Inżynieria bioprocesowa
2600-IBBIOT-3-S1
Treści merytoryczne wykładu obejmują następujące zagadnienia:
Inżynieria bioprocesowa – zakres obejmowanych zagadnień , zasady organizacji bioprocesu.
Bilansowanie przemian biochemicznych, stechiometria reakcji.
Podstawy termodynamiki, bilans cieplny
Biochemiczne i molekularne podstawy regulacji metabolizmu: biochemia metabolizmu tlenowego i beztlenowego. Metabolizm wtórny
Mechanizmy regulacji ekspresji genów u bakterii
Matematyczne modele wzrostu populacji mikroorganizmów.
Hodowle okresowe, ciągłe i półokresowe (dolewowe, zasilane). Symulacje wzrostu mikroorganizmów, zmian stężenia substratu i produktu w oparciu o model Monoda,
hamowanie wzrostu przez substrat w oparciu o model Andrewsa i Levenspiela
Wektorowe i bezwektorowe metody wprowadzania materiału genetycznego do komórek bakterii, grzybów, roślin i zwierząt
Prokariotyczne i eukariotyczne systemy ekspresji heterologicznej
Metody napowietrzania - drobnopęcherzykowe i bezpęcherzykowe
Podstawy inżynierii bioreaktorów, bioreaktory idealne i nieidealne. Klasyfikacja bioreaktorów ,schemat budowy i elementy konstrukcyjne bioreaktora STR, kolumny barbotażowej, reaktora air-lift i reaktora ociekowego.
Makro – i mikromieszanie, cyrkulacja cieczy, typy mieszadeł.
Parametry (liczby) charakteryzujące procesy mieszania – liczba Reynoldsa, liczba Newtona (mocy), działanie sił ścinających (shear stress)
Bioreaktory z immobilizowanym materiałem biologicznym. Bioreaktory do hodowli komórkowych.
Metody przygotowania surowców (up-stream processing). Zapewnienie sterylności bioprocesów - metody sterylizacji na dużą skalę
Down-stream processing - separacja biomasy i dezintegracja komórek ( sedymentacja, flotacja, metody filtracyjne, techniki wirowania, metody homogenizacji ) .
Metody separacji i oczyszczania bioproduktów (ekstrakcja, metody membranowe, sorpcyjne, destylacje, metody chromatograficzne ). Suszenie bioproduktów.
Organizacja wybranych bioprocesów (produkcja etanolu, kwasów karboksylowych, penicylin, cefalosporyn, tryptofanu), czynniki określające koszty wybranego procesu.
Program ćwiczeń obejmuje:
- doświadczalne metody oznaczania biomasy drożdży
- zadania rachunkowe poświęcone obliczeniom stechiometrycznym
- obliczanie szybkości właściwej wzrostu, czasu podwojenia
mikroorganizmów
- obliczanie zmian stężenia biomasy, substratu i produktu w
hodowlach okresowych
- wyznaczanie optymalnego zakresu stężeń substratu
hamującego wzrost w oparciu o model Levenspiela
- obliczanie zmian stężenia biomasy, substratu i produktu oraz
produktywności w hodowlach ciągłych w oparciu o model
chemostatu Monoda, wyznaczanie krytycznej szybkości
rozcieńczania Dkryt. (szybkości wymywania Dmax).
- tlen jako substrat limitujący wzrost mikroorganizmów
- mieszanie – zależność liczby Reynoldsa od średnicy, częstości
obrotów mieszadła oraz lepkości cieczy. Obliczenie częstości
obrotów danego mieszadła dla uzyskania mieszania
turbulentnego
- zaprojektowanie prostego modelu bioreaktora zbiornikowego
STR o danej objętości z uwzględnieniem standardowych
proporcji poszczególnych elementów konstrukcyjnych
|
W cyklu 2024/25L:
Treści merytoryczne wykładu obejmują następujące zagadnienia:
Inżynieria bioprocesowa – zakres obejmowanych zagadnień , zasady organizacji bioprocesu.
Bilansowanie przemian biochemicznych, stechiometria reakcji.
Podstawy termodynamiki, bilans cieplny
Matematyczne modele wzrostu populacji mikroorganizmów.
