C8111 Bioinženýrství

Přírodovědecká fakulta
podzim 2023
Rozsah
2/0/0. 4 kr. Ukončení: zk.
Vyučující
doc. Ing. Martin Mandl, CSc. (přednášející)
Garance
doc. Ing. Martin Mandl, CSc.
Ústav biochemie – Chemická sekce – Přírodovědecká fakulta
Dodavatelské pracoviště: Ústav biochemie – Chemická sekce – Přírodovědecká fakulta
Rozvrh
Po 13:00–14:50 C05/114
Předpoklady
C6014 Bakalářská práce || Bi3002 Bakalářská práce EMB 2 || Bi6007 Bakalářská práce MMB II || C6013 Bakalářská práce
Bakalářské studium biochemie nebo příbuzných oborů
Omezení zápisu do předmětu
Předmět je nabízen i studentům mimo mateřské obory.
Mateřské obory/plány
Cíle předmětu
Cílem kurzu je získat základní bioinženýrské poznatky umožňující pochopit a ovládat procesy biochemického inženýrství pro potřeby biotechnologického výzkumu a vývoje a pro uplatnění v průmyslové praxi.
Výstupy z učení
Student bude po absolvování kurzu schopen: -orientovat se v hlavních poznatcích biochemického inženýrství v laboratorním i průmyslovém měřítku; -rozumět základním procesům a zařízením v biotechnologii za použití mikrobiálních a dalších buněčných kultur a enzymů; -ovládat základy kinetiky bioprocesu za účelem popisu a modelování jeho průběhu v bioreaktorech.
Osnova
  • Bioinženýrství - biochemické inženýrství v ovládání biotechnologických procesů. Biokatalyzátory v biotechnologii, od enzymů po mikrobiální, rostlinné a živočišné buňky, souvislosti enzymové a buněčné kinetiky. • Bioreaktory jako univerzální kultivační a produkční zařízení. Hlavní vlastnosti a vybavení bioreaktorů. • Vývoj biotechnologického procesu z laboratorního do provozního měřítka. • Specifity bioreaktorů a kultivačních zařízení pro rostlinné a živočišné kultury. • Procesy v bioreaktorech. Míchání a vzdušnění, stanovení optimálních parametrů z hlediska ekonomiky a biochemie bioprocesu. • Kritické parametry aerace z hlediska oxidace substrátů a celkové kinetiky bioprocesu. • Sterilace materiálů, živných médií a vzduchu. • Příprava biomasy. Zákonitosti vsádkové (batch) a fed-batch kultivace, konstanty bioprocesu. • Kinetické modely růstu biomasy, spotřeby substrátu a tvorby produktu. Odumírání a autolýza buněk. Výběr vhodného modelu. • Kontinuální kultivace. Ustálený stav, určení kinetických parametrů za specifických podmínek kontinuálního procesu. • Využití podmínek batch procesu pro zjištění optimálních parametrů kontinuální kultivace. • Bioreaktory s imobilizovanými biokatalyzátory. Aplikace enzymů a buněk, kinetika tvorby produktu. • Monitorování bioprocesu, separace biomasy a produktů.
Literatura
  • KAŠTÁNEK, František. Bioinženýrství. Vyd. 1. Praha: Academia, 2001, 334 s. ISBN 8020007687. info
  • POSTEN, Clemens. Integrated bioprocess engineering. Berlin: De Gruyter, 2018, xi, 344. ISBN 9783110315387. info
  • SHULER, Michael L., Fikret KARGI a Matthew DELISA. Bioprocess engineering : basic concepts. Third edition. Boston: Prentice-Hall, 2017, xxi, 632. ISBN 9780137062706. info
  • STANBURY, Peter F., Allan WHITAKER a Stephen J. HALL. Principles of fermentation technology. 2nd ed. Oxford: Pergamon, 1995, xviii, 357. ISBN 0080361323. info
  • DORAN, Pauline M. Bioprocess engineering principles. Second edition. Amsterdam: Academic Press, 2013, viii, 919. ISBN 9780122208515. info
  • KATOH, Shigeo, Jun-ichi HORIUCHI a Fumitake YOSHIDA. Biochemical engineering : a textbook for engineers, chemists and biologists. Second, completely revised a. Weinheim: Wiley-Vch, 2015, xxii, 303. ISBN 9783527338047. info
  • MCDUFFIE, Norton G. Bioreactor design fundamentals. Boston: Butterworth-Heinemann, 1991, ix, 137. ISBN 0750691077. info
  • BAILEY, James E. a David F. OLLIS. Biochemical engineering fundamentals. 2nd edition. Tamil Nadu: McGraw-Hill, 1986, xxi, 984. ISBN 0070701237. info
  • Basic biotechnology. Edited by Colin Ratledge - Bjørn Kristiansen. 3rd ed. Cambridge: Cambridge University Press, 2006, xiv, 666. ISBN 9780521549585. info
  • Biology and engineering of stem cell niches. Edited by Ajaykumar Vishwakarma - Jeffrey Karp. London: Academic Press, 2017, xv, 625. ISBN 9780128027349. info
  • Stem cell and tissue engineering. Edited by Song Li - Nicolas L'Heureux - Jennifer H. Elisseeff. New Jersey: World Scientific, 2011, xxiv, 448. ISBN 9789814317054. info
Výukové metody
Přednášky z vybraných kapitol bioinženýrství. Diskuse během přednášky i mimo ni k detailním problematikám.
Metody hodnocení
Ústní zkouška.
Informace učitele
Absolvent kursu získá znalosti o hlavních kapitolách z bioinženýrství (biochemického inženýrství), jež jsou nezbytné pro pochopení a vedení biotechnologických procesů v bioreaktorech a dalších kultivačních a produkčních zařízeních, kde je cílem tvorba biomasy nebo produktů, případně degradace substrátů. Procesy jsou realizované mikrobiálními a dalšími buněčnými kulturami, příp. enzymy.
Další komentáře
Studijní materiály
Předmět je vyučován každoročně.
Předmět je zařazen také v obdobích jaro 2020, jaro 2021, jaro 2022, podzim 2022, podzim 2024.