1 / 29

Biofermentációs eljárások

Biofermentációs eljárások. Többezer éves múlt, erjesztés-savanyítás, stb. A XX. században különböz korszakai voltak 1. Citromsav korszak (1940-ig) föleg élelmiszeripari, erjedésipari termékek (tejsav, etanol, aceton, butanol, riboflavin, enzimek) 2. Antibiotikum korszak (kb. 1960-1970)

gusty
Download Presentation

Biofermentációs eljárások

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Biofermentációs eljárások

  2. Többezer éves múlt, erjesztés-savanyítás, stb. A XX. században különböz korszakai voltak • 1. Citromsav korszak (1940-ig) • föleg élelmiszeripari, erjedésipari termékek • (tejsav, etanol, aceton, butanol, riboflavin, enzimek) • 2. Antibiotikum korszak (kb. 1960-1970) • antibiotikumok, szteroidok, aminosavak, enzimek, stb. • ekkor dolgozták ki a steril technikáknak, az oxigénellátásnak, a • mikroorganizmusok nagyüzemi körülmények között való • kezelésének, a törzsnemesítésnek a módszereit 3. Jelenlegi korszak (ez a biotechnológia) • Jellemzi: • Új energiaforrások alkalmazása • Óriási fermentorok • Mszerezés, optimalizálás, komputerizáció • Új, molekuláris biológiai módszerek

  3. Cél: • 1. Sejtmassza elállítás (SCP) • 2. Sejtkomponensek elállítása • 3. Metabolizmus-termék elállítása • 4. A mikroorganizmusok átalakító képességének kihasználása • 5. A mikroorganizmusok lebontó képességének kihasználása Alkalmazási területek • 1.Élelmiszeripar • 2. Gyógyszergyártás • 3. Vegyszergyártás • 4. Környezetvédelem • 5. Egyéb

  4. 1. Sejtmassza előállítás (SCP) Mi a célja? • Kiegészít, fleg takarmányozási célra használható fehérjeforrás elállítása új típusú alapanyagokból. • Normál esetben emberi fogyasztásra való alkalmazása nem célszerű. Előnye: • független a mezgazdasági termeléstl, • nem szezonális gyártás nagyméretű készülékekben, • automatizálható, • kis munkaerő igény • teljes biológiai érték fehérjét tartalmaz Hátrány: eszközigényesség (100 000 t/év MeOH (metanol) alapú SCP-hez több Mrd Ft) • nagy energia- és vízfelhasználás, sok szennyvíz A MeOH alapú SCP elállítás jövje: • 1. Mszakilag megoldott, tápértéke jó, Ny-Európában engedélyezett, • Oroszországban az élelmiszerellátási problémák megoldására erltetett ütemben fejlesztették. • 2. Gazdaságosság - alapanyag ár-függvénye • - legyen termotoleráns az eljárás • - javuljon a termelékenység • - esetleg termeljen további értékes anyagokat • 3. Piaci helyzet: verseng a szójadarával, de még nem olcsóbb

  5. 2. Sejtkomponensek elállítása • Ipari enzimek: • nukleinsavak • Poliszacharidok • xantán • poli-b-hidroxi-butirát (lebomló manyag) • rDNS termékek

