Milano

Appunto

4,0 / 5 (1)

Scarica

1. Introduzione 6
1.1 Processo fermentativo riproducibile: aspetti importanti 6
1.2 Prodotti ottenibili 7
1.3 Fasi del processo fermentativo e punti critici. Alcuni esempi 7
1.3.1 Fermentazione con recupero in continuo del prodotto 8
1.3.2 Recupero selettivo di molecole apolari aderenti al lato esterno della parete 9
1.3.3 Recupero selettivo di molecole polari presenti nella parete 9
1.4 Produzione di metaboliti 10
1.4.1 Come il metabolismo influenza i tipi di prodotti ottenuti 10
1.4.2 Metabolismo anaerobio 10
1.4.3 Metabolismo aerobio 11
1.4.4 Considerazioni inerenti i due metabolismi: regolazione del metabolismo 11
1.5 Attività enzimatica, tipologie di vie metaboliche e loro regolazione: inibizione dell’attività, repressione della sintesi, modificazione della permeabilità cellulare, blocco metabolico 12
2. Produzione di Acidi Organici 14
2.1 L’acido lattico 15
2.2 L’acido citrico 16
2.2.1 L’impiego di Aspergillus niger 16
2.2.2 L’impiego di Yarrowia lipolitica 18
2.3 Acido gluconico 18
3. Gestione delle colture industriali 22
3.1 Gestione delle colture su larga scala: la coltura batch 22
3.1.1 Tipologie di colture: coltura in batch, in continuo e in fed-batch 23
3.1.2 Coltura batch 23
3.1.2.1 Spiegazione dettagliata della curva di crescita in una coltura batch 24
3.1.2.2 Analisi matematica della coltura batch: tempo di duplicazione, variazione della biomassa, velocità specifica di sviluppo microbico, velocità volumetrica, resa di conversione 25
3.1.2.3 L’equazione di Monod 29
3.1.2.4 Il significato di KS 30
3.1.2.5 Classificazione secondo il criterio cinetico (Gaden, 1959) 31
3.1.2.6 Tabella riassuntiva dei tre processi classificati secondo il criterio cinetico 33
33
3.1.2.7 La gestione dei tempi nella coltura batch 33
3.1.3 La coltura continua 34
3.1.3.1 La velocità di diluizione e il tempo di residenza (holding time) 35
3.1.3.2 Classificazione della coltura continua in funzione del sistema di controllo: chemostato e turbidostato 36
3.1.3.3 Bilanci 36
3.1.3.3.1 Bilancio di biomassa 36
3.1.3.3.2 Bilancio di substrato 37
3.1.3.4 Rapporti tra μ e D 37
3.1.3.5 Chemostato 38
3.1.3.5.1 Il sistema di controllo del volume nel chemostato: sistema a troppo pieno 39
3.1.3.5.2 Il sistema di controllo del volume nel chemostato: sistema a pompa a due canali 39
3.1.3.5.3 Il sistema di controllo del volume nel chemostato: sistema a manometro 40
3.1.3.5.4 Il sistema di controllo del volume nel chemostato: sistema a load cell 40
3.1.3.6 Andamento di biomassa e substrato in coltura continua 40
3.1.3.7 Allestimento del chemostato 40
3.1.3.8 Inconvenienti nella coltura continua 41
3.1.3.9 Influenza di D su x e S 41
3.1.3.10 Relazione tra D, μ e KS 42
3.1.4 Differenze tra coltura batch e continua 42
3.1.5 Colture continue multistadio 42
3.1.5.1 Coltura continua multistadio con una sola alimentazione 42
3.1.5.2 Sistema multistadio con più alimentazioni 43
3.1.5.3 Sistema multistadio con riciclo 43
3.1.6 Coltura fed-batch (aka extended culture o semi-batch) 43
3.1.6.1 Considerazioni inerenti la coltura fed-batch: i metaboliti secondari e il feed di mantenimento 44
3.1.6.2 Vantaggi della coltura fed-batch 44
3.1.6.3 Osservazione sulla coltura fed-batch 44
3.2 Confronto tra i diversi sistemi colturali 45
