Osnovni aspekti industrijske biotehnologije

ECTS bodovi:
6

Studij:
preddiplomski

Opis predmeta

Ciljevi predmeta

Cilj predmeta Osnovni aspekti industrijske biotehnologije je upoznavanje studenta s bioprocesima proizvodnje: vina, piva, alkohola, octa, kvasca, enzima, biopolimera, biogoriva, fermentirane hrane i organskih kiselina. U okviru predmeta studenti će steći osnovne vještine potrebne za planiranje, upravljanje i kontrolu navedenih bioprocesa. Usvojene vještine moći će upotrijebiti za razvoj koncepta biorafinerije u svrhu proizvodnje biogoriva, biopolimera i biokemikalija iz obnovljivih bioloških sirovina (biomase), a koristeći načela održivog razvoja i kružne ekonomije odnosno Strategije biogospodarstva Republike Hrvatske.

Očekivani ishodi učenja na razini predmeta

  1. Objasniti koncept suvremene industrijske biotehnologije i koncept biorafinerije a koristeći načela održivog razvoja i kružne ekonomije odnosno Strategije biogospodarstva Republike Hrvatske.
  2. Opisati bioprocese proizvodnje: vina, piva, alkohola, octa, kvasca, enzima, biopolimera, biogoriva, fermentirane hrane i organskih kiselina.
  3. Primijeniti temeljna laboratorijske vještine iz mikrobiologije i kemije u praćenju bioprocesa.
  4. Izračunati osnovne tehnološke parametre opisanih bioprocesa.
  5. Primijeniti teorijska znanja i vještine u kontroli i upravljanju biotehnološkom proizvodnjom.
  6. Prepoznati i riješiti jednostavne probleme biotehnološke proizvodnje.
  7. Primijeniti teorijska znanja u planiranju biotehnološke proizvodnje.

Opis sadržaja predmeta

 

1. Uvod

P: Definicija industrijske biotehnologije, proizvodi industrijske biotehnologije, osnovna načela biotehnološke proizvodnje, opća shema bioprocesa, povijesni pregled biotehnološke proizvodnje, koncept biorafinerije. načela održivog razvoja i kružne ekonomije, Strategija biogospodarstva Republike Hrvatske.

2. Proizvodnja piva, vina i octa

P: Vrste, stilovi i klasifikacija piva, vina i octa. Proizvodnja piva Sirovine, ukomljavanje, diagram ukomljavanja, filtracija komine, kuhanje sladovine, bistrenje, aeriranje i hlađenje sladovine. Fermentacija i odležavanje. Glavno i naknadno vrenje. Bistrenje i dorada piva (jedinica za filtriranje, filtracija, biološka, ​​koloidna i kemijska stabilizacija piva). Proizvodnja vina Temeljna obilježja tehnoloških postupaka pripreme mošta i proizvodnje vina. Biološki i kemijski procesi tijekom maceracije, fermentacije i sazrijevanja vina. Proizvodnja octa Fringsov generator, acetator, polu-kontinuirani proces proizvodnje octa.
V: Izračun normativa sirovina za proizvodnju piva vina i octa. Primjena analitičkih i mikrobioloških metoda u proizvodnji vina, piva i octa. Laboratorijska i poluindustrijska proizvodnja piva i vina. Degustacija piva i vina.

3. Proizvodnja alkohola, kvasca, fermentirane hrane i komercijalnih enzima

L: Biotehnološki principi proizvodnje alkohola, kvasca, fermentirane hrane i enzima. Proces proizvodnje etanola na melasnoj podlozi (B proces, Melle-Boinot postupak), proces proizvodnje etanola iz škrobnih sirovina. Izdvajanje biomase kvasca i formulacija proizvoda. Primjeri primjene bakterija mliječne kiseline i starter kultura u proizvodnji fermentirane hrane i bakteriocina.

V: Laboratorijska proizvodnja etanola i kvasca na melasnoj podlozi. Proračun pokazatelja uspješnosti procesa proizvodnje etanola i kvasca. Diskusija i vrednovanje rezultata.

