TEHNOLOŠKO METALURŠKI FAKULTETUNIVERZITET U BEOGRADU

Projektovanje biotehnoloških procesaSeminarski rad

Tema: Bioreaktori

Profesor: Studenti:Branko Bugarski Bajić Biljana Borić Milka Marković Jelena Milošević Tijana Putniković Suzana

0

Sadržaj

1. Uvod ...........................................................................21.1. Parametri procesa................................................. .21.2. Biokatalizatori .......................................................32. Faze biotehnološkog procesa......................................33. Pranje i sterilizacija opreme.......................................43.1. Sterilizacija opreme................................................53.2. Priprema medjima..................................................63.3. Materijali................................................................74. Rast mikroorganizama...............................................84.1. Mehanizam mikrobnih fermentacija... ................104.2. Kinetika mikrobnih procesa.................................105. Bioreaktori................................................................125.1. Bireaktori sa mehaničkim mešanjem...................135.2. Primena hemostata za određivanje kinetičkih

parametara rasta……………………………........165.3. Idealni hemostat…………………………………176. Zaključak............................................................. ....18

1

UVOD

Biotehnološki procesi se projektuju u cilju proizvodnje određenih proizvoda koji mogu imati primenu u biotehnologiji, farmaciji, medicini ili u cilju razgradnje neželjenih štetnih supstanci ili zagađivača okoline u ekološkom inženjerstvu. Biotehnološki procesi mogu biti vrlo raznovrsni i komplikovani, ali je za sve biotehnološke postupke zajedničko to da se odigravaju pomoću živih ćelija ili njenih delova, kulture tkiva, organa ili živog organizma. Žive ćelije se mogu nazvati biokatalizatori, pa se biotehnološki proces može predstaviti sledećom reakcijom:

6.1. Parametri bioprocesa

1.fizičko- hemijski :– temperatura (treba da bude niža od optimalne radi smanjenja štetne

enzimske aktivnosti proteaza koje se nakupljaju u kulturi tokom šaržnih bioprocesa)

– pH (optimalne vrednosti pH zavise od tipa mikroorganizma, vrste bioprocesa i željenog proizvoda)

– penušanje (pojavljuje se pri mešanju barbotiranjem)– pritisak– mešanje (osigurava homogenost ćelijske kulture u bioreaktoru)– kiseonik (najbitniji parametar bioprocesa)– ugljen-dioksid (predstavlja nusprodukt metabolizma i dodaje se za

podešavanje pH)2.biološko-biohemijski :

– ukupan broj ćelija – vijabilnost ćelija – veličina ćelija – metaboliti (amonijak, glikoza ...)– proteini – DNA

2

SupstratProizvodBioreaktor sa

biokatalizatorom

6.2. Biokatalizatori

Pod biološkim katalizatorima podrazumevaju se biološke vrste i njihovi proizvodi ili delovi koji imaju sposobnost konverzije supstrata (sirovine ) u korisne proizvode. U biotehnološkoj proizvodnji koriste se dve grupe bioloških katalizatora:

mikrobne, animalne i biljne ćelije i tkiva i enzimi.

Imobilizacijom biokatalizatora se postižu mnoge prednosti. Moguće je ostvariti veće koncentracije biokatalizatora u bioreaktoru i time veće stepene konverzije, moguće je ponovno korišćenje biokatalizatora bez korišćena složenih procesa za izdvajanje biokatalizatora iz reakcione smeše. Bioreaktori sa imobilisanim biokatalizatorima mogu da rade i pri protocima većim od brzine ispiranja, a kod osetljivijih ćelija se ostvaruje zaštita od prevelikih smicajnih sila. Neki od nedostataka imobilizacije su: moguća je samo u procesima u kojima se proizvod izlučuje iz ćelija u okolinu, javljaju se difuziona ograničenja prilikom prenosa mase, pa je teško kontrolisati uslove mikrookoline i može doći do sporijeg rasta ćelija i oslobađanja metaboličkih gasova.