Hodowle okresowe, ciągłe i półokresowe (dolewowe, zasilane). Symulacje wzrostu mikroorganizmów, zmian stężenia substratu i produktu w oparciu o model Monoda,
hamowanie wzrostu przez substrat w oparciu o model Andrewsa i Levenspiela
Elementy hydrodynamiki płynów doskonałych i rzeczywistych. Wymiana masy i ciepła.
Wnikanie tlenu- czynniki wpływające na współczynniki wnikania tlenu.
Metody napowietrzania - drobnopęcherzykowe i bezpęcherzykowe
Podstawy inżynierii bioreaktorów, bioreaktory idealne i nieidealne. Klasyfikacja bioreaktorów ,schemat budowy i elementy konstrukcyjne bioreaktora STR, kolumny barbotażowej, reaktora air-lift i reaktora ociekowego.
Makro – i mikromieszanie, cyrkulacja cieczy, typy mieszadeł.
Parametry (liczby) charakteryzujące procesy mieszania – liczba Reynoldsa, liczba Newtona (mocy), działanie sił ścinających (shear stress)
Bioreaktory z immobilizowanym materiałem biologicznym. Bioreaktory do hodowli komórkowych.
Metody przygotowania surowców (up-stream processing). Zapewnienie sterylności bioprocesów - metody sterylizacji na dużą skalę ,pojęcia: śmierci termicznej, czasu dziesięciokrotnej redukcji, energii aktywacji śmierci termicznej
Down-stream processing - separacja biomasy i dezintegracja komórek ( sedymentacja, flotacja, metody filtracyjne, techniki wirowania, metody homogenizacji ) .
Metody separacji i oczyszczania bioproduktów (ekstrakcja, metody membranowe, sorpcyjne, destylacje, metody chromatograficzne ). Suszenie bioproduktów.
Organizacja wybranych bioprocesów (produkcja etanolu, kwasów karboksylowych, rekombinowanej insuliny) , schematy linii produkcyjnych, czynniki określające koszty wybranego procesu.
Program ćwiczeń obejmuje:
- doświadczalne metody oznaczania biomasy drożdży
- zadania rachunkowe poświęcone obliczeniom stechiometrycznym
- obliczanie szybkości właściwej wzrostu, czasu podwojenia
mikroorganizmów
- obliczanie zmian stężenia biomasy, substratu i produktu w
hodowlach okresowych
- wyznaczanie optymalnego zakresu stężeń substratu
amującego wzrost w oparciu o model Levenspiela
- obliczanie zmian stężenia biomasy, substratu i produktu oraz
produktywności w hodowlach ciągłych w oparciu o model
chemostatu Monoda, wyznaczanie krytycznej szybkości
rozcieńczania Dkryt. (szybkości wymywania Dmax).
- tlen jako substrat limitujący wzrost mikroorganizmów
- mieszanie – zależność liczby Reynoldsa od średnicy, częstości
obrotów mieszadła oraz lepkości cieczy. Obliczenie częstości
obrotów danego mieszadła dla uzyskania mieszania
turbulentnego
- zaprojektowanie prostego modelu bioreaktora zbiornikowego
STR o danej objętości z uwzględnieniem standardowych
proporcji poszczególnych elementów konstrukcyjnych
|
W cyklu 2025/26L:
Treści merytoryczne wykładu obejmują następujące zagadnienia:
Inżynieria bioprocesowa – zakres obejmowanych zagadnień , zasady organizacji bioprocesu.
Bilansowanie przemian biochemicznych, stechiometria reakcji.
Podstawy termodynamiki, bilans cieplny
Matematyczne modele wzrostu populacji mikroorganizmów.
Hodowle okresowe, ciągłe i półokresowe (dolewowe, zasilane). Symulacje wzrostu mikroorganizmów, zmian stężenia substratu i produktu w oparciu o model Monoda,
hamowanie wzrostu przez substrat w oparciu o model Andrewsa i Levenspiela
Elementy hydrodynamiki płynów doskonałych i rzeczywistych. Wymiana masy i ciepła.
Wnikanie tlenu- czynniki wpływające na współczynniki wnikania tlenu.
