1

Dobro došli na

Biotehnologiju 3!!!

2

Kako se biotehnolozi pozdravljaju

u ovo doba godine?

3

Kako se biotehnolozi pozdravljaju u ovo doba godine?

1. Je li rodilo?2. Je li zdravo?3. Koliko sladora?4. Koliko si sumporio?

4

Biotehnologija Croatica

5

Biotehnologija 3Dr. sc. Srñan Novak, red. prof.

(snovak@unizg.hr) :

Laboratorij za biokemijsko inženjerstvo, industrijsku mikrobiologiju i tehnologiju slada i piva

Zavod za biokemijsko inženjerstvo

Prehrambeno-biotehnološki fakultet Sveučilište u Zagrebu

6

�� BiotehnologBiotehnologija 3: Što ćemo naučiti?ija 3: Što ćemo naučiti?

�� Tehnologija vinaTehnologija vina

�� Tehnologija pivaTehnologija piva

�� Tehnologija alkoholaTehnologija alkohola

�� Tehnologija kvascaTehnologija kvasca

�� Proizvodnja komercijalnih enzimaProizvodnja komercijalnih enzima

�� Proizvodnja kemikalija (organske kiseline, otapala i Proizvodnja kemikalija (organske kiseline, otapala i dr.) biopolimera i bioenergenatadr.) biopolimera i bioenergenata

�� Proizvodnja octaProizvodnja octa

�� Proizvodnja fermentiraneProizvodnja fermentirane hrane i krmivahrane i krmiva

7

�� BiotehnologBiotehnologija 3: Što ćemo naučiti?ija 3: Što ćemo naučiti?�� Nastavne obaveze iz modula Biotehnologija 3:Nastavne obaveze iz modula Biotehnologija 3:�� Predavanja Predavanja -- metodske jedinicePredavanja(30 sati)Nastavnicimetodske jedinicePredavanja(30 sati)Nastavnici�� 1. Uvod 2 sata S. Novak/T. Rezić1. Uvod 2 sata S. Novak/T. Rezić�� 2. Tehnologija vina 4 sata V. Zechner2. Tehnologija vina 4 sata V. Zechner--KrpanKrpan�� 3. Tehnologija piva 6 sati B. Šantek3. Tehnologija piva 6 sati B. Šantek�� 4. Tehnologija alkohola 2 sata D. Stanzer4. Tehnologija alkohola 2 sata D. Stanzer�� 5. Tehnologija kvasca 2 sata J. Mrvčić5. Tehnologija kvasca 2 sata J. Mrvčić�� 6. Proizvodnja octa 2 sata P. Horvat6. Proizvodnja octa 2 sata P. Horvat�� 7. Proizvodnja biopolimera 3 sataT. Rezić7. Proizvodnja biopolimera 3 sataT. Rezić�� 8. Proizvodnja bioenergenata 3 sataT. Rezić8. Proizvodnja bioenergenata 3 sataT. Rezić�� 9. Proizvodnja komercijalnih enzima 4 sata J. Šušković9. Proizvodnja komercijalnih enzima 4 sata J. Šušković�� 10. Proizvodnja kemikalija i fermentirane hrane2 sataS. Novak/T.10. Proizvodnja kemikalija i fermentirane hrane2 sataS. Novak/T. RezićRezić

�� Vježbe Vježbe –– metodske jedinice (45 sati)metodske jedinice (45 sati)�� 1. Proizvodnja vina 20 sati V. Petravić1. Proizvodnja vina 20 sati V. Petravić--TominacTominac�� 2. Proizvodnja piva u mikropivovari 15 sati T. Rezić, M. Novak, 2. Proizvodnja piva u mikropivovari 15 sati T. Rezić, M. Novak, D. OrosD. Oros�� 3. Proizvodnja alkohola i kvasca 10 sati D. Stanzer, J. Mrvčić3. Proizvodnja alkohola i kvasca 10 sati D. Stanzer, J. Mrvčić�� 4. Posjeta pivovari, tvornici kvasca, alkohola i octa 10 sati B.4. Posjeta pivovari, tvornici kvasca, alkohola i octa 10 sati B. Šantek, T. Šantek, T.

