Post on 02-May-2015
BIOPARAMETRI MISURATI
E LORO CONTROLLO
•T
•pH
•Ossigeno disciolto
•Anidride carbonica
•Flusso d’aria
•Pressione
•Agitazione
•Schiuma
•Concentrazione cellulare
dal progetto al processo: criticita’
• rate limiting step(s)
• scale up
• vincoli impiantistici
• economie di scala
metodi di scale up
• costanza del rapporto: flusso d’aria/volume
• calcolo della velocita’ periferica che garantisce lo stesso trasferimento di ossigeno
• costanza della velocita’ periferica
• correlazione potenza applicata/volume
recovery (down stream processing)
costo variabile da prodotto a prodotto
Etanolo: 15%
Penicillina G (bulk): 20-30%
Enzimi: >70%
scelta del metodo di recovery
• prodotto: eso o endocellulare?
• concentrazione nel brodo di fermentazione?
• proprieta’ chimico-fisiche
• uso finale
• definizione di standard di purezza accettabili
• rischio biologico-chimico del brodo/prodotto
• impurezze nel brodo di fermentazione
• prezzo di mercato
primo obiettivo:
• rimozione delle particelle solide
• rimozione delle cellule
uso di centrifughe o filtri
secondo obiettivo: purificazione
• frazionamento del brodo
• estrazione di frazioni “ricche”
ultrafiltrazione, cromatografia,estrazione liquido/liquido,
estrazione bifasica
terzo obiettivo: precipitazione
• frazionamento delle fasi “ricche”
• uso di tecniche cromatografiche piu’ “avanzate”
• precipitazione frazionata
• cristallizzazione
“pre-trattamenti”
• selezione di microrganismi (metaboliti indesiderati, pigmenti)
• modifiche delle condizioni fermentative (riduzione dei metaboliti indesiderati)
• tempo di harvesting• controllo del pH dopo harvesting• controllo della T dopo harvesting• agenti flocculanti• uso di enzimi per l’attacco alle pareti
cellulari
fermentazione-recoverysviluppo “integrato”
variazioni nelle condizioni di fermentazione possono influire sulla “qualita’” del brodo
(produzione di pigmenti, uso di agenti anti-schiuma,…)
recovery:strade alternative
• costo del processo
• quantita’ richiesta o commerciabile
• resa potenziale
• qualita’ richiesta
• competenze tecniche disponibili
recovery:strade alternative
•conformita’ alle richieste regolatorie
•necessita’ di waste water treatment
•processing continuo oppure a batch
•automazione
•requisiti per sicurezza/salute
filtrazione
• proprieta’ del filtrato (viscosita’, densita’)
• natura delle particelle solide (forma/dimensioni)
• rapporto solido/liquido
• scelta della frazione da recuperare (solida, liquida, tutte e 2?)
filtrazione
• scala
• batch/ continua
• rapporto solido/liquido
• condizioni asettiche
• sovrapressione o vuoto?
pressione nella filtrazione
• per vincere la resistenza del filtro
• per vincere la resistenza del materiale accumulato sul filtro
uso di filter aids
• aumento della porosita’ del materiale da flitrare
• quantita’ da valutare sperimentalmente
• formazione di pre-coat
• mix con brodo di fermentazione
• non utile se prodotto endocellulare
filtrazioni industriali
• filtri pressa
• filtri rotativi (vuoto)
• filtrazione tangenziale
centrifugazione
• se filtrazione lenta e difficoltosa
• impossibilita’ di uso di filter aids
• separazione continua (alto standard di igiene)
centrifugazione: ideale se…
• cellule con grande diametro
• elevata differenza di densita’ tra cellule e liquido
• liquidi a bassa viscosita’
ma…
aggregazione cellulare
stessa densita’ delle cellule singole ma aumento del diametro > velocita’ di sedimentazione
come aggregare
• superficie cellulare anionica
• shell di molecole d’acqua
• irregolarita’ della forma
come aggregare
• neutralizzazione delle cariche (pH)
• riduzione del’idrofilicita’
• uso di “ponti polimerici”
Sali di calcio, ferro, sali di ammonio quaternari, polielettroliti,…
metodi di distruzione cellulare
• fisico-meccanici: uso di pressure-drop, agitazione con abrasivi, ultrasuoni,congelamento-scongelamento
• chimici: detergenti, shock osmotico, trattamenti alcalini, trattamenti enzimatici
estrazione liquido/liquido
• coefficiente di ripartizione
• mono o pluristadio
• equi e controcorrente
• mono e bifasica
distillazione
• recupero del solvente (costo industriale/ambientale)
• processo in continuo