Metody napowietrzania - drobnopęcherzykowe i bezpęcherzykowe
Podstawy inżynierii bioreaktorów, bioreaktory idealne i nieidealne. Klasyfikacja bioreaktorów ,schemat budowy i elementy konstrukcyjne bioreaktora STR, kolumny barbotażowej, reaktora air-lift i reaktora ociekowego.
Makro – i mikromieszanie, cyrkulacja cieczy, typy mieszadeł.
Parametry (liczby) charakteryzujące procesy mieszania – liczba Reynoldsa, liczba Newtona (mocy), działanie sił ścinających (shear stress)
Bioreaktory z immobilizowanym materiałem biologicznym. Bioreaktory do hodowli komórkowych.
Metody przygotowania surowców (up-stream processing). Zapewnienie sterylności bioprocesów - metody sterylizacji na dużą skalę ,pojęcia: śmierci termicznej, czasu dziesięciokrotnej redukcji, energii aktywacji śmierci termicznej
Down-stream processing - separacja biomasy i dezintegracja komórek ( sedymentacja, flotacja, metody filtracyjne, techniki wirowania, metody homogenizacji ) .
Metody separacji i oczyszczania bioproduktów (ekstrakcja, metody membranowe, sorpcyjne, destylacje, metody chromatograficzne ). Suszenie bioproduktów.
Organizacja wybranych bioprocesów (produkcja etanolu, kwasów karboksylowych, rekombinowanej insuliny) , schematy linii produkcyjnych, czynniki określające koszty wybranego procesu.
Program ćwiczeń obejmuje:
- doświadczalne metody oznaczania biomasy drożdży
- zadania rachunkowe poświęcone obliczeniom stechiometrycznym
- obliczanie szybkości właściwej wzrostu, czasu podwojenia
mikroorganizmów
- obliczanie zmian stężenia biomasy, substratu i produktu w
hodowlach okresowych
- wyznaczanie optymalnego zakresu stężeń substratu
amującego wzrost w oparciu o model Levenspiela
- obliczanie zmian stężenia biomasy, substratu i produktu oraz
produktywności w hodowlach ciągłych w oparciu o model
chemostatu Monoda, wyznaczanie krytycznej szybkości
rozcieńczania Dkryt. (szybkości wymywania Dmax).
- tlen jako substrat limitujący wzrost mikroorganizmów
- mieszanie – zależność liczby Reynoldsa od średnicy, częstości
obrotów mieszadła oraz lepkości cieczy. Obliczenie częstości
obrotów danego mieszadła dla uzyskania mieszania
turbulentnego
- zaprojektowanie prostego modelu bioreaktora zbiornikowego
STR o danej objętości z uwzględnieniem standardowych
proporcji poszczególnych elementów konstrukcyjnych
|
Całkowity nakład pracy studenta
Godziny realizowane z udziałem nauczycieli ( 65 godz.):
- udział w wykładach - 30 h
- udział w ćwiczeniach - 30 h
- udział w konsultacjach - 5 h
Czas poświęcony na pracę indywidualną studenta (35 godz.):
- przygotowanie do ćwiczeń, opracowanie sprawozdań - 10 h
- przygotowanie do kolokwiów - 10 h
- przygotowanie do egzaminu i obecność na egzaminie – 15 h
Łącznie 100 gdz. (4 ECTS)
Efekty uczenia się - wiedza
W1 - Ma wiedzę o podstawowych składnikach materii i rodzajach podstawowych oddziaływań między nimi. Zna podstawy biochemiczne, molekularne i komórkowe funkcjonowania organizmów K_W03, K_W09
W2 - Definiuje podstawowe kategorie pojęciowe w biologii oraz matematyce, fizyce i chemii K_W11
W3 - Opisuje biotechnologię jako interdyscyplinarną dziedzinę nauki i przemysłu K_W06