RezićRezić

8

�� LITERATURALITERATURA�� PREDAVANJA: Web stranica modula Biotehnologija III PREDAVANJA: Web stranica modula Biotehnologija III

zaporka: zaporka: Biotehnol03Biotehnol03Obvezna literaturaObvezna literatura

1. Marić V. Tehnologija piva, Veleučilište u Karlovcu, Karlovac,1. Marić V. Tehnologija piva, Veleučilište u Karlovcu, Karlovac, 2009.2009.2. Biotehnologija, ur. P. Raspor, Bia, Ljubljana, 1996.2. Biotehnologija, ur. P. Raspor, Bia, Ljubljana, 1996.3. Grba S. Kvasci u biotehnološkoj proizvodnji, Plejada, Zagreb,3. Grba S. Kvasci u biotehnološkoj proizvodnji, Plejada, Zagreb, 2010.2010.4. Zoričić M. Podrumarstvo, Nakladni zavod Globus, Zagreb, 1996.4. Zoričić M. Podrumarstvo, Nakladni zavod Globus, Zagreb, 1996.

�� Preporučena literaturaPreporučena literatura1. 1. Rolf D. Schmid: Pocket Guide to Biotechnology and Rolf D. Schmid: Pocket Guide to Biotechnology and Genetic Engineering, VileyGenetic Engineering, Viley--VCH, 2003VCH, 20032. Smith J.E. Biotechnology, 5th edition, Cambridge University P2. Smith J.E. Biotechnology, 5th edition, Cambridge University Press, ress, Cambridge 2009.Cambridge 2009.3. Biotechnology, Multivolume comprehensive treatise, H.J.Rehm, 3. Biotechnology, Multivolume comprehensive treatise, H.J.Rehm, G. G. Reed, A. Puechler, P. Stadler (eds.) VCH, Weinheim 1993.Reed, A. Puechler, P. Stadler (eds.) VCH, Weinheim 1993.4. Ribéreau4. Ribéreau--Gayon P., Glories Y., Maujean A., Dubourdie, D., Rychlewski Gayon P., Glories Y., Maujean A., Dubourdie, D., Rychlewski C. Handbook of enology: The chemistry of wine stabilization and C. Handbook of enology: The chemistry of wine stabilization and treatments, 2. izd., John Wiley & Sons Ltd, Chichester, 2006.treatments, 2. izd., John Wiley & Sons Ltd, Chichester, 2006.5. Enzymes in Industry, W. Aehle (eds.), WILEY5. Enzymes in Industry, W. Aehle (eds.), WILEY--VCH Verlag GmbH VCH Verlag GmbH &Co. KGaA, Weinheim, 2004.&Co. KGaA, Weinheim, 2004.

9

Laboratorij za biokemijsko inženjerstvo, industrijsku mikrobioloLaboratorij za biokemijsko inženjerstvo, industrijsku mikrobiologiju i tehnologiju slada i pivagiju i tehnologiju slada i piva

Redoviti profesori:Redoviti profesori: Božidar Šantek (pročelnik)Božidar Šantek (pročelnik)Srñan Novak (voditelj modula)Srñan Novak (voditelj modula)Predrag HorvatPredrag HorvatVesna ZechnerVesna Zechner--KrpanKrpan

Izvanredni profesori:Izvanredni profesori: Anita Slavica Anita Slavica Sunčica Beluhan Sunčica Beluhan

Docenti:Docenti: Tonči RezićTonči RezićVlatka PetravićVlatka Petravić--TominacTominacMirela Ivančić ŠantekMirela Ivančić Šantek