4. Proizvodnja biogoriva, biopolimera i biokemikalija

P: Definicija i karakteristike biogoriva. Obnovljivi izvori energije i biotehnološka pretvorba. Ekološke i ekonomske prednosti biotehnološke proizvodnje. Biotehnološka proizvodnja bioetanola iz lignoceluloznih sirovina (predtretman, enzimska hidroliza, detoksifikacija, fermentacija, izdvajanje i pročišćavanja). Definicija bioplina i  faze anaerobne digestije. Proizvodnja bioplina iz poljoprivrednih ostataka i gnjojnice. Proizvodnja bioplina iz komunalnog otpada. Pročišćavanje bioplina. Proizvodnja biodizela (proizvodnja biomase mikroalgi za proizvodnju biodizela, pregled vrsta mikroalgi za proizvodnju lipida, tehnološki postupci proizvodnje biomase mikroalgi, izdvajanje biomase mikroalgi i lipida). Pregled normi, standarda i zakonske regulative proizvodnje biogoriva u RH.

V: Povezati procesnu opremu s materijalnim tokovima i izračunati procesne parametre proizvodnje biogoriva korištenjem jednadžbi bilance mase. Primjena bilance topline u izračunu parametara toplinskog predtretmana lignoceluloznih sirovina.

5. Proizvodnja biopolimera P: Pregled i klasifikacija biopolimera. Biotehnološka proizvodnja polihidroksialkanoata (PHA), metabolički put proizvodnje PHA u stanicama proizvodnih mikroorganizama, proizvodnja ksantana, proizvodnja dekstrana, izdvajanje i pročišćavanje biopolimera i pregled svjetske proizvodnje biopolimera.

V: Proračun bioreaktorske posude za proizvodnju biopolimera. Odabir miješala prema izračunu utroška snage miješanja.

6. Proizvodnja biokemikalija

P: Biotehnološka proizvodnje mliječne kiseline korištenjem različitih izvora ugljika (melase i hidrolizata škroba), izolacija i pročišćavanje mliječne kiseline. Biotehnološka proizvodnja limunske kiseline. Proizvodnja glutamata, pregled svjetske proizvodnje biokemikalija (vitamina, hormona, organskih kiselina, organskih otapala). Pregled razvoja industrijske biotehnologije.

V: Proračun efikasnosti bioprocesa proizvodnje mliječne kiseline na različitim supstratima. Proračun potrošnje supstrata i nastajanja proizvoda korištenjem osnovnih jednadžbi mikrobne kinetike.

Nastava

Oblici provođenja nastave:

 

  Sati
predavanja 15
seminari 15
vježbe  0

Literatura

Naslov Dostupnost u knjižnici Dostupnost putem ostalih medija
Rezić T. Proizvodnja biokemikalija, 2018 (interna skripta, predavanja i vježbe); Uvod Industrijska biotehnologija i biorafinerijska proizvodnja (str. 1-7) Priprema lignocelulozne biomase za proizvodnju biokemikalija (str. 8-13)   Da, Merlin
Rezić T. Proizvodnja biogoriva, 2012 (interna skripta, predavanja i vježbe); Uvod-Biorafinerije (str. 2-8), Bioetanol (str. 9-27), Bioplin (str. 28-39), Biodizel (str. 40-59), Primjeri riješenih zadataka (str. 60-77)   Da, Merlin
Biotehnologija, ur. P. Raspor, Bia, Ljubljana, 1996. (knjiga, predavanja); Procesi prije bioreaktora (str. 349-411), Bioproces u bioreaktoru (str. 423-551), Procesi poslije bioreaktora (str. 569-633) DA  
Marić V. Tehnologija piva, Veleučilište u Karlovcu, Karlovac, 2009. (knjiga, predavanja); Uvod, Kako se vari pivo, Vrenje sladovine-glavno vrenje, Klasični postupak glavnog vrenja, Izdvajanje kvasca i dorada piva, Otakanje punjenje piva u ambalažu, Nadzor proizvodnje i gotovog piva (str. 15-212) DA  
Grba S. Kvasci u biotehnološkoj proizvodnji, Plejada, Zagreb, 2010. (knjiga, predavanja); Proizvodnja etilnog alkohola (str. 189-223), Proizvodnja pekarskog kvasca (str. 265-296) DA  
Zoričić M. Podrumarstvo, Nakladni zavod Globus, Zagreb, 1996. (knjiga, predavanja; Strojevi i naprave u podrumu (str. 31-46), Grožđe (str. 47-60), Berba i prerada grožđa (str. 69-94), Kemijska analiza vina, Degustacija (str. 95-127) DA  
{* *}