Αρχές Βιοτεχνολογίας Τροφίμων

Transcript

1 Αρχές Βιοτεχνολογίας Τροφίμων Ενότητα 6: Στοιχεία Βιοχημικής Μηχανικής(1/5), 2ΔΩ Τμήμα: Επιστήμης και Τεχνολογίας Τροφίμων Διδάσκων: Δρ. Σεραφείμ Παπανικολαου

2 Μαθησιακοί Στόχοι Ημισυνεχής τροφοδοτούμενη καλλιέργεια Συνεχής καλλιέργεια Στοιχεία τεχνολογίας Στοιχεία ενζυμικών διεργασιών Προτυποποίηση (μοντελοποίηση) βιοδιεργασιών

3 Λέξεις Κλειδιά Ημισυνεχής τροφοδοτούμενη καλλιέργεια Συνεχής καλλιέργεια Ενζυμική τεχνολογία Προτυποποίηση (μοντελοποίηση) βιοδιεργασιών

4 Καλλιέργειας 1/13 Ορισμός Τεχνική κατά την οποία υπάρχει προσθήκη θρεπτικού διαλύματος σε μια κλειστή καλλιέργεια χωρίς να υπάρχει έξοδος. Συνεχής (κατά το δυνατόν) παροχή του περιοριστικού παράγοντα της «παραγωγικής φάσης». Επιμήκυνση της «παραγωγικής φάσης» του μικροβιακού αυξητικού κύκλου.

5 Καλλιέργειας 2/13 Q, S 0 DO 2 ph Δειγματοληψία Χ, S, p Ο ενεργός όγκος της ζύμωσης αυξάνει συνιστώντας το περιοριστικό στοιχείο για την καλλιέργεια.

6 Καλλιέργειας 3/13 Αντλία Γλυκόζη Αναλυτής

7 Καλλιέργειας 4/13 Αύξηση ενεργού όγκου του συστήματος σύμφωνα με την εξίσωση (1): Q V t 0 Q dv (1) όπου Q (ή σε άλλα συγγράμματα F) η παροχή κατ όγκον (l/h)

8 Καλλιέργειας 5/13 Ισοζύγιο Βιομάζας Ε + Cr = S + d (2) Εφαρμόζοντες το ισοζύγιο μάζας έχομε: r x V d X V X V V dx X dv (3) Εκ των ανωτέρω εξισώσεων συνάγεται ότι: X V V dx X Q(4)

9 Καλλιέργειας 6/13 Ρυθμός Αραίωσης Ως ρυθμός αραίωσης (D) (h-1) ορίζεται ο κάτωθι λόγος: D Q V (5) Διαιρώντες κατά μέλη την (4) με τον όγκο, και λαμβάνοντες υπόψη την (5), συνάγουμε: dx D X (6) Χαρακτηριστική σχέση ημι-συνεχούς συστήματος

10 Καλλιέργειας 7/13 Σε συνθήκες προσαρμογής του πληθυσμού, λόγω του γεγονότος ότι η βιομάζα διατηρείται σε αρκετά υψηλές τιμές και δεν μεταβάλλεται αξιοσημείωτα όταν εισέρχεται το υπόστρωμα, η διαδικασία χαρακτηρίστηκε (Pirt 1975) ως κατάσταση «σχεδόν δυναμικής ισορροπίας» (pseudo-steady state). dx 0 ds 0 D

11 Καλλιέργειας 8/13 ΙΣΟΖΥΓΙΟ ΥΠΟΣΤΡΩΜΑΤΟΣ Q S 0 r S V d SV Q S 0 r S V S dv V ds

12 Καλλιέργειας 9/13 Η οποία μετασχηματίζεται ως ακολούθως: Q S 0 Q S rs V V ds Όπου διαιρώντας κατά μέλη με τον όγκο, η σχέση μετασχηματίζεται ως ακολούθως: D S D S rs 0 ds Ή εν τέλει: D S 0 S rs ds

13 Καλλιέργειας 10/13 Από τα προηγούμενα, ενθυμούμαστε ότι μια εκ των σχέσεων η οποία ορίζει το συντελεστή απόδοσης βιομάζας είναι η εξής: r r X S Y X S Ενώ με βάση τα προηγούμενα, η ταχύτητα παραγωγής βιομάζας αποδίδεται ως εξής: r X Ή τελικώς: r S 1 Y X S