7. FAZE BIOTEHNOLOŠKOG PROCESA

Biotehnološki proces se sastoji iz tri glavna dela:

1. Pripremna faza (Upstream processing)- pripremna faza se može definisati kao niz postupaka koji se izvode pre same fermentacije kao što je priprema medijuma, aeracija, sterilizacija i inokulacija.

2. Fermentacija (biotransformacija)

3. Završna faza (Downstream processing)

3

- nakon fermentacije proizvodi su često neupotrebljivi bez dalje obrade; zato su različiti postupci i metode prečišćavanja uključeni u postupak finalizacije proizvoda; takođe završna faza obuhvata tretman otpadnih materija

8. PRANJE I STERILIZACIJA OPREME

Za proizvodnju je neophodno konstruisati adekvatne uređaje i aparate, tako da živi mikroorganizmi ili ćelije mogu da pokažu svoju aktivnost pod definisanim uslovima. Neophodno je da uređaji i aparati, odnosno bioreaktori budu konstruisani tako da spreče razvoj kontaminirajućih organizama. Kontaminacije se mogu sprečiti sterilizacijom hranljive podloge, bioreaktora i prateće opreme kao i sterilizaciju svih dodataka (vazduh, voda...).

Nakon jednog proizvodnog procesa potrebno je ukloniti zaostale reaktante i opremu očistiti i sterilisati do potrebnog nivoa da bi se sledeći proces mogao obaviti. Načini na koje se mogu postići potrebni nivoi sterilnosti opreme pre početka procesa zavise od standarda koji se prilikom tog procesa moraju ispuniti. U većini savremenih postrojenja ti standardi su visoki i mogu se zadovoljiti korišćenjem automatskih sistema kod kojih se sterilizacija i pranje mogu obaviti bez demontiranja opreme tzv. CIP i SIP.

4

CIP (clean in place) je postupak tokom koga se vrši pranje i sanitacija opreme uz pomoć odgovarajućih rastvora radi čišćenja svih proizvodnih površina. SIP (sterilization in place) je postupak kojim se vrši smanjenje aktivnog mikrobiološkog sadržaja u opremi korišćenjem vodene pare .

Pored automatskog pranja, bioreaktor se može i ručno oprati. primenjuje se i za male i za reaktore velikih kapaciteta. Reaktor se najpre ispere običnom vodom, zatim se napuni rastvorom za pranje koji se intenzivno mesa i kontrolisano zagreva.

8.1. Sterilizacija opreme:

1. automatska sterilizacija punog reaktora (SIP-sterilization in place)- vrši se zagrevanjem tečnosti (medijum ili voda) u reaktoru da bi se proizvela para neophodna za sterilizaciju

2.automatska sterilizacija praznog reaktora (SIP)- vrši se uvođenjem čiste pare u prazan reaktor; primenjuje se kada je medijum osetljiv na visoke temperature ili kada treba smanjiti vreme zagrevanja

3. kontinualna sterilizacija vodenom parom- postiže se kraće vreme na višim temperaturama (veća od 130ºC)

U fermentoru se izbegavaju “mrtve zone, uglovi i čepovi” koji se teško zagrevaju i u kojima se mogu zadržavati kondenzati. Sve površine treba da budu visoko polirane, spojevi dobro zavareni, a korozija se ne toleriše. Za automatsko pranje potrebni su posebni ventili. Da bi se izbegle aerosoli potrebni su pritisci na raspršivačima ispod 2.5 bara. Oni su u gornjem delu suda. Ležište mešalice treba da bude hermetički zatvoreno. Sterilni cevovodi ne smeju biti direktno vezani za nesterilne cevovode. Na spoju se stavlja barijera u vidu sterilnog filtera. Ventili treba da budu otporni na visoke temperature, agresivne hemikalije.

5

8.2. Priprema medijuma

Aktivnost mikroorganizama je u velikoj zavisnosti od uslova u njihovoj okolini. Okolnu sredinu čini, pre svega, hranljiva podloga u kojoj mikroorganizmi rastu i konvertuju njene komponente u intermedijarne i krajnje proizvode. Postoje dve vrste hranljivih podloga: 1. hemijski definisane podloge – sadrže tačno određene količine

hemijski čistih supstanci poznatog hemijskog sastava2. složene ili kompleksne podloge - hemijski satav supstanci nije

potpuno poznat ili je varijabilan u zavisnosti od izvora

Komponente hranljive podloge se klasifikuju prema njihovoj glavnoj funkciji u podlozi u više grupa, i to:

– izvori energije, – izvori ugljenika, – izvori azota – minerali, – vitamini i drugi faktori rasta, – antipenušavci, – prekursori i metabolički regulatori, – puferi

– kiseonikPored navedenih supstrata, hranljivu podlogu uvek čini voda, koja je nezamenljivi rastvarač svih supstrata, učesnik u metabolizmu proizvodnih organizama i prenosilac mase i toplote u bioreaktorima. Medijum je potrebno sterilisati.

Sterilizacija je proces uništavanja ili uklanjanja mikroorganizama iz medijuma i opreme. Sterilizacija je obavezna u obezbeđivanju normalne fermentacije pomoću inokuluma bez kontaminacje.

Osnovni zahtevi sterilnog procesa su:

1. jednostavan geometrijski oblik; 2.minimalan broj ivica i spojeva; 3.eliminacija mrtvih zona; 4.dovodi, ispusti i ventili koji se mogu sterilisati; 5.mogucnost da se pojedinacne zone reaktora zasebno sterilisu; 6.sprecavanje nadpritiska u reaktoru; 7.minimalan broj uredjaja za merenje i uzimanje uzorka;

6

8.minimalna hrapavosta povrsina; 9.osovine mesalica koje mogu da se sterilisu.

Tehnike pogodne za sterilizaciju fermentacionog medijuma su:

1. sterilizacija toplotom – šaržna ili kontinualna; kontinualna ima prednost jer minimizira degradaciju nutrijenata i ekonomičnija je u pogledu konstrukcije i u pogledu automatske kontrole; za male kapacitete šaržna je bolje rešenje, jer je kontinualna u tom slučaju suviše skupa. 2. membranska filtracija - filteri se prave se različitih materijala i sarazličitim veličinama pora i koriste se za uklanjanje mikroorganizama i virusa3. Nove metode sterilizacije zasnovane na microwave - induced argonPlasma4. hemijska sterilizacija i kombinacija fizičkih i hemijskih metoda(DPC)

8.3. Materijali koji se koriste za izradu bioprocesne opreme

Prochrom čelici (odgovarajućih tipova), odnosno čelik 316 SS (316 SS i 316 SS/TI), eventualno 306 za neke elemente opreme.

Teflon i odgovarajući fluoropolimeri Polipropilen (PP), polisulfon (PSF), polietilen velikje gustine (HDPE),

kompozitne epoksi i druge smole sa dokazanom biokompatibilnošću i otpornošću

Borosilikatno staklo i staklo/keramika Keramike odgovarajućih tipova

Materijali koji se ne koriste ili izbegavaju pri izradi bioprocesne opreme:

Mesing, bakar, zink, aluminijum, gvožđe i limovi od ovih metala, hromirani i niklovani limovi od obojenih metala.

Drvo Obično staklo Plastike tipa ABS, polietilen niske gustine, termopolimeri,

polivinilhlorid, polimetilpenten, epoksi smole. Polikarbonat

7

Plastične mase, posebno polipropilen samo kao nativni polimeri bez dodataka aditiva (plastifikatora itd.)

9. RAST MIKROORGANIZAMA

Rast mikroorganizma je posledica stalnih sintetičkih procesa i akumulacije energije u ćelijama mikroorganizama pri čemu dolazi do povećanja njihove biomase do određene veličine za određenu vrstu.Optimalni fizičko – hemijski uslovi za reprodukciju razlikuju se za svaku vrstu mikroorganizama, dok pri definisanim fizičko-hemijskim uslovima, rast mikroorganizma zavisi od vrste i količine hranljivih materija.

