Udžbenik obuhvata gradivo iz predmeta OSNOVI BIOHEMIJSKOG INŽENJERSTVA koje se izvodi na smerovima-profilima Mikrobiološki procesi i Farmaceutsko inženjerstvo TEHNOLOŠKOG FAKULTETA, Univerziteta u Novom Sadu. Ovaj predmet se predaje na četvrtoj godini studija kada studenti već imaju potrebna predznanja iz fundamentalnih i inženjerskih disciplina. Knjiga je i pisana u stilu da podrazumeva potrebna znanja iz mikrobiologije, biohemije, termodinamike i tehnoloških operacija. Ipak, da bi se ta znanja spojila u potrebnu celinu, poglavlja su napisana tako da studenti mogu da obnove i inoviraju znanja iz navedenih disciplina. Smatram da je ovakav pristup posebno koristan za studente drugih fakulteta, kao i poslediplomce našeg fakulteta, i to naročito one koji nisu slušali ovaj kurs na redovnim studijama.

Knjiga po svom obimu obuhvata oko sedamdeset procenata predavanja i vežbi predmeta, koji se izvodi sa fondom 2+2 u oba semestra na navedenim smerovima-profilima. Smatrao sam da neka poglavlja koja predajem po planu i programu nije potrebno da obradim u knjizi, pošto se detaljno izučavaju na drugim predmetima. Prilikom pisanja pojedinih poglavlja, imao sam u vidu da je stručna literatura sa ovog područja na našem jeziku veoma skromno zastupljena.

Osnovni koncept knjige je bio da se pokaže kako se teorija koristi u rešavanju praktičnih problema. Zbog toga su na kraju svakog poglavlja dati primeri izračunavanja karakterističnih veličina, koje su bitne za projektovanje uređaja koji se nalaze u sklopu nekog biotehnološkog procesa.

Tokom pisanja knjige, imao sam puno problema sa standardizacijom termina za pojedine veličine. Za pomoć pri prevazilaženju ovih problema, i za puno drugih korisnih saveta, neizmernu zahvalnost dugujem recenzetima knjige dr Slobodanu Gaćeši i dr Josipu Barasu, redovnim profesorima Tehnološkog fakulteta u Novom Sadu i Tehnološko-metalurškog fakulteta u Beogradu.

Da ova knjiga ugleda svetlost dana svakako je najzaslužnija moja porodica, koja mi je darovala slobodno vreme za pisanje knjige i neophodnu pomoć kada mi je bila najpotrebnija.

U Novom Sadu, decembra 1999.

SADRŽAJ

1. UVOD U BIOHEMIJSKO INŽENJERSTVO
1.1. Definicija biohemijskog inženjerstva
1.2. Istorijat biotehnologije
1.3. Glavni proizvodi i razvojni pravci biotehnologije
1.4. Opšta šema biotehnoloških procesa

2. OSNOVNI POJMOVI O BIOTEHNOLOŠKIM PROCESIMA
2.1. Biokatalizatori
2.2. Hranljive podloge
2.2.1. Sirovine za industrijske hranljive podloge
2.2.2. Formulacija hranljivih podloga
2.3. Tehnike za izvođenje biotehnoloških procesa

3. KINETIKA ENZIMSKIH REAKCIJA
3.1. Kinetika jednostavnih enzimskih reakcija bez inhibicije
3.2. Kinetika jednostavnih enzimskih reakcija sa inhibicijom
3.2.1. Konkurentna ili nepovratna inhibicija
3.2.2. Nekonkurentna ili nepovratna inhibicija
3.2.3. Inhibicija supstratom
3.3. Grafički prikaz kinetičkih modela enzimskih reakcija
3.3.1. Reakcije bez inhibicije
3.3.2. Reakcije sa inhibicijom
3.4. Integrisani oblici kinetičkih modela enzimskih reakcija
3.4.1. Diskontinualni i cevni bioreaktor
3.4.2. Protočni bioreaktor sa mešanjem
3.4.3. Reakcije sa inhibicijom
3.5. Praktični primeri

4. KINETIKA MIKROBIOLOŠKIH PROCESA
4.1. Kinetika rasta mikroorganizama
4.1.1. Razmnožavanje mikroorganizama
4.1.2. Stehiometrija rasta mikroorganizama
4.2. Metodi za merenje brzine rasta
4.2.1. Direktni metodi
4.2.2. Indirektni metodi
4.3. Kinetički modeli rasta mikroorganizama
4.3.1. Monodov model rasta mikroorganizama
4.3.2. Monodov model sa inhibicijom
4.3.3. Ostali modeli rasta mikroorganizama
4.3.4. Rast u prisustvu više izvora ugljenika
4.4. Uticaj okoline na brzinu rasta mikroorganizama
4.4.1. Uticaj temperature
4.4.2. Uticaj pH
4.4.3. Uticaj u vodi nerastvornih ili slabo rastvornih komponenata
4.5. Kinetika trošenja supstrata
4.6. Kinetika nastajanja proizvoda
4.7. Diskontinualni rast mikroorganizama
4.7.1. Određivanje kinetičkih parametara rasta u diskontinualnom bioreaktoru
4.7.2. Proračun diskontinualnog biorektora
4.8. Praktični primeri