Znanstveni novaci:Znanstveni novaci:Antonija TrontelAntonija Trontel

Mladen PavlečićMladen PavlečićDamir OrosDamir OrosMario NovakMario Novak

Tehničari:Tehničari: Lj. Blažević, M. Vnučec, I. LivadaLj. Blažević, M. Vnučec, I. Livada

10

Drugi nastavniciDrugi nastavnici

dr. sc. Jagoda Šušković, red. prof.dr. sc. Jagoda Šušković, red. prof.Laboratorij za tehnologiju antibiotika, enzima, Laboratorij za tehnologiju antibiotika, enzima,

probiotika i starter kulturaprobiotika i starter kultura

dr. sc. Damir Stanzer, docentdr. sc. Damir Stanzer, docenti i

dr. sc. Jasna Mrvčić, docenticadr. sc. Jasna Mrvčić, docenticaLaboratorij za tehnologiju vrenja i kvascaLaboratorij za tehnologiju vrenja i kvasca

11

ŠŠto je biotehnologija???to je biotehnologija???

European Federation of Biotechnology (EFB) dala European Federation of Biotechnology (EFB) dala je 1989. god. ovu definiciju:je 1989. god. ovu definiciju:

‘‘Biotechnology is the integration ofBiotechnology is the integration of natural natural sciences and engineering sciencessciences and engineering sciences inin order to order to

achieve the application of organisms,achieve the application of organisms, cells, cells, parts thereparts there of and molecular analogues forof and molecular analogues for

products and servicesproducts and services..’’

12

ŠŠto je biotehnologija???to je biotehnologija???

‘‘BiotehnologBiotehnologija jeija je integraintegracijacija prirodnih i prirodnih i ininžženjerskih znanosti s ciljem enjerskih znanosti s ciljem primjene primjene organizama, stanica i njihovih dijelova, te organizama, stanica i njihovih dijelova, te molekulrnih analogona u proizvodnji i molekulrnih analogona u proizvodnji i uslugama.uslugama.’’ (EFB, 1989)(EFB, 1989)

13

ŠŠto je bioproces?to je bioproces?

Bioreaktor s biokatalizatoromS P

sirovina (eng. row material) proizvodsupstrat (eng. substrate) (eng. product)

BIOKATALIZATORI (eng. biocatalysts) mogu biti:

• organizmi (mikrobne stanice: bakterije, kvasci, plijesni, alge) • biljne i životinjske stanice, tkiva • enzimi, organele, membrane• ‘umjetni enzimi i organele’ (analogoni)

14

ŠŠto je bioproces?to je bioproces?(Nekoliko terminolo(Nekoliko terminološških napomena)kih napomena)

BIOPROCESI KOJI KORISTE ENZIME KAO BIOKATALIZATOR NAZIVAMO ENZIMSKIM PROCESIMA (eng. enzyme processes).

BIOPROCESI KOJI KORISTE MIKROORGANIZME KAO BIOKATALIZATOR NAZIVAMO MIKROBNIM PROCESIMA (eng. microbial processes).

15

ŠŠto je bioproces?to je bioproces?Tri mjerila bioprocesaTri mjerila bioprocesa

16

ŠŠto je bioproces? to je bioproces? ŠŠto je bioreaktor?to je bioreaktor?

Shematski prikaz tipičnog bioreaktora za aerobne mikrobne Shematski prikaz tipičnog bioreaktora za aerobne mikrobne

procese procese

(bioreaktor s mješalom (bioreaktor s mješalom -- engl. engl. stirred tank bioreactorstirred tank bioreactor))

17

ŠŠto je to je bioproces? bioproces?

ŠŠto je to je bioreaktor?bioreaktor?

(Bioreaktor s (Bioreaktor s

mješalom mješalom --

nastavak)nastavak)

18

ŠŠto je to je bioproces? bioproces?

ŠŠto je to je bioreaktor?bioreaktor?