  6. 3. Metabolizmus-termék eláőllítása a/ Primer metabolitok • Aminosavak • Az élelmiszeriparban: • ízjavító anyagként (Na-glutamát, Naaszpartát) • antioxidánsként (cisztein gyümölcslevek- ben, triptofán, hisztidin) Takarmánykiegészítként (lizin, metionin) • Gyógyszerként (infúziós oldatokban) • Vegyipari eljárások alapanyagaként alkalmazzák • Lizin, triptofán, glutaminsav • A japánok a nagymenk, génmanipulált törzsekkel, • számítógépes vezérlés, 2-300 m3-es fermentorokban termelnek • Alkoholok: etanol: elször vegyszerelállítás, utána etilénbl csinálták (olajbség), majd megint erjesztéssel, benzin helyett • aceton-butanol: csökken a jelentsége • Szerves savak: citromsav: többszázezer tonna/év • glükonsav • ecetsav(de ez lehet inkább mikrobiológiai transzformáció) • tejsav b/ Szekunder metabolitok • Vitaminok • B2 (riboflavin),B12, A-provitamin (b-karotin) • Alkaloidok: anyarozs alkaloidok: gyógyszerek • Antibiotikumok: több tízezret írtak le, vizsgáltak meg, de csak • néhány száz van kereskedelmi forgalomban. A hatásspektrum, a hatásmechanizmus, a • termel törzs, a bioszintézis útja és a kémiai szerkezet alapján lehet csoportosítani ket

  7. 4. A mikroorganizmusok átalakítóképességének kihasználása • oxidáció, redukció • hidrolízis, kondenzáció • izomerizálás • Szteroid-transzformációk (oxidáció, redukció, hidrolízis, • észterképzés) • Glükóz-aszkorbinsav átalakítás (szorbit-szorbóz) • glicerin - dihidroxi-aceton • Prosztaglandinok (PGF2a) arachidonsavból • Antibiotikumok sokféle transzformációja (hatástalanítás) • Peszticidek transzformációja (környezetvédelem)

  8. 5. A mikroorganizmusok lebontóképességének kihasználása • Cellulóz-felhasználás • Csirketoll (keratináz) • Napraforgómag héja • Lignin-lebontás • Sajt savó, kipréselt cukornád

  9. Felhasználási területek Bányászat • Gyenge ércek kilúgozása fémköt mikroorganizmusokkal • (Thiobacillus ferrooxidans) • Fe2+ --------Fe3+ • S -----------H2SO4 • Réz- és uránbányászat Kriminalisztika • Tettesek azonosítása Mezgazdaság • Cél: a vegyszerezés szintjének csökkentése • Japán: rizsallergiát okozó fehérjét nem tartalmazó rizs elállítása • USA: rovarkártevknek ellenálló gyapot elállítása • szabályozott érés paradicsom elállítása • Génmanipulált burgonya: Régészet • Fáraók közötti rokonság megállapítása Katonai alkalmazások • Antrax teszt Végtelen széles lehetségek a felhasználásra, és újabbakkal bvül, a molekuláris biológiai módszerek alkalmazásával (mesterséges enzimek, nem vizes közegben mköd enzimes katalízisek, biológiai számítógép, molekuláris méret mechanikai konstrukció, kihalófélben lev állatok, (pl. panda nyúlban) klónozással való szaporítása, stb.) Élelmiszeripar • Erjesztéses iparok • Alkoholgyártás • Élesztgyártás • Tejtermékek • Savanyúságok, húsipar Gyógyszeripar • Gyógyítás • Antibiotikumok • Szteroid alapanyagok • HIV ellen antiszensz RNS • Tripla hélix DNS (jobbnak várják mint az anti-szensz RNS-t) • Génterápia: az els elfogadott eljárások bevezetését 1997-re • várták • Human Genome Project • Farmakogenomiális vizsgálatok • azaz annak vizsgálata, hogy az egyes emberek eltér • genetikai háttere hogyan befolyásolja az új • gyógyszerjelöltek hatását • Megelzés • vakcinálás Diagnosztizálás • In vitro gyógyszeripari vizsgáló és ellenrzési eljárások • USA: 290 M USD/év a kísérleti állatok felhasználására, évi • 5%-kal n. Ma még ennek csak nagyon kis részét váltják ki in • vitro módszerekkel, de gyorsan növeked terület

