C7900 Lehká biotechnologie 01 – Úvod Petr Zbořil

Osnova prezentace Biotechnologie a její místo mezi ostatními výrobními postupy. Charakteristické rysy, srovnání s chemickými metodami. Výrobní prostředky biotechnologie. Produkce a hromadění metabolitů. Výběr producentů, aspekty, preferované vlastnosti. Ekonomika výroby a její ovlivnění, vztahy mezi zúčastněnými procesy.

Biotechnologie Definice schválená na valném shromáždění EFB, 1989 Biotechnologie je obor využívající přírodních a inženýrských věd k aplikaci organismů, buněk, jejich částí a molekulárních analogů k výrobě produktů a k službám Další používaná definice biotechnologie: Biotechnologie jsou všechny technologie, které využívají (živé) organismy nebo jejich součásti k výrobě nebo modifikaci produktů, k cílené modifikaci (šlechtění) rostlin, živočichů a mikroorganismů pro specifická použití

Biotechnologie Jakákoliv technologie využívající biologické (biochemické) systémy Celé organizmy Jednobuněčné Společenstva Mnohobuněčné – zemědělství? Části organizmů Biomakromolekuly Enzymy Protilátky

Biotechnologie Biologický systém Technologické hledisko Přirozený Upravený Mutanty GMO Chemicky modifikovaný Technologické hledisko Volný Imobilizovaný

Biotechnologie Historie Předindustriální období Současnost Klasické fermentace – etanolové a mléčné kvašení Současnost Produkce významných látek – přehled v dalších kapitolách Moderní potravinářská výroba Likvidační technologie Chemické modifikace – transformace Biosensory

Historie

Historie

Historie

Biotechnologie Odvětví biotechnologie – podle aplikace Průmyslová biotechnologie Farmaceutická Živočišná Rostlinná Environmentální Jiné dělicí pohledy, např. Fermentační – průmyslová Potravinářská Likvidační

Průmyslová biotechnologie Moderní způsoby Komplexní přístup, teorie předchází aplikaci Účast vědních disciplin a oborů Chemie – biochemie, organická, analytická Biologie – mikro-, molekulární, fyziologie Strojírenství – chemické inženýrství IT, elektroinženýrství Žádoucí kooperace, jistý stupeň porozumění

Průmyslová biotechnologie Aplikace biochemie v produkci a úpravě látek Enzymové reakce – nositel aktivity Buňka (role mikrobiologie) – i pro jedno-dvoukrokové konverze Enzym potřebné čistoty ve vhodné formě (zakotvené) Tkáně, pletiva – mnohobuněčné organizmy Účast dalších disciplin na vlastní konverzi Organická chemie Fermentační technologie

Fermentační technologie Pojem fermentace – většinou nesplňuje, konvence Kvasné procesy, kvasný ocet Fevere – vařit („burčák“) Biochemický smysl slova – typ metabolického pochodu Energetický proces, kde oxidaci i redukci zajišťují jeho vlastní metabolity (anaerobní glykolýza apod.) Protiklad – respirace Mikrobiologický pohled Procesy získání produktů za účasti mikroorganizmů jako katalyzátorů Taxonomické využití – pohled biochemický

Fermentační technologie Složky – vzájemné vztahy Teoretická – měla by předcházet Možnosti využití poznatků Nové procesy, produkční nástroje (mikroorganizmy, enzymy, GMO) Optimalizace dosavadních postupů, výtěžky, suroviny, zjednodušení – efektivita Praktická – historicky předcházela Mléčné a alkoholové kvašení, léčebné využití plísní aj. Malé výtěžky, bez izolace Výchozí impulz teoretického bádání i materiální základna rozvoje Pasteur – aplikace – pak vysvětlení

Fermentační technologie Příklady komerčně významných produktů Biomasa – SCP (S. cerevisiae, T. utilis) Primární metabolity – etanol, org. kyseliny, aminokyseliny, vitaminy aj. Sekundární metabolity – ATB Průmyslové enzymy Produkty biotransformací – steroidy, fenylacetylkarbinol Rekombinantní produkty – insulin a další hormony, interferon V dalším se seznámíme s typickými produkty

Výběr produkčních způsobů Možnosti – vedle izolace z přírodních zdrojů Chemická syntéza Biotechnologická výroba Preference se mění podle dostupnosti a ceny zvl. surovin a energetických nároků Vliv ekonomických a politických podmínek Využití ropy – cena Vliv pokroku ve znalostech, metodách (GMO)

Ekonomika výroby Rozhodující aspekt výroby Hlavní faktory – cena a provozní náklady Suroviny – materiál pro výrobu Energie Cena zařízení – složitost technologických operací Účinnost – výtěžek (% konverze), vedlejší produkty Rychlost procesu Pracnost izolace Vzájemné vztahy – provázanost Dražší suroviny, technologie – levnější izolace, úspora energie apod.

Srovnání možností a efektivity Srovnání na bázi ekonomické a vlastních možností Chemická syntéza Biotechnologická výroba Jednodušší proces (několik reakcí) Většinou složitější (komplexní metabolické dráhy) Jednodušší zařízení Složitější, sterilita, vzduchování Málo komponent v reakční směsi i produktu Složité medium, řada meziproduktů (heterofermentativní pochody) Jednodušší izolace Izolace obvykle pracnější Vyšší cena surovin – čisté Suroviny většinou levné, mnohdy odpadní Některé látky prakticky nelze vyrobit Velké syntetické možnosti Problém stereoselektivity Stereoselektivní

Výběr hotov Rozhodli jsme se pro fermentační způsob Jak budeme pokračovat?