The course focuses on understanding the whole process of industrial bioprocesses e.g. cell cultivation, upstream and downstream processes, process interactions and engineering aspects of the process. The subject is based on expansion, synthesis and application of knowledge gained in basic subjects such as microbiology, biochemistry, physical chemistry and chemical engineering to bioengineering aspects of industrial bioprocesses. The subject brings new or significantly expanding existing knowledge in the field of mass balance bioprocesses, types of bioreactors and methods of management and control of bioprocesses.

Předmět je zaměřen na pochopení celého procesu biotechnologické výroby tedy nejen na vlastní kultivaci buněk ale i na přípravné a dokončovací operace, jejich provázanost a inženýrské aspekty procesů. Důraz je kladen na rozšíření, syntézu a aplikaci znalostí získaných v základních předmětech jako jsou mikrobiologie, biochemie, fyzikální chemie a chemické inženýrství na bioinženýrské aspekty biotechnologických výrob. Předmět přináší nové nebo značně rozšiřuje stávající znalosti studentů v oblasti hmotové bilance bioprocesů, typů bioreaktorů a způsobů řízení a regulace bioprocesů.

Students will be able to:

Apply knowledge of basic subjects such as microbiology, biochemistry and chemical engineering to bioengineering area.

Propose a suitable type of cultivation and bioreactor for the desired product.

Design and implement a mass balance and basic process control.

Studenti budou umět:

Aplikovat znalosti ze základních předmětů jako jsou mikrobiologie, biochemie a chemické inženýrství na bioinženýrskou problematiku.

Navrhnout vhodný typ kultivace a bioreaktoru pro požadovaný produkt.

Navrhnout a provést bilanci hmoty a základní regulaci procesu.

R: Kaštánek F., Bioinženýrství, Academia, Praha, 2008, ISBN: 80-200-0768-7

R: Najafpour G. D., Biochemical Engineering and Biotechnology, Elsevier B.V., Amsterdam, 2007, ISBN: 978-0-444-52845-2

R: Rehm H.-J., Reed G., Biotechnology, Volume 3 - Bioprocessing WILEY-VCH, 1993, ISBN: 9783527283101

R: Rehm H.-J., Reed G., Biotechnology, Volume 4 - Measuring, Modelling and Control, Second Edition, WILEY-VCH, 1991, ISBN: 9783527283101

Z: Kaštánek F., Bioinženýrství, Academia, Praha, 2008, ISBN: 80-200-0768-7

Z: Najafpour G. D., Biochemical Engineering and Biotechnology, Elsevier B.V,.Amsterdam, 2007, ISBN: 978-0-444-52845-2

Z: Rehm H.-J., Reed G., Biotechnology, Volume 3 - Bioprocessing WILEY-VCH, 1993, ISBN: 9783527283101

Z: Rehm H.-J., Reed G., Biotechnology, Volume 4 - Measuring, Modelling and Control, Second Edition, WILEY-VCH, 1991, ISBN: 9783527283101

1. Biotechnology and bioengineering, biotechnological process structure.

2. Technological aspects of use of intact cells as a producers (plant vs. animal vs. microorganisms). Types of products. Application of enzymes.

3. Upstream processes (storage of microorganisms, preparation of inoculum, preparation and sterilization of liquid media, sterilization of reactor, SIP, filtration and sterilization of gases).

4. Parameters for the description of microorganism cultivation. Yield and productivity of process. Overview of cultivation types.

5. Batch cultivation (characteristics, mass balance, use).

6. Fed-batch cultivation (characteristics, types of feeding, mass balance, use).

7. Continuous cultivation (characteristics, process control, mass balance, compared to batch cultivation, use). Choosing the cultivation type on the basis of the desired product.

8. Aeration and oxygen transfer (implementation of aeration, oxygen transfer mechanism, KLa).

9. Mixing (mixing types in biotechnological plant, specifics of mixing in bioreactors).

10. Bioreactors (types, design, use).

11. Measured and controlled variables in cell cultivation. Fundamentals of bioprocess control (controllers, control loop, variables in controlling).

12. Downstream processes (conventional separation technologies, disintegration of cells, membrane separation technologies).

13. Downstream processes (extraction, precipitation, distillation, drying, stripping, CIP). Production line of biotechnological process.

14. Biotechnologies and bioreactors for treatment of wastes from biotechnological processes.

1. Problematika biotechnologie a bioinženýrství, struktura biotechnologického procesu.

2. Technologické aspekty využití intaktních buněk jako producentů (rostlinné vs. živočišné vs. mikroorganismy). Typy produktů. Možnosti použití enzymů.

3. Přípravné operace biotechnologických výrob (uchovávání mikroorganismů, příprava inokula, příprava a sterilizace kapalného média, sterilizace bioreaktoru, SIP, filtrace a sterilace plynů).

4. Parametry pro popis kultivace mikroorganismů. Výtěžnost a produktivita procesů. Přehled typů kultivací.

5. Vsádková kultivace (charakteristika, hmotová bilance, použití).

6. Vsádková kultivace s postupným živením (charakteristika, způsoby přítokování média, hmotová bilance, použití).

7. Kontinuální kultivace (charakteristika, způsoby řízení procesu, hmotová bilance, porovnání se vsádkovou kultivací, použití). Volbu typu kultivace na základě požadovaného produktu.

8. Aerace a přestup kyslíku (realizace aerace, mechanismus přestupu kyslíku, KLa).

9. Míchání (typy míchání v biotechnologických provozech, specifika míchání bioreaktorů).

10. Bioreaktory (rozdělení, konstrukce, použití).

11. Měřené a regulované veličiny při kultivaci buněk. Základy regulace bioprocesů (regulační okruh, typy regulátorů, veličiny v regulaci).

12. Dokončovací operace biotechnologických výrob (konvenční separační technologie, dezintegrace buněk, membránové separační technologie).

13. Dokončovací operace biotechnologických výrob (extrakce, srážení, destilace, sušení, stripování, CIP). Výrobní linka biotechnologického procesu.

14. Biotechnologie a bioreaktory pro zpracování odpadů z biotechnologických výrob.

http://uprt.vscht.cz/ucebnice/mb/index.htm

http://www.biotechlab.net/

http://www.vscht.cz/obsah/fakulty/fpbt/ostatni/miniatlas/index.htm

http://uprt.vscht.cz/ucebnice/mb/index.htm

http://www.biotechlab.net/

http://www.vscht.cz/obsah/fakulty/fpbt/ostatni/miniatlas/index.htm

Physical chemistry I

Biochemistry I

Fyzikální chemie I

Biochemie I