Detail předmětu

Bioinženýrství II

FCH-DCO_BI IIAk. rok: 2011/2012

Kurz Bioinženýrství II prohlubuje znalosti základů chemického inženýrství, Bioinženýrství I a je orientován jak na inženýrskou, tak i na biologickou podstatu procesů. Je založen na jednotkových operacích průmyslového biotechnologického procesu. Sestává z výukových jednotek: Charakteristika toku fází v bioreaktorech. Míchání v bioreaktorech. Aerace a přenos kyslíku v bioreaktorech. Průmyslové bioreaktory, Konstrukce bioreaktorů, konstrukční materiál. Pomocná zařízení. Doprava médií. Měření, regulace a řízení procesů. Aseptické bioreaktory. Fyziologický stav mikroorganismů. Buněčný transport, Kinetika enzymových reakcí. Stechiometrie růstu mikroorganismů. Kinetika mikrobiálního růstu a tvorby metabolitů. Matematické modely růstu mikroorganismů a tvorby produktů (+ přehled o optimalizačních metodách. Simulační jazyk PSI). Média, jejich příprava a sterilace. Sterilace vzduchu, Základní kultivační techniky: vsádková, fed-batch, kontinuální kultivace a zvláštní způsoby kultivace (povrchová kultivace, kultivace s recyklem buněk, kultivace na rozhraní hydrofilní a hydrofobní fáze, kultivace rostlinných a živočišných buněk, produkce látek pomocí imobilizovaných buněk). Separační techniky používané při izolaci produktů a výběr separační metody: Membránové separace. Elektroseparační procesy.Separace podle měrných hmotností. Chromatografické metody a výměna iontů. Adsorpce, Extrakce, Odpařování, Destilace, Dezintegrace. Metody izolace bílkovin (enzymů).

Jazyk výuky

čeština

Garant předmětu

prof. Ing. Michal Rosenberg, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav chemie potravin a biotechnologií (ÚCHPBT)

Výsledky učení předmětu

Studenti během kurzu získají znalosti o základních jednotkových operacích biotechnologického procesu a jejich řešení. Systematicky bude zdůrazňována rozdílnost v řešení s ohledem na zvláštní požadavky biologického procesu. Student by po absolvování kurzu měl být schopen navrhnout jednoduché bioinženýrská řešení od kultivace až po izolaci produktu. Ekonomické aspekty průmyslové výroby je nutno uvažovat. K tomuto cíly směřuje matematické modelování biotechnologických procesů.

Prerekvizity

1 Struktura a funkce mikroorganismů
2 Hmotnostní a energetické bilance, jednotkové operace chemických procesů
3 Základní znalosti z Bioinženýrství I
4 Řešení obyčejných diferenciálních rovnic, základní znalosti z analytické geometrie, statistiky a numerické matematiky.
5 Kinetice chemických procesů a řešení kinetických rovnic

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Metody vyučování závisejí na způsobu výuky a jsou popsány článkem 7 Studijního a zkušebního řádu VUT.

Způsob a kritéria hodnocení

Rozsah je určen přednáškami/ semináři. Hodnocení kurzu je komplexní. Při malém počtu studentů lze kurz organizovat distančním způsobem s povinnými několika konzultacemi.

Osnovy výuky

Zimní semestr

1 Charakteristika toku fází v bioreaktorech. Míchání v bioreaktorech. Aerace a přenos kyslíku v bioreaktorech.
2 Průmyslové bioreaktory, Konstrukce bioreaktorů, konstrukční materiál. Pomocná zařízení. Doprava médií. Aseptické bioreaktory
3 Měření, regulace a řízení procesů..
4 Fyziologický stav mikroorganismů. Buněčný transport,
5 Kinetika enzymových reakcí.
6 Stechiometrie růstu mikroorganismů.
7 Kinetika mikrobiálního růstu a tvorby metabolitů.
8 Matematické modely růstu mikroorganismů a tvorby produktů
9 Přehled o optimalizačních metodách.
10 Simulační jazyk PSI).
11 Média, jejich příprava a sterilace. Sterilace vzduchu,
12 Základní kultivační techniky: vsádková, fed-batch, kontinuální kultivace a zvláštní způsoby kultivace (povrchová kultivace, kultivace s recyklem buněk, kultivace na rozhraní hydrofilní a hydrofobní fáze, kultivace rostlinných a živočišných buněk, produkce látek pomocí imobilizovaných buněk).


Letní semestr
1 Separační techniky používané při izolaci produktů a výběr separační metody.
2 Membránové separace. Membrány. Mikrofiltrace, ultrafiltrace, nanofiltrace, reverzní osmóza
3 Membránové separace. Membránové moduly, uspořádání membránového separačního procesu. Elektrodialýza. Pervaporace a permeace plynů. Membránová destilace. Dialýza.
4 Separace podle měrných hmotností.
5 Chromatografické metody a výměna iontů.
6 Adsorpce.
7 Extrakce.
8 Odpařování.
9 Destilace.
10 Dezintegrace.
11 Metody izolace bílkovin (enzymů).


Učební cíle

Cílem kurzu je připravit studenty nejen na praktické použití bioinženýrství v laboratorních až provozních podmínkách, ale aplikovat bioinženýrské metody a principy při technologických úkolů a při řešení disertační práce. Mimořádně důležité je pochopit sled operací při kultivaci mikrobiálních, rostlinných a živočišných buněk a bilancovat každý stupeň procesu. Vytvoření matematického modelu odpovídající struktury může pomoci při optimalizaci podmínek kultivace buněk. a při izolaci mikrobních produktů.

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky

Znalosti budou kontrolovány ne pouze ústní zkouškou, ale též vypracováním a přednesením návrhu zadaného technologicko-inženýrského řešení.

Základní literatura

F.Kaštánek: Bioinženýrství, 2001 (CS)
M.Rychtera, J.Páca: Bioinženýrství kvasných procesů, 1985 (CS)

Doporučená literatura

H.J.Rehm, G.Reed: Biiotechnology, Vol.3 (CS)
H.J.Rehm, G.Reed: Biotechnology, Vol.4 (CS)
J.E.Baily, D.F.Ollis:Biochemical Engineering Fundamentals, 1986 (CS)
M.Moo-Young:Comprehensive Biotechnology, Vol.2, 1985 (CS)

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program DPCP_CHM doktorský

    obor DPCO_CHM , 1 ročník, zimní semestr, povinně volitelný

  • Program CKCP_CZV celoživotní vzdělávání (není studentem)

    obor CKCO_CZV , 1 ročník, zimní semestr, povinně volitelný

  • Program DPCP_CHM doktorský

    obor DPCO_CHM , 2 ročník, zimní semestr, povinně volitelný

  • Program DKCP_CHM doktorský

    obor DKCO_CHM , 1 ročník, zimní semestr, povinně volitelný
    obor DKCO_CHM , 2 ročník, zimní semestr, povinně volitelný

Typ (způsob) výuky

 

Konzultace v kombinovaném studiu

0 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

prof. Ing. Michal Rosenberg, Ph.D.