(Bioreaktor s (Bioreaktor s

mješalom mješalom --

nastavak)nastavak)

19

ŠŠto je bioproces?to je bioproces?

PRIPREMA MEDIJA(HRANJIVE PODLOGE)

PRIPREMA BIOKATALIZATORA(ENZIMA, CJEPIVA/INOKULUMA)

UPSTREAM PROCESSINGD

OW

NSTREAM

PRO

CESSIN

G

IZDVAJANJEBIOKATALIZATORA

IZDVAJANJE PROIZVODA

PROČIŠĆAVANJE PROIZVODA

BIOPROCES UBIOPROCES UBIOPROCES UBIOPROCES U

BIOREAKTORUBIOREAKTORUBIOREAKTORUBIOREAKTORU

S..

P

20

OpOpćća shema bioprocesa (upstream)a shema bioprocesa (upstream)

Priprema i obrada hranjive podloge

Prihvat i kontrola kvalitete sirovina

Sterilizacija (pasterizacija) hranjive podloge

Hlañenje i inokulacija hranjive podloge u bioreaktoru

Pro

cesi

pri

jeb

iore

akto

ra(u

ps

tre

am

pro

ce

ss

ing

)

BIOPROCES U BIOREAKTORU

Pripremacjepiva

(inokuluma)

21

OpOpćća shema bioprocesa: (downstream)a shema bioprocesa: (downstream)

Odvajanje biomase filtracijom, centrifugiranjemili taloženjem

Pro

cesi

po

slije

bio

reak

tora

(do

wn

str

ea

m p

roc

es

sin

g)

BIOPROCES U BIOREAKTORU

Izolacija i pročišćavanje proizvoda iz filtrata hranjive podloge (taloženje, kristalizacija, ekstrakcija, destilacija, kromatografske metode itd.)

Sušenje čiste supstance proizvoda

PROČIŠĆENI I OSUŠENI PROIZVODPROČIŠĆENI I OSUŠENI PROIZVODPROČIŠĆENI I OSUŠENI PROIZVODPROČIŠĆENI I OSUŠENI PROIZVODPROČIŠĆENI I OSUŠENI PROIZVODPROČIŠĆENI I OSUŠENI PROIZVODPROČIŠĆENI I OSUŠENI PROIZVODPROČIŠĆENI I OSUŠENI PROIZVOD

22

DVA MJERILA BIOPROCESADVA MJERILA BIOPROCESA

23

ZAKLJUZAKLJUČČAKAK

�� Pravi bioreaktor u mikrobnom procesu je Pravi bioreaktor u mikrobnom procesu je živa stanica.živa stanica.

24

Primjer mikrobnog bioprocesaPrimjer mikrobnog bioprocesa: : Industrijska proizvodnja limunske kiselineIndustrijska proizvodnja limunske kiseline

Princip:Princip:Odabrani sojevi (varijeteti) plijesni Odabrani sojevi (varijeteti) plijesni Aspergillus nigerAspergillus niger u nizu u nizu

biokemijskih reakcija transformiraju biokemijskih reakcija transformiraju ššeeććere hranjive podloge u ere hranjive podloge u limunsku kiselinulimunsku kiselinu

Š to je b iop roce s?

B IOPROCES UB IOPROCES UB IOPROCES UB IOPROCES U

B IOR EAKTORUB IOR EAKTORUB IOR EAKTORUB IOR EAKTORU

S P

CHO

C

C

C

C

CH2OH

OHH

OHH

HOH

OHH

COOH

C

C

C

COOH

HH

OHHOOC

HH

limunska kiselina

-glukozaD

25

Bioproces: proizvodnja limunske kiseline Bioproces: proizvodnja limunske kiseline AspergillusAspergillus nigerniger

(lat. (lat. aspergillumaspergillum –– šškropilo, kropilo, nigerniger -- crn)crn)

26

Bioproces: proizvodnja limunske kiseline Bioproces: proizvodnja limunske kiseline AspergillusAspergillus nigerniger