Period rasta je ograničen zbog: iscrpljivanja hranjive podloge, odnosno supstrata, nakupljanja toksičnih produkata metabolizma, ćelije stare i odumiru.

Rast mikroorganizama u šaržnim sistemima se odvija u nekoliko faza, što je prikazano na dijagramu 1. Dijagram 1. Kriva rasta mikroorganizama pokazuje zavisnost koncentracije ćelija od vremena. Oblik krive zavisi od vrste ćelija. Rast ćelija prikazan na dijagramu 1. podrazumeva postojanje dovoljne količine supstrata za proces u šaržnim uslovima.

8

Dijagram 1.

Kod normalnog rasta mikroorganizama u šaržnim uslovima postoje 4 osnovne faze:

1. LAG fazaZove se i faza prilagođavanja, ili faza suzdržanog (pritajenog) rasta. Dužina trajanja lag faze zavisi od starosti mikroorganizama, starije ćelije se sporije prilagođavaju, a mlade brže. Tokom tog perioda ne dolazi do reprodukcije ćelija već dolazi do povećanja njihovih dimenzija, da bi na kraju te faze dostigle maksimalne. Tokom lag faze nema nakupljanja otpadnih produkata metabolizma.

2. Faza eksponencijalnog rasta ćelijaOvo je faza najbrže reprodukcije ćelija. Ćelijska deoba se odvija kontinualno i maksimalnom brzinom u postojećim uslovima.Tokom rasta supstrat se troši i nagomilavaju se otpadni produkti metabolizma, dok se broj ćelija eksponencijalno povećava.

Ovaj period rasta ćelija opisuje Monodova kinetika:

r =

k - konstanta brzine rasta ćelija,Cc - koncentracija ćelija,C - koncentracija supstrata,C - Monodova konstanta.

3. Stacionarna fazaTokom ove faze ne menja se značajno broj ćelija. Kada faktori okruženja, kao što su dostupnost nutrijenata, temperatura, i konkurencija neke druge populacije mikroorganizama postanu ograničavajući, faza rasta se usporava i dostiže tačku ravnoteže. Rast postaje relativno konstantan, što dovodi do stacionarne faze. Tokom ove faze, broj mikroorganizama je često dovoljno velik da njihovi metabolički nusproizvodi i borba za prostor i ishranu smanjuju razmnožavanje pa se može pojaviti blago smanjenje brzine reprodukcije. Dužina ove faze obično varira od 1 do više od 30 dana, ali zavisi kako od dostupnosti energetskih izvora za održanje vitalnosti ćelija, tako i od stepena zagađenosti (negostoljubivosti) okruženja

9

4. Faza umiranja ćelijaU ovoj fazi broj odumrlih ćelija premašuje broj novostvorenih. Uzroci umiranja ćelija su nedostatak hrane i previše produkata ćelijskog metabolizma (otrova).

4.1. Mehanizam mikrobne fermentacije:

Gde je:C - jedna vrsta mikroba, odnosno ćelija.A - supstrat koji se razgrađuje u prisustvu mikroorganizama. Jedna vrsta hrane za za ćeliju.Idealni uslovi su kad postoji samo jedna vrsta mikroba i jedna vrsta supstrata.R - produkt ćelijskog metabolizma.Nekad R moze biti inhibitor, i bez obzira koliko hrane da dodajemo reprodukcija ćelija i mikrobna fermentacija će biti zaustavljene. To se naziva trovanje proizvodom.