Wskazuje korzyści i ryzyko wykorzystania biotechnologii w odniesieniu do człowieka i środowiska K_W06, K_W19
W4 - Ma wiedzę dotyczącą wykorzystania materiału biologicznego (od pojedynczych cząsteczek, poprzez makrocząsteczki do organizmów jedno- i wielokomórkowych) w biotechnologii K_W13
W5 - Zna podstawowe techniki biochemiczne i molekularne wykorzystywane w biotechnologii K_W16
W6 - Zna podstawowe aparaty i urządzenia stosowane w technologiach biochemicznych do otrzymywania bioproduktów oraz biotechnologie stosowane w ochronie środowiska K_W17
W7 - Definiuje podstawowe zasady ergonomii oraz bezpieczeństwa i higieny pracy K_W20
Efekty uczenia się - umiejętności
U1- Użytkuje komputer w zakresie koniecznym do wyszukania informacji i komunikowania się K_U03
U2 - Samodzielnie wyszukuje informacje w polskiej i anglojęzycznej literaturze fachowej i popularno-naukowej, a także w internecie i jest zdolny do oceny rzetelności uzyskanych informacji
Wykorzystuje literaturę anglojęzyczną do poszerzania wiedzy w zakresie studiowanego kierunku K_U05, K_U19
U3 - Przedstawia w sposób popularno-naukowy najnowsze osiągnięcia z zakresu biotechnologii K_U07
Efekty uczenia się - kompetencje społeczne
K1 Zna ograniczenia własnej wiedzy i rozumie potrzebę dalszego kształcenia się i pogłębiania kompetencji zawodowych . Akceptuje konieczność znajomości metod matematyczno-statystycznych i informatycznych w biotechnologii - K_K01, K_K02
K2 Jest chętny do pracy zespołowej respektując zdanie innych członków zespołu, szczególnie podwładnych. Jest odpowiedzialny za powierzony sprzęt i wspólnie realizowane zadania związane z pracą zespołową - K_K03, K_K09
K3 Krytycznie ocenia informacje z literatury naukowej, internetu, a szczególnie mediów masowych, dotyczących wykorzystania biotechnologii w rolnictwie, przemyśle i medycynie - K_K07
K4 Jest świadomy ryzyka wykonywanej działalności oraz ponoszenia odpowiedzialności w zakresie stosowania metod biotechnologicznych K_K08
K5 Formułuje opinie na temat podstawowych problemów z zakresu biotechnologii K_K10
Koordynatorzy przedmiotu
Metody dydaktyczne
Wykład informacyjny z prezentacjami i z przykładami rozwiązywania zadań;
Ćwiczenia mają częściowo charakter doświadczalny, głównie są to ćwiczenia rachunkowe (rozwiąywanie problemów) -studenci realizują zadania w grupach 2-osobowych
Metody dydaktyczne podające
- wykład informacyjny (konwencjonalny)
Rodzaj przedmiotu
przedmiot obligatoryjny
Wymagania wstępne
Ukończony kurs biochemii, wskazane również ukończenie kursu mikrobiologii i genetyki
Kryteria oceniania
wykład zaliczany na podstawie testu końcowego (10 pytań z czterema wariantami odpowiedzi wśród których tylko jeden jest prawidłowy, punktowanych od 0 do 1), 5 pytań otwartych wymagających skomentowania bądż uzupełnienia opisu na schemacie/wykresie (punktowanych 0-2 pkt) obejmującego całość poruszanych zagadnień na wykładach. Ocena dostateczna (50%), dostateczny plus (60%), dobry (70%), dobry plus (80-90%) , bardzo dobry (powyżej 90 %).
K_W13, K_W16, K_W17
ćwiczenia zaliczane na podstawie obecności, zaliczonych 3 pisemnych sprawdzianów obejmujących rozwiązanie zadań rachunkowych.