27

Shema bioprocesaShema bioprocesa

28

Dijagram bioprocesaDijagram bioprocesa

BIOPROCES UBIOPROCES UBIOPROCES UBIOPROCES U

BIOREAKTORUBIOREAKTORUBIOREAKTORUBIOREAKTORU

29

�� ProuProuččite poglavlje o limunskoj kiselini u ite poglavlje o limunskoj kiselini u

modulu Biotehnologija 1modulu Biotehnologija 1

30

ŠŠto je biotehnologija???to je biotehnologija???

“Biotechnology is “Biotechnology is

making moneymaking money

with biology.with biology. ““

31

�� BiotehnologBiotehnologija je moćna tehnologijska platforma koja ija je moćna tehnologijska platforma koja

radikalno unapreñuje mnoge sektore gospodarstvaradikalno unapreñuje mnoge sektore gospodarstva::

��biopharma biopharma (crvena biotehnologija)(crvena biotehnologija)

�� agriagri--biotech biotech (zelena biotehnologija) (zelena biotehnologija)

�� industrial biotech industrial biotech (bijela biotehnologija)(bijela biotehnologija)

�� environmental biotech environmental biotech (plava biotehnologija)(plava biotehnologija)

32

33

Povijest biotehnologijePovijest biotehnologije

34

Povijest biotehnologijePovijest biotehnologije

35

Povijest biotehnologijePovijest biotehnologije

Na prethodnoj kronoloNa prethodnoj kronološškoj tablici oznakoj tablici označčite koje tehnologije spadaju ite koje tehnologije spadaju uu tradicionalnu (staru) tradicionalnu (staru) a koje ua koje u novu (highnovu (high--tech) biotehnologiju:tech) biotehnologiju:

Tradicionalna biotehnologija:Tradicionalna biotehnologija:-- predpovijestpredpovijest (prije Pasteura)(prije Pasteura): vino, pivo, ocat : vino, pivo, ocat

fermentirani mlijefermentirani mliječčni proizvodi, ni proizvodi,

-- 1850.1850.--1950.1950. (nakon Pasteura)(nakon Pasteura): organske kiseline, otapala, : organske kiseline, otapala, kvasac, otpadne vodekvasac, otpadne vode

-- 1950.1950.-- 1970.1970. (doba antibiotika)(doba antibiotika): antibiotici, enzimi, bioplin, : antibiotici, enzimi, bioplin, gasoholgasohol

Nova biotehnologija (tehnoloNova biotehnologija (tehnološška revolucija):ka revolucija):-- 1970.1970.--1990: geneti1990: genetiččko inko inžženjerstvo (rDNA), monoklonska enjerstvo (rDNA), monoklonska protutijelaprotutijela

PROIZVODI: terapeutski proteini (rDNA), monoklonska protutijela PROIZVODI: terapeutski proteini (rDNA), monoklonska protutijela u u dijagnostici i terapiji, GMO u poljoprivredi, HUGO, genomika, dijagnostici i terapiji, GMO u poljoprivredi, HUGO, genomika, biobioččipovi, dirigirana evolucija proteina, nanobiotehnologijaipovi, dirigirana evolucija proteina, nanobiotehnologija

36

Na prethodnoj kronoloNa prethodnoj kronološškoj tablici oznakoj tablici označčite koje tehnologije ite koje tehnologije spadaju u crvenu, zelenu, bijelu i plavu biotehnologijuspadaju u crvenu, zelenu, bijelu i plavu biotehnologiju

��biopharma biopharma (crvena biotehnologija)(crvena biotehnologija)

�� agriagri--biotech biotech (zelena biotehnologija) (zelena biotehnologija)

�� industrial biotech industrial biotech (bijela biotehnologija)(bijela biotehnologija)

�� environmental biotech environmental biotech (plava biotehnologija)(plava biotehnologija)