4.2. Kinetika mikrobnih fermentacija

[1.] Opšti izraz kojim se opisuje prethodni mehanizam je:

gde su:(-rA) – brzina razlaganja supstrata (A)rR – brzina nastajanja proizvoda (R)rC – brzina nastajanja ćelija, odnosno mikroorganizama (C)k – konstanta koja zavisi od mehanizma i uslova reakcijeCM – Monodova konstantaCA – koncentracija supstrataCC – koncentracija ćelija

Da bi se opisala kinetika mikrobnih ferentacija potrebno je uvesti pojam frakcionog prinosa (φ). Frakcioni prinos predstavlja promenu koncentracije jednog učesnika reakcije u odnosu na promenu koncentracije nekog drugog učesnika. Za navedenu reakciju mogu se definisati φ(C/A), φ(C/R), φ(R/A), φ(R/C), φ(A/C), φ(A/R), i to na sledeći način:

10

itd.

Ako su frakcioni prinosi konstantni tokom procesa, tada važi:

,

,

,

gde su :CA, CC, CR – aktuelne koncentracije, CA0, CC0 i CR0 – početne koncentracije supstrata, mikroorganizama i proizvoda.

Ova pretpostavka je opravdana kod reakcija u protočnom reaktoru sa idealnim mešanjem, a kod šaržnog reaktora važi samo za oblast eksponencijalnog rasta koncentracije ćelija.

Dva najjednostavnija slučaja mikrobne fermentacije su: kinetika limitirana supstratom i kinetika trovanja proizvodom.

Kinetika limitirana supstratom

Kinetika je određena količinom hrane, odnosno supstrata, koji je na raspolaganju ćelijama. Važi Monodova jednačina:

.

Uočava se da je kobs = k (konstanta brzine rasta koncentracije ćelija).

Ako je koncentracija supstrata visoka (CA»CC i CA»CR), izraz se svodi na

rC = k CC , dok se za male vrednosti CA koristi: .

Kada bi se grafički predstavila zavisnost brzine rC od koncentracije supstrata, dobila bi se sledeća kriva:

11

5. BIOREAKTORI

Bioreaktori su aparati u kojima se uspostavlja optimalni uslov za razvoj mikroorganizama koji se koriste za preradu radne sirovine. Moguće je ostvariti visokokontrolisanu proizvodnju. Mnoge procese u farmaceutskoj, prehrambenoj, kozmetičkoj industriji zamenjuju procesi biotehnologije. Biorektori zavise od načina uzgoja mikroorganizama. Zadatak bioreaktora je da za procese fermentacije obezbedi što optimalnije uslove, da bi se obezbedila što manja cena proizvoda uz što veći kvalitet proizvoda. Od izbora bioreaktora zavisi većina separacionih procesa tako da se izbor bioreaktora ne može posmatrati odvojeno od ostatka procesa .

Zahtevi pri projektovanju bioreaktora :

1. sterilni uslovi rada2. zadržavanje biokatalizatora3. optimalno mešanje sa minimalnim smicajnim naponima4. adekvatan prenos mase 5. jasno definisani uslovi strujanja 6. kontrolisano napajanje supstratom 7. suspendovanje čvrste faze 8. efikasan prenos toplote

12

Slika 1

Većina današnjih bioreaktora su šaržnog ili polušaržnog tipa i pored toga što se u bioreaktorima kontinualnog tipa mogu postići veće brzine rasta biomase. Razlog tome je što kod većine fermentacionih procesa odlučujući uticaj na krajnju cenu proizvoda imaju procesi razdvajanja i prečišćavanja, a ne fermentacije. Tako da je koncentracija produkta u fermentacionoj smeši presudna, a ne brzina fermentacije. Šaržni sistemi su bolji kod sistema gde je biomasa genetički nestabilna jer su jednostavniji i pouzdaniji i imaju veću fleksibilnost . Njihovi nedostaci su variranje u kvalitetu i koncentraciji produkata kao i kada dolazi do inhibicije supstratom. Tada se koriste polušaržni procesi sa kontinualnim ili povremenim uvođenjem supstrata. Ovakvi sistemi poboljšavaju produktivnost šaržnih procesa i eliminšu njegove nedostatke, a nemaju nedostatke kontinualnih procesa.

