1. komponenta

Vrsta nastave	Ukupno
Predavanja	30
Laboratorijske vježbe	30

* Opterećenje je izraženo u školskim satima (1 školski sat = 45 minuta)

CILJ KOLEGIJA: Nadogradnja teorijskog znanja stečenog na ranije slušanim kolegijima iz područja biokemijskog inženjerstva. Stjecanje praktičnih i teoretskih znanja potrebnih za provedbu bioprocesa. Ovladavanje tehnikama obrade eksperimentalnