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-recovery
sviluppo “integrato”
variazioni nelle condizioni di fermentazione
possono influire sulla “qualita’” del brodo
(produzione di pigmenti, uso di agenti antischiuma,…)
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