4. Lo sviluppo microbico 45
4.1 Metodi di valutazione dello sviluppo microbico 46
4.1.1 I metodi diretti 46
4.1.1.1 La tecnica microscopica 46
4.1.1.2 Tecnica elettronica mediante citometro (coulter-counter) 47
4.1.1.3 Tecnica biologica 48
4.1.2 Metodi diretti: il volume cellulare umido 48
4.1.3 Metodi diretti: la massa cellulare 48
4.1.4 I metodi indiretti 49
4.1.4.1 La turbidimetria 49
4.1.4.2 Componenti non specifici e specifici 49
4.1.4.3 Consumo di substrato e formazione di prodotto 50
4.1.4.4 La viscosità della coltura 50
4.1.4.5 La calorimetria 50
5. Immobilizzazione cellulare 50
5.1 Tecniche passive 51
5.1.1 Aggregazione 51
5.1.1.1 Colonizzazione (sottocategoria dell’aggregazione) 52
5.1.2 Adsorbimento 52
5.2 Immobilizzazione attiva 52
5.2.1 Legame covalente 52
5.2.2 Intrappolamento 53
5.2.2.1 I polimeri sintetici 53
5.2.2.2 Polimeri naturali: agar 53
5.2.2.3 Polimeri naturali: K carragenine 53
5.2.2.4 Polimeri naturali: alginato 53
5.2.3 Cross-linking intermolecolare 54
5.2.4 Confinamento in sistemi semipermeabili 54
6. Bioreattori e scale-up 54
6.1 Esigenze funzionali, esigenze economiche e scelta del reattore 54
6.2 Le performance del bioreattore 55
6.3 Problemi legati ai reattori/processi di produzione 55
6.4 Classificazione dei reattori 55
6.4.1 Fermentatori nei processi anaerobi 56
6.4.2 Reattori convenzionali 56
6.4.3 Bioreattori per processi aerobi 57
6.4.3.1 Reattori non convenzionali a circolazione 57
6.4.3.1.1 Reattori non convenzionali a circolazione per immissione di aria pressurizzata 57
6.4.3.1.2 Altri reattori 59
6.4.3.2 Rattori a circolazione tramite pompa nozzle reactor 59
6.4.3.3 Reattori a circolazione tramite pompa tubolari 59
6.4.3.4 Reattori per cellule immobilizzate 59
6.4.3.4.1 Reattori di superficie a tamburo (Surface reactor) 59
6.4.3.4.2 Reattori trickling filter 59
6.4.3.4.3 Reattore a letto impaccato (packed o fixed bed reactor) 60
6.4.3.4.4 Reattore a letto fluido (fluidized bed reactor) 60
6.5 Impianto pilota 60
7. Colture di cellule animali e vegetali 60
7.1 Colture di cellule animali 60
7.1.1 Caratteristiche delle cellule animali 61
7.1.2 Condizioni colturali e esigenze nutrizionali 61
7.1.3 Tipologie di bioreattori per colture di cellule animali 62
7.1.3.1 Roller bottles 62
7.1.3.2 Reattori STR 62
7.1.3.3 Spinner basket 62
7.1.3.4 Air-lift e bubble column 63
7.1.3.5 Multiple membrane plate bioreactor 63
7.1.4 Problematiche relative l’impiego di cellule animali 63
7.2 Colture di cellule vegetali 63
7.2.1 Allestimento di una coltura di cellule vegetali 63
7.2.2 Il terreno colturale 64
7.2.3 Metaboliti secondari derivanti da cellule vegetali presenti sul mercato 64
8. Aerazione e gestione delle problematiche dei microrganismi aerobi 65
8.1 La legge di Henry 65
8.2 Parametri che influenzano la disponibilità di ossigeno in un processo microbico 65
8.3 Ottimizzazione e gestione della disponibilità di ossigeno 65
8.3.1 L’ossigeno come substrato limitante 65
8.3.2 Andamento OUR in coltura batch 66
8.3.3 Trasferimento di ossigeno in una coltura 66
8.3.3.1 La Teoria dei due film 66
8.4 Il trasferimento di ossigeno 66
8.4.1 Come migliorare il trasferimento di ossigeno 67
9. Domande fermentazioni industriali 68

…continua

Anteprima

Vedrai una selezione di 10 pagine su 69