5. KONTINUALNI RAST MIKROORGANIZAMA
5.1 Sistemi za izvođenje kontinualnih mikroobioloških procesa
5.1.1. Protočni kontinualni biorekatori sa mešanjem
5.1.2. Protočni kontinualni biorekatori sa klipnim proticanjem
5.2. Primena kontinualnog biorektora (hemostata) za određivanje kinetičkih parametara rasta
5.3. Analiza idealnog protočnog biorekatora sa mešanjem
5.3.1. Idealni hemostat
5.3.2. Idealni hemostat sa recirkulacijom
5.3.3. Izbor separatora za izdvajanje biomase
5.3.4. Biorektori sa idealnim mešanjem povezani u seriji
5.4. Protočni kontinualni bioreaktori sa idealnim potiskivanjem
5.4.1. Idealn cevni bioreaktor bez recirkulacije
5.4.2 Idealni cevni bioreaktor sa recirkulacijom
5.5. Selekcija mikroorganizama pri kontinualnom rastu
5.6. Mutacija mikroorganizama pri kontinualnom rastu
5.7. Obrazovanje proizvoda u kontinualnim uslovima rasta mikroorganizama
5.8. Idealni polukontinualni bioreaktori
5.9. Praktični primeri

6. STERILIZACIJA
6.1. Metodi sterilizacije
6.2. Kinetika sterilizacije
6.3. Sterilizacija hranljivih podloga
6.3.1. Izbor temperature za sterilizaciju hranljivih podloga
6.4. Diskontinualna sterilizacija toplotom
6.5. Kontinualna sterilizacija toplotom
6.6.Projektovanje sterilizatora hranljivih podloga toplotom
6.6.1. Diskontinualna sterilizacija
6.6.2 Kontinualna sterilizacija
6.7. Sterilizacija filtracijom
6.8. Sterilizacija vazduha
6.8.1. Teorija vlaknastih filtara
6.8.2. Projektovanje filtra za vazduh

7. AERACIJA I MEŠANJE
7.1. Potrebe mikroorganizama za rastvorenim kiseonikom
7.2. Teorija prenosa kiseonika
7.2.1 Prenos kiseonika na granici faza gas-tečnost.
7.3. Korelacije za izračunavanje koeficijenta prenosa kiseonika
7.4. Eksperimentalni metodi za određivanje zapreminskog koeficijenta prenosa kiseonika Kv
7.4.1. Merenje Kv u bioreaktorima
7.5. Metodi aeracije i mešanja u laboratorijskim uslovima
7.5.1. Aeracija u statičkim submerznim fermentacijama
7.5.2. Aeracija u rotirajućim epruvetama
7.5.3. Aeracija u posudici na tresilici
7.6. Aeracija i mešanje u bioreaktorima sa mehaničkim mešalicama
7.6.1. Izračunavanje snage mešanja
7.7. Korelacije za izračunavanje potrošnje snage za mešanje Pg
7.7.1. Njutnovski fluidi
7.7.2. Nenjutnovski fluidi
7.8. IzračunavanjeKv u bioreaktorima sa mehaničkim mešalicama
7.8.1. Određivanje Kv u bioreaktorima većih zapremina
7.9. Efikasnost prenosa kiseonika u bioreaktorima
7.10. Praktični primeri

8. BIOREAKTORI
8.1. Podela bioreaktora
8.2. Submerzni bioreaktori
8.2.1. Bioreaktori sa mehaničkim mešanjem
8.2.2. Bioreaktori sa spoljnjim mešanjem
8.2.3. Bioreaktori mešani sa vazduhom
8.3. Površinski bioreaktori
8.4. Bioreaktori za enzimske bioprocese
8.5. Projektovanje bioreaktora
8.6. Kolonski bioreaktori mešani sa vazduhom
8.6.1. Podela i karakteristike
8.6.2. Hidrodinamika kolonskih bioreaktora
8.6.3. Uticaj različitih faktora na sadržaj gasne faze (ε)
8.7 Kolonski bioreaktori mešani sa vazduhom(„air-lift“)
8.7.1. Podela i karakteristike
8.7.2. Hidrodinamika kolonskih bioreaktora
8.7.4. Uticaj različitih faktora na sadržaj gasne faze (ε) i koeficijent prenosa mase u kolonskim bioreaktorima (k1a1)
8.8. Projektovanje kolonskih bioreaktora
LITERATURA
Autor