  10. Szeszipar Ajánlott irodalom Gyimesi,L és Sólyom,L: Élesztő és Szeszipari Kézikönyv Mezőgazdasági Kiadó, Budapest,1979 1.fejezet: Élesztő- és szeszgyártás mikrobiológiája 4.fejezet: Szeszgyártás Békési,Z. és Pándi,F.:Pálinkafőzés Mezőgazda Kiadó, Budapest, 2005 2.fejezet.: A gyümölcspálinkák alapanyagai 4.fejezet.: Lepárlás és pálinkafőzés

  11. Anaerob fermentáció Az alkoholos erjedés fő lépései A Saccharoyces cerevisiae szerepe az alkoholos erjesztésben Másodlagos erjedési melléktermékek Az élesztőtörzsek ipari alkalmazásának elvárásai Az ipari erjesztési technológiák fő jellemzői Az élesztők élelmiszeripari alkalmazása

  12. Hexóz foszforilezése 2 mól triózfoszfát DHA GAP hexokináz Triózfoszfát dehidrogénezése foszfoglicerinsav ATP ADP kináz ADP NAD+ ATP NADH2 piruvátkináz Foszfoenol piroszölösav képződése ADP -H2O ATP Piroszölösav CO2 dekarboxiláz NADH2 alkoholdehidrogenáz Acetaldehid NAD+ Etilalkohol Alkoholos erjedés főbb lépései (EMP ciklus) egyensúly!

  13. Saccharomyces cerevisiae Fakultatív anaerob szervezet Anyagcserét szabályozó mechanizmusok Pasteur effektus:molekuláris oxigén jelenlétében az erjesztés gátlódik Crabtree effektus: a cukor felesleg még jó oxigén ellátás mellett is gátolja a légzési enzimeket aerob 6CO2 + 6H2O Hexóz lebontás anaerob 2CH3-CH2-OH + 2CO2 A légzés energia mérlege Glükóz6H2O + 6CO2 + 673,4 kcal 100 kg 48 kg élesztő szárazanyag Az erjesztés energiamérlege /hatásfok=26%/ Glükóz + 2Pi + 2ADP C2H5OH + 2CO2 + 2ATP + 14,6kcal 100 kg 51 kg 49 kg

  14. Saccharomyces cerevisiae jelentősége az erjesztésben (folyt.) Fermentatív fajok: represszáló szénforrások (G,F,Mannóz) jelenlétében az alkoholos erjedés részaránya aerob viszonyok között is preferált, gyors a cukor bontás, kicsi légzési hasznosulás Katabolit represszió(Crabtree effektus) glükóz jelenlétében a légzési enzimek szintézise gátolt Respiratív fajok: glükóz légzési enzimeket gátló hatása nem érvényesül, dominál a terminális oxidáció Pasteur effektus (átkapcsoló mechanizmus) az élesztők oxigén jelenlétében csökkentik a glükóz felvételt és alkohol helyett sejttömeg képződik energetikai problémák (hatásfok! 2/38 ATP arány; 20x több cukor szükséges

  15. Az erjesztés során képződő termékek

  16. NADH2 NAD+ glicerintermelés fokozása 2% → 30% Erjedési mellékreakciók I. 1) Glicerin képződés 2) Szerves savak képződése

  17. Közvetlenül erjeszthető szénhidrát források • cukornád, cukorrépa: nincs szükség enzimre • cukor cirok: szacharózon kívül keményítő amiláz/ celluláz adagolás • melasz: invertáz /növeli a kitermelést asszociál az élesztő sejtfalon, elősegíti a cukor transzportot • bagasz: (kipréselt cukornád): celluláz/ hemicelluláz fokozza a kitermelést; invertáz • tejsavó: környezetvédelmi probléma BOD /BOI/= 30-40ezer mg/l a laktózt a S.cerevisiae nem képes hasznosítani USA: 9 millió tonna/ év savó potenciális: 35 millió hl alkohol Magyarország: 60 ezer tonna/ év savó