5.1. Bioreaktori sa mehaničkim mešanjem

Ovo je najčešće korišćeni tip fermentora bez obzira na to što ne predstavlja ni najjednostavnije, ni najekonomičnije, a često ni najoptimalnije rešenje za većinu procesa. Razlozi su to što je pouzdan i primenljiv, bez većih izmena, za mnogo različitih procesa (ili za procese kod kojih se tokom vremena ne menjaju radni uslovi: viskozitet, brzina aeracije, intezitet mešanja i radna zapremina). On je nezamenljiv za viskoznije sisteme ( µ> 0.3-0.4 Pas), a vrlo često se primenjuje kod sistema gde je potreban visok nivo aeracije i mešanja, odnosno visoke vrednosti koeficijenata prenosa mase i toplote. Osnovni nedostaci ovog sistema su veliki troškovi aeracije i mešanja, teško obezbedjivanje sterilnih uslova i teškoće kod većih fermentora sa velikim potrebnim snagama električnih motora i sa lošim hlađenjem. Najčešće se primenjuju za proizvodnju antibiotika, za gajenje kvasaca i za obradu otpadnih voda.

U ovu grupu bioreaktora spadaju sistemi za kontinualne procese koji se baziraju na principima hemostata i turbidostata. Obično se u teorijskim razmatranjima proučava “idealni bioreaktor sa mešanjem”, koji se zasniva na sledećim pretpostavkama:

idealno (potpuno) mešanje fermentacionog medijuma, sastav fermentacionog medijuma u bioreaktoru se praktično ne menja

sa dodatkom sveže hranljive podloge,

13

temperatura u bioreaktoru je konstantna i sastav fermentisane tečnosti koja napušta bioreaktor je identičan sa

sastavom hranljive podloge u bioreaktoru.

Kod hemostata je zapremina fermentacione tečnosti VL u bioreaktoru konstantna. To se postiže tako što je dotok sveže hranljive podloge Qul jednak protoku fermentacione tečnosti koja se izvodi iz bioreaktora Qiz. Bilans zapremine fermentacione tečnosti u nestacionarnom stanju je:

Pošto je Qul = Qizl = Q0 , onda je:

VL=const.

Brzina rasta mikroorganizama u kontinualnim uslovima po principu hemostata se reguliše pomoću sveže hranljive podloge, koja je formulisana tako da su svi hranljivi sastojci osim jednog (limitirajući supstrat) u višku. Izvođenje kontinualnog rasta mikroorganizama je prikazano na slici.

14

Slika 2

Pošto je brzina rasta ograničena koncentracijom limitirajućeg supstrata, onda je praktično i koncentracija biomase u bioreaktoru konstantna. I samo ime hemostat označava da su hemijski sastojci u fermentacionoj tečnosti nepromenjeni za odabrane uslove izvođenja procesa. Limitirajući supstrat može da bude bilo koji sastojak hranljive podloge, ali to je najčešće izvor ugljenika. Protok tečnosti kroz bioreaktor sa mešanjem se definiše preko zapreminskog vremena boravka τ ili brzine razblaženja D, koje su međusobno povezane pomoću jednačina:

Kontinualni rast po principu hemostata se izvodi tako da je D ≤ μ , jer mora biti dovoljno vremena da se mikroorganizam razmnoži u količini koja je veća od one koja se izvodi iz bioreaktora. Zato se koncentracija biomase mikroorganizama ustaljuje na vrednosti koja odgovara koncentraciji limitirajućeg supstrata.Kod turbidostata se proces kontinualnog rasta izvodi tako da je koncentracija ćelija na izlasku iz bioreaktora stalna. Koncentracija ćelija u bioreaktoru se meri pomoću nefelometra, tj. mutnoće. Ako se mutnoća povećava i pređe neku željenu vrednost, onda se uključi pumpa i dovodi se sveža podloga u bioreaktor, a izvodi fermentisana tečnost istim protokom.

