Podstawy biotechnologii przemysłowej

Książka dotyczy poprawnej realizacji procesów i operacji biotechnologicznych, a przede wszystkim optymalizacji oraz doboru warunków technicznych i technologicznych decydujących o jakości gotowych bioproduktów.

Najwięcej miejsca poświęcono inżynierii bioprocesowej, w tym inżynierii bioreaktorów w aspekcie przebiegających w nich procesów mikrobiologicznych, biochemicznych, fizycznych i chemicznych. Wiele zajmuje miejsca opis metod wydzielania, oczyszczania i utrwalania bioproduktów odprowadzanych z bioreaktorów.

Po krótkim wprowadzeniu w historię biotechnologii i wskazaniu na jej tendencje rozwojowe, w książce przedstawiono ogólne zasady  procesów mikrobiologicznych, na których głównie bazuje biotechnologia, opisano zagadnienia inżynierii bioreaktorów w aspekcie przebiegających w nich procesów ( mikrobiologicznych, biochemicznych, a także fizycznych), następnie omówiono metody  wydzielania, oczyszczania i utrwalania   bioproduktów odprowadzanych  z bioreaktorów oraz  rolę i  zastosowanie enzymów w technologii bio.

Na zakończenie  podano przykłady  technologii wybranych bioproduktów, takich jak preparaty enzymatyczne, lipidy, kwasy organiczne, alkohole, polisacharydy, aminokwasy, witaminy, biosurfaktanty, a także nośniki energii (np. biogaz).

Podręcznik jest kierowany do studentów biotechnologii, technologii żywności i żywienia człowieka, farmacji, inżynierii chemicznej i procesowej, a także dla pracowników naukowych i inżynieryjnych, zajmujących się praktyczną realizacją procesów biotechnologicznych.

Rozdziały:

1.  Informacje wstępne
1.1. Biotechnologia w ujęciu historycznym i perspektywicznym
1.2. Biotechnologia klasyczna i nowoczesna
1.3. Rozwój biotechnologii: aspekty ekonomiczne, społeczne, ekologiczne i etyczne oraz ochrona własności intelektualnej
1.3.1. Aspekty ekonomiczno-społeczne
1.3.2. Aspekty ekologiczne i etyczne
1.3.3. Ochrona własności intelektualnej
1.4. Procesy i operacje jednostkowe w biotechnologii. Podstawowe pojęcia

2.  Biologiczne podstawy procesów mikrobiologicznych               
2.1. Dobór mikroorganizmów stosowanych w biotechnologii
2.1.1. Wprowadzenie
2.1.2. Charakterystyka oraz kryteria doboru organizmów
2.1.3. Deponowanie, utrwalanie i przechowywanie czystych kultur
2.2. Doskonalenie biotechnologicznych cech organizmów
2.2.1. Wprowadzenie
2.2.2. Adaptacja organizmów do różnorodnych warunków hodowli
2.2.3. Mutageneza
2.2.4. Rekombinacja genetyczna
2.2.5. Ekologiczne i prawne skutki przenoszenia materiału genetycznego
2.2.6. Skrining metabolitów wytwarzanych przez drobnoustroje
2.2.7. Nadprodukcja metabolitów wytwarzanych przez drobnoustroje
2.3. Podstawy bioenergetyki (Włodzimierz Bednarski)
2.3.1. Wprowadzenie
2.3.2. Charakterystyka procesów energetycznych organizmów żywych
2.3.3. Transport energii w organizmach żywych
2.3.4. Energetyka procesów beztlenowych
2.3.5. Energetyka procesów biosyntezy

3.  Techniczne podstawy hodowli drobnoustrojów w bioreaktorach
3.1. Wstęp
3.2. Podstawy bilansowania wzrostu drobnoustrojów
3.2.1. Wprowadzenie
3.2.2. Bilans elementarny wzrostu
3.2.3. Bilans cieplny wzrostu mikroorganizmów
3.2.4. Bilanse różniczkowe. Przemiana podstawowa
3.3. Kinetyka wzrostu drobnoustrojów
3.3.1. Niestrukturalne modele wzrostu ustalonego
3.3.2. Strukturalne modele wzrostu
3.4. Techniki hodowli drobnoustrojów
3.4.1. Klasyfikacja technik hodowli drobnoustrojów
3.4.2. Hodowla okresowa
3.4.3. Hodowla okresowa z ciągłym dozowaniem
3.4.4. Hodowla ciągła
3.4.5. Hodowla ciągła z recyrkulacją biomasy
3.5. Bioreaktory
3.5.1. Klasyfikacja bioreaktorów
3.5.2. Bioreaktory do hodowli w podłożach ciekłych z napowietrzaniem
3.5.3. Bioreaktory zintegrowane
3.5.4. Bioreaktory do hodowli mikroorganizmów w stałym podłożu
3.5.5. Bioreaktory do procesów z biokatalizatorami unieruchomionymi
3.6. Zapewnienie warunków aseptycznych w biotechnologii
3.6.1. Wyjaławianie, pasteryzacja, sterylizacja
3.6.2. Mechanizmy sterylizacji
3.6.3. Kinetyka sterylizacji termicznej
3.6.4. Praktyczne realizacje sterylizacji
3.6.5. Infekcje fagowe i ich zwalczanie
3.7. Optymalizacja warunków prowadzenia procesów
3.7.1. Optymalizacja składu pożywki i warunków hodowli
3.7.2. Kontrola procesów biotechnologicznych
3.7.3. Regulacja i automatyzacja procesów biotechnologicznych
3.7.4. Powiększenie skali procesów biotechnologicznych

