BIOPARAMETRI MISURATI Concentrazione cellulare 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
uso di centrifughe o filtri 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 anti-schiuma,…)
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