Slika 3

15

Kada koncentracija ćelija padne ispod zadate, onda se prestaje sa doziranjem hranljive podloge ili se ono smanji na neku vrednost. Znači da protok nije stalan, nego se menja u nekim granicama. Obično se i ovaj način kontinualnog rasta izvodi pri konstantnoj zapremini tečnosti u bioreaktoru.Iako izgleda da je ovaj način izvođenja bioprocesa bolji od hemostata, on se retko primenjuje u praksi (laboratorija, industrija) zbog teškoća oko merenja koncentracije biomase u bioreaktorima.

5.2. Primena hemostata za određivanje kinetičkih parametara rasta

Očekuje se da primena kontinualnog bioreaktora, u kome relevantni parametri ne zavise od vremena, olakša određivanje kinetičkih parametara rasta mikroorganizama. Kod idealnog hemostata, kinetički parametri rasta mogu se odrediti iz masenih bilansa za biomasu i limitirajući supstrat.

U nestacionarnom stanju bilansi biomase i supstrata daju:

U stacionarnom stanju je i , a u napojnoj struji nema

mikroorganizama (X0=0) pa sledi:

Pod pretpostavkom da važi Monod-ov model rasta mikroorganizama, brzina trošenja supstrata se može napisati u obliku:

16

5.3. Idealni hemostat

Kontinualni način rasta mikroorganizama je najlakše razumeti razmatranjem hemostata sa idealnim mešanjem bez recirkulacije biomase iz uređaja za separaciju. U bioreaktoru sa idealnim mešanjem je raspodela koncentracija uniformna po celoj zapremini bioreaktora. Ponašanje hemostata u nestacionarnom stanju se opisuje pomoću skupa diferencijalnih jednačina koje povezuju koncentracije biomase i limitirajućeg supstrata sa zapreminskim protokom sveže podloge, tj. zapreminskim vremenom. Proračun bioreaktora se svodi na određivanje potrebne zapremine fermentacione tečnosti za zadati stepen konverzije supstrata i obrnuto. Maseni bilans supstrata i biomase u nestacionarnom stanju je:

Ako je u pitanju hemostat, onda je . VL = const , pa jednačine masenog bilansa postaju:

17

Ovim jednačinama je je dat opšti maseni bilans biomase i supstrata za hemostat, uz pretpostavku Monod-ovog modela rasta i sinteze proizvoda.

U stacionarnom stanju, jednačine masenog bilansa hemostata postaju:

Koriste za izračunavanje zapremine fermentacione tečnosti u bioreaktoru ili stepena konverzije supstrata, odnosno koncentracija biomase i supstrata na izlazu iz hemostata.

6. ZAKLJUČAK

Poznavanje kinetike bioloških reakcija i zakonitosti prenosa mase je neophodno za razumevanje procesa u bioreaktoru. Tip i oblik bioreaktora zavise od procesa koji se u njemu dešavaju, a efikasnost bioreaktora se ocenjuje na osnovu homogenosti medijuma, aeracije, odvođenja i dovođenja toplote i sterilnosti. Najveći izazov bioreaktorskog inženjerstva je projektovanje kontinualnog biološkog pricesa u bioreaktoru. Problemi pri izvođenju kontinualnih biotehnoloških procesa su vezani za samu ćeliju i njen opstanak u bioreaktoru. Problem uvećavanja procesa je složeniji nego u hemijskom inženjerstvu jer se radi o živom biološkom materijalu.

18

Literatura:

Branko Bugarski, Projektovanje procesa i uredjaja u biotehnologiji i biohemijskom inzenjerstvu, Akademska misao, Beograd 2005.Milan Milivojević, Skripta u koju su uložene godine truda, izdavač i godina nepoznatiMojović Ljiljana, Biohemijsko inženjerstvo, TMF, Beograd 2006.Povrenović Dragan, Osnovi bioprocesnog inženjerstva, Tehnološki fakultet, Leskovac 2009.www.biol.pmf.hr/uploads/media/BIOTEH2_2009.pdf

19