4.  Wydzielanie, oczyszczanie i utrwalanie bioproduktów
4.1. Wprowadzenie
4.2. Separacja części nierozpuszczonych
4.2.1. Filtracja konwencjonalna
4.2.2. Mikrofiltracja
4.2.3. Wirowanie
4.3. Dezintegracja ścian komórkowych
4.4. Separacja bioproduktów
4.4.1. Ekstrakcja rozpuszczalnikami organicznymi
4.4.2. Ekstrakcja nadkrytyczna
4.4.3. Adsorpcja
4.5. Techniki membranowe
4.5.1. Ultrafiltracja
4.5.2. Dializa
4.5.3. Elektrodializa
4.5.4. Perwaporacja
4.6. Techniki chromatograficzne
4.6.1. Chromatografia adsorpcyjna i podziałowa
4.6.2. Chromatografia jonowymienna
4.6.3. Chromatografia żelowa
4.6.4. Chromatografia powinowactwa
4.7. Elektroforeza
4.8. Precypitacja
4.9. Krystalizacja
10.Utrwalanie oraz stabilizowanie aktywności biopreparatów
4.10.1. Wprowadzenie
10.2.  Metody dehydratacji biopreparatów bez zmiany stanu fizycznego wody
4.10.3. Suszenie biopreparatów
4.10.4. Zamrażanie biopreparatów

5.  Biokataliza i jej zastosowanie
5.1. Wprowadzenie
5.2. Podstawy biokatalizy
5.3. Skrining enzymów
5.4. Doskonalenie właściwości enzymów
5.4.1. Chemiczna modyfikacja właściwości enzymów
5.4.2. Immobilizacja enzymów
5.4.3. Bioimprinting
5.4.4. Pokrywanie enzymów lipidami lub surfaktantami
5.4.5. Zastosowanie technik inżynierii genetycznej
5.4.6. Inżynieria środowiska reakcji
5.4.7. Inne metody doskonalenia właściwości enzymów
5.5. Biokataliza w środowisku wodnym
5.6. Biokataliza w mediach niekonwencjonalnych
5.6.1. Biokataliza w rozpuszczalnikach organicznych
5.6.2. Biokataliza ekstrakcyjna
5.6.3. Biokataliza w płynach nadkrytycznych
5.6.4. Biokataliza w cieczach jonowych
5.7. Kierunki zastosowania biokatalizy
5.7.1. Przemysłowe zastosowania biotransformacji mikrobiologicznej
5.7.2. Przemysłowe zastosowania biokatalizy

6.  Podstawy technologu wybranych bioproduktów
6.1. Wprowadzenie
6.2. Ogólne zasady procesów biotechnologicznych
6.3. Otrzymywanie białka
6.4. Otrzymywanie preparatów enzymatycznych
6.4.1. Otrzymywanie preparatów amylaz
6.4.2. Otrzymywanie preparatów lipaz
6.4.3. Otrzymywanie preparatów proteaz
6.4.4. Otrzymywanie preparatów innych enzymów
6.5. Otrzymywanie lipidów
6.6. Otrzymywanie kwasów organicznych
6.6.1. Otrzymywanie kwasu cytrynowego
6.6.2. Otrzymywanie kwasu mlekowego
6.6.3. Otrzymywanie kwasu propionowego
6.6.4. Otrzymywanie kwasu octowego.
6.6.5. Otrzymywanie innych kwasów organicznych
6.7. Otrzymywanie alkoholi
6.7.1. Otrzymywanie etanolu
6.7.2. Otrzymywanie ksylitolu
6.7.3. Otrzymywanie glicerolu
6.8. Otrzymywanie polisacharydów
6.8.1. Otrzymywanie pululanu
6.8.2. Otrzymywanie kurdlanu
6.8.3. Otrzymywanie dekstranu
6.8.4. Otrzymywanie gelanu
6.8.5. Otrzymywanie ksantanu
6.9. Otrzymywanie aminokwasów
6.9.1. Metaboliczne warunki nadprodukcji aminokwasów
6.9.2. Izolowanie L-aminokwasów z mieszanin racemicznych
6.9.3. Otrzymywanie kwasu L-glutaminowego
6.9.4. Otrzymywanie L-lizyny
6.9.5. Otrzymywanie L-tryptofanu
6.10.  Otrzymywanie witamin
6.10.1. Otrzymywanie witaminy
6.10.2. Otrzymywanie witaminy
6.10.3. Otrzymywanie witaminy B2
6.10.4. Otrzymywanie witaminy B12
6.10.5. Otrzymywanie biotyny
6.10.6. Otrzymywanie witaminy B13
6.10.7. Witamina C
6.11. Otrzymywanie biosurfaktantów
6.12. Otrzymywanie nośników energii
6.12.1. Otrzymywanie biogazu
6.12.2. Otrzymywanie biodiesli
6.12.3. Otrzymywanie wodoru
6.12. Otrzymywanie bioproduktów przy użyciu mikroorganizmów ze zrekombinowanym DNA
6.12.1. Otrzymywanie antybiotyków
6.12.2. Otrzymywanie hormonów sterydowych
6.12.3. Otrzymywanie leków o strukturze białkowej
6.12.4. Otrzymywanie szczepionek

7.  Wybrane zagadnienia z biotechnologii środowiskowej
7.1. Usuwanie związków organicznych ze ścieków
7.2. Biologiczne usuwanie związków azotu
7.3. Biologiczne usuwanie związków fosforu
7.4. Biologiczne oczyszczanie gazów
7.5. Biologiczna degradacja odpadów stałych
7.6. Bioremediacja gleb i wód

Słowniczek wybranych terminów z dziedziny biotechnologii