  18. Keményítő tartalmú nyersanyagok feltárása Alapelv: → feltárás és folyósitás alfa-amiláz → cukrosítás glükoamiláz kukorica: termostabilis α-amiláz, (B. amiloliquefaciens, B. licheniformis nem termostabilis α-amiláz: (B. subtilis) glükoamiláz (Asp. niger ) árpa: probléma a β-glükán (glükóz extrakció) tartalom megoldás: proteolitikus enzim (feltárásnál) és β-glükanáz adagolás(erjesztés előtt) rizs: hántolatlan rizs: magas β-glükán tartalom, β-glükanáz adagolás cassava/ manióka: gumós (keményítőtartalom: 25-30%) aprítás/ szeletelés/ szárítás → ipari nyersanyag forrás feldolgozás: mint a kukorica → α-amiláz + glükoamiláz A kitermelést fokozza a celluláz adagolás (T. reseii) 150-160 liter absz. alkohol / tonna

  19. A szeszgyártás műveleti lépései • Nyersanyag feltárása • Cefrézés • Erjesztés • Leerjedt cefre feldolgozása szeparálás • Desztilláció nyersszesz kinyerése finomszesz desztillálása vízmentes alkohol előállítása

  20. Pálinka • A pálinka az erjesztett gyümölcsök lepárlásával készülő gyümölcspárlatok egy hagyományos, magyar fajtája. Az európai uniós jogszabályoknak (Council Regulation (EEC) No 1576/89) megfelelően a "pálinka" szót csak Magyarország és négy osztrák tartomány használhatja.

  21. Cefrézés • Tisztitás • Apritás • Adalékok… • pH beállítás (borkősav azaz 2,3-dihidroxi-butándisav ) • Pektin bontó enzimek • Élesztő kultúra Lezárás

  22. Az erjesztés • A élesztő elszaporodása (aerob) • Alkoholos forrás (anaerob)

  23. Desztilláció azaz a pálinka főzés • Egylépcsős • Kétlépcsős • Deflegmáció azt a folyamatot mondjuk, melynél a szesz- és vízgôz elegyét nem teljesen, hanem részlegesen hûtjük le, avégbôl, hogy annak csak egy része cseppfolyósodjék. Miként a szeszes folyadék forralásakor viszonylag szeszdúsabb gôzt kapunk, ennek megfordított mûveleténél a szesz + vízgôzbôl egy szeszre hígabb folyadék és dúsabb gôz keletkezik. A lehûtést vízzel, vagy a lepárlandó cefrével végezhetjük, így a meleg sem vész kárba. A hûtôfolyadék ne legyen melegebb az elôállítandó szesz forráspontjánál (rendesen alatta is van: 50-70 Co). A lecsapódott folyadékot flegmának, vagy lutternek nevezik, s visszavezetik a lepároló rendszerbe. • Rektifikálás Ha szeszes folyadék 2-3 vagy egy egész sorozat külön edényben vagy egy készülék elkülönített részeiben van elhelyezve, s a szeszes gôzök ezeken sorjában végighaladnak, akkor eleinte a gôzök lecsapódnak, s ezzel az illetô edény vagy rekesz szesztartalmát növelik. Egyben azonban a gôzök felmelegítik a folyadékrészleteket, és a folyton jövô gôz végül is felforralja sorban a rekeszek tartalmát, miáltal alkoholban mindig dúsabb és dúsabb gôzök keletkeznek. Ez a folyamat tulajdonképpen sokszor ismételt lepárlás, azzal a különbséggel, hogy nem hûtôben cseppfolyósodik a gôz, hanem a rekeszek szeszes folyadékában. .

  24. Desztilációs készülékek: • Hagyományos:

  25. Modern: Deflegmációs kupolával

  26. Rektifikáló oszloppal • Tányér szám 5-10

  27. Kedves műfaj kedvelő barátunknak Dr. Kovács Barnának ez úton kivánunk Boldog születésnapot!

  28. Köszönőm megtisztelő figyelmüket!

More Related