14 Καλλιέργειας 11/13 Με σύνδεση των προηγουμένων σχέσεων τελικώς το ισοζύγιο υποστρώματος λαμβάνει την εξής σχέση: Στην κατάσταση «ψευδο-δυναμικής ισορροπίας», όπου λόγω της σχετικά υψηλής συγκέντρωσης βιομάζας, άμα τη εισόδω του υποστρώματος εντός του βιοαντιδραστήρα, η συγκέντρωση αυτή θα μειώνεται πάρα πολύ, και έτσι : Με βάση τις προηγούμενες παραδοχές, η συγκέντρωση βιομάζας θα είναι περίπου: (προσδιορισμός με πολλές παραδοχές)

15 Καλλιέργειας 12/13 Το ισοζύγιο του προϊόντος διαμορφώνεται ως ακολούθως: r p V d pv r p V p dv V dp Η ανωτέρω εξίσωση μετασχηματίζεται ως ακολούθως: Ή τελικώς: dp dp r q p p p D X p D

16 Καλλιέργειας 13/13 Το σύστημα ημι-συνεχούς λειτουργίας χρησιμοποιείται για παραγωγή μεταβολικών προϊόντων συνδεδεμένων και μησυνδεδεμένων με τη μικροβιακή αύξηση. Αύξηση παραγωγικότητας σε σχέση με ασυνεχή καλλιέργεια. Μικρότερη παραγωγικότητα σε σχέση με συνεχή καλλιέργεια. Καλλίτερη αξιοποίηση υποστρώματος σε σχέση με συνεχή καλλιέργεια. Μελέτη φαινομένων παρεμπόδισης εκ του υποστρώματος και του προϊόντος.

17 Βιβλιογραφία Αγγελής (2007) Μικροβιολογία και Μικροβιακή Τεχνολογία, 1η έκδοση, Α. Σταμούλης. Shuler, Kargi (2002) Bioprocess Engineering, Basic Concepts Second Edition, Prentice Hall (Editions)

18 Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύπου άδεια χρήσης, η άδεια χρήσης αναφέρεται ρητώς.

19 Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στo πλαίσιo του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα Γεωπονικού Πανεπιστημίου Αθηνών» έχει χρηματοδοτήσει μόνο την αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους.

20 Σημείωμα Αναφοράς Copyright Γεωπονικό Πανεπιστήμιο Αθηνών, Τμήμα Επιστήμης και Τεχνολογίας Τροφίμων, Σεραφείμ Παπανικολάου, «Αρχές Βιοτεχνολογίας Τροφίμων». Έκδοση: 1.0. Αθήνα Διαθέσιμο από τη δικτυακή διεύθυνση:

21 Σημείωμα Αδειοδότησης Το παρόν υλικό διατίθεται με τους όρους της άδειας χρήσης Creative Commons Αναφορά, Παρόμοια Διανομή 4.0 [1] ή μεταγενέστερη, Διεθνής Έκδοση. Εξαιρούνται τα αυτοτελή έργα τρίτων, π.χ. φωτογραφίες, διαγράμματα κ.λ.π., τα οποία εμπεριέχονται σε αυτό και τα οποία αναφέρονται μαζί με τους όρους χρήσης τους στο «Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων». Η άδεια αυτή ανήκει στις άδειες που ακολουθούν τις προδιαγραφές του Oρισμού Ανοικτής Γνώσης [2], είναι ανοικτό πολιτιστικό έργο [3] και για το λόγο αυτό αποτελεί ανοικτό περιεχόμενο [4]. [1] [2] [3] [4]

22 Διατήρηση Σημειωμάτων Οποιαδήποτε αναπαραγωγή ή διασκευή του υλικού θα πρέπει να συμπεριλαμβάνει: το Σημείωμα Αναφοράς το Σημείωμα Αδειοδότησης τη δήλωση Διατήρησης Σημειωμάτων το Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων (εφόσον υπάρχει) μαζί με τους συνοδευόμενους υπερσυνδέσμους.