K_U03, K_U05, K_U07
Praktyki zawodowe
Literatura
1. Fiedurek j., (red.) - Podstawy wybranych procesów
biotechnologicznych, (wyd.UMCS), 2004
2. W.Bednarski i J.Fiedurek (red.)- Podstawy biotechnologii
przemysłowej - WNT 2007
3. A.Chmiel – Biotechnologia. Podstawy mikrobiologiczne i
biochemiczne PWN 1994 ( i wydania późniejsze)
4. K.W. Szewczyk – Technologia biochemiczna (wyd.PW) - 2005
5. K.W. Szewczyk - Bilansowanie i kinetyka procesów
biochemicznych (wyd.PW)-2005
6. S.Aiba, A.E.Humphrey, N.F.Willis – Inżynieria biochemiczna,
WNT 1977
7. Viestrus U.E.,Kuzniecow A.M., Sawienkow W.W., Bioreaktory –
zasady obliczeń i doboru
8. Viesturs U.E., Szmite I.A. Żilewicz A.W., - Biotechnologia –
substancje biologicznie czynne, technologia, aparatura
WNT 1992
9. Bałdyga J., Henczka M., Podgórska W., -Obliczenia w inżynierii
bioreaktorów (wyd.PW)-1996
10. Ratlege C. Kristiansen B. – Podstawy biotechnologii, PWN 2011
11. M.L.Shuler, F.Kargi – Bioprocess engineering. Basic concepts
(second ed.) Prentice Hall 2002
12. J.M. Lee – Biochemical engineering , eBook ver.2.2, 2006
13. Libudzisz Z, Kowal K., (red.) – Mikrobiologia techniczna,
T. I – II, (wyd.PŁ), 2000
14. M.Chaplin, Ch. Bucke – Enzyme technology (Cambridge
Univ.Press)
http://www.lsbu.ac.uk/biology/enztech/index/html
15. H.R.Bungay, J.S. Dordick i in. – Rensselaer Polytechnic, USA
- kursy inżynierii biochemicznej:
CHME-443 Introduction to biochemical engineering
CHME-643 Biochemical engineering
http://www.rpi.edu/dept/chem-eng/Biotech-Environ/
b32443.htm
16. D.Petrides - Bioprocess design and economics; w:
Bioseparations science and engineering, R.G.Harrison,
P.W.Todd, S.R.Rudge, D.Petrides (eds.),
Cambridge University Press, 2003
http://www.intelligen.com/literature.html
17. D.Wrzosek – Matematyka dla biologów, Wyd. WUW 2008
19. Węgleński P. Genetyka molekularna, Wydawnictwo Naukowe PWN 2008
Artykuły przeglądowe:
Ciarkowska A, Jakubowska A. Pichia pastoris jako system ekspresyjny do produkcji białek rekombinowanych. Post Biochem 2013, 59: 315-321
Olejnik-Schmidt A, Gronowalska A, Schmidt M. Charakterystyka systemu nizynowego jako narzędzia do produkcji białek i peptydów w komórkach Lactococcus lactis. Post Biochem 2013, 59: 322-326
Porowińska D, Wujak M, Roszek K, Komoszyński M. Prokariotyczne systemy ekspresyjne. Post Hig Med Dośw 2013; 67" 119-129
Nuc P, Nuc K. Produkcja rekombinowanych białek w Escherichia coli. Post Biochem. 2006; 52: 448-456
Szaflarski W, Sujka P, Nowicki P, Zabel M. Produkcja białek w systemach ekspresji pozakomórkowej. Biotechnologia 2009; 84: 86-98
|
W cyklu 2024/25L:
1. Fiedurek j., (red.) - Podstawy wybranych procesów
biotechnologicznych, (wyd.UMCS), 2004
2. W.Bednarski i J.Fiedurek (red.)- Podstawy biotechnologii
przemysłowej - WNT 2007
3. A.Chmiel – Biotechnologia. Podstawy mikrobiologiczne i
biochemiczne PWN 1994 ( i wydania późniejsze)
4. K.W. Szewczyk – Technologia biochemiczna (wyd.PW) - 2005
5. K.W. Szewczyk - Bilansowanie i kinetyka procesów
biochemicznych (wyd.PW)-2005
6. S.Aiba, A.E.Humphrey, N.F.Willis – Inżynieria biochemiczna,
WNT 1977
7. Viestrus U.E.,Kuzniecow A.M., Sawienkow W.W., Bioreaktory –
zasady obliczeń i doboru
8. Viesturs U.E., Szmite I.A. Żilewicz A.W., - Biotechnologia –
substancje biologicznie czynne, technologia, aparatura
WNT 1992
9. Bałdyga J., Henczka M., Podgórska W., -Obliczenia w inżynierii
bioreaktorów (wyd.PW)-1996
10. Ratlege C. Kristiansen B. – Podstawy biotechnologii, PWN 2011
11. M.L.Shuler, F.Kargi – Bioprocess engineering. Basic concepts
(second ed.) Prentice Hall 2002
12. J.M. Lee – Biochemical engineering , eBook ver.2.2, 2006
13. Libudzisz Z, Kowal K., (red.) – Mikrobiologia techniczna,
T. I – II, (wyd.PŁ), 2000
14. M.Chaplin, Ch. Bucke – Enzyme technology (Cambridge
Univ.Press)
http://www.lsbu.ac.uk/biology/enztech/index/html
15. H.R.Bungay, J.S. Dordick i in. – Rensselaer Polytechnic, USA
- kursy inżynierii biochemicznej:
CHME-443 Introduction to biochemical engineering
CHME-643 Biochemical engineering
http://www.rpi.edu/dept/chem-eng/Biotech-Environ/
b32443.htm
16. D.Petrides - Bioprocess design and economics; w:
Bioseparations science and engineering, R.G.Harrison,
P.W.Todd, S.R.Rudge, D.Petrides (eds.),
Cambridge University Press, 2003
http://www.intelligen.com/literature.html
17. D.Wrzosek – Matematyka dla biologów, Wyd. WUW 2008
18. Materiały na płycie CD (wybrana literatura) dostarczone przez
wykładowcę
|
W cyklu 2025/26L:
1. Fiedurek j., (red.) - Podstawy wybranych procesów
biotechnologicznych, (wyd.UMCS), 2004
2. W.Bednarski i J.Fiedurek (red.)- Podstawy biotechnologii
przemysłowej - WNT 2007
3. A.Chmiel – Biotechnologia. Podstawy mikrobiologiczne i
biochemiczne PWN 1994 ( i wydania późniejsze)
4. K.W. Szewczyk – Technologia biochemiczna (wyd.PW) - 2005
5. K.W. Szewczyk - Bilansowanie i kinetyka procesów
biochemicznych (wyd.PW)-2005
6. S.Aiba, A.E.Humphrey, N.F.Willis – Inżynieria biochemiczna,
WNT 1977
7. Viestrus U.E.,Kuzniecow A.M., Sawienkow W.W., Bioreaktory –
zasady obliczeń i doboru
8. Viesturs U.E., Szmite I.A. Żilewicz A.W., - Biotechnologia –
substancje biologicznie czynne, technologia, aparatura
WNT 1992
9. Bałdyga J., Henczka M., Podgórska W., -Obliczenia w inżynierii
bioreaktorów (wyd.PW)-1996
10. Ratlege C. Kristiansen B. – Podstawy biotechnologii, PWN 2011
11. M.L.Shuler, F.Kargi – Bioprocess engineering. Basic concepts
(second ed.) Prentice Hall 2002
12. J.M. Lee – Biochemical engineering , eBook ver.2.2, 2006
13. Libudzisz Z, Kowal K., (red.) – Mikrobiologia techniczna,
T. I – II, (wyd.PŁ), 2000
14. M.Chaplin, Ch. Bucke – Enzyme technology (Cambridge
Univ.Press)
http://www.lsbu.ac.uk/biology/enztech/index/html
15. H.R.Bungay, J.S. Dordick i in. – Rensselaer Polytechnic, USA
- kursy inżynierii biochemicznej:
CHME-443 Introduction to biochemical engineering
CHME-643 Biochemical engineering
http://www.rpi.edu/dept/chem-eng/Biotech-Environ/
b32443.htm
16. D.Petrides - Bioprocess design and economics; w:
Bioseparations science and engineering, R.G.Harrison,
P.W.Todd, S.R.Rudge, D.Petrides (eds.),
Cambridge University Press, 2003
http://www.intelligen.com/literature.html
17. D.Wrzosek – Matematyka dla biologów, Wyd. WUW 2008
18. Materiały na płycie CD (wybrana literatura) dostarczone przez
wykładowcę
|
Więcej informacji
Dodatkowe informacje (np. o kalendarzu rejestracji, prowadzących zajęcia, lokalizacji i
terminach zajęć) mogą być dostępne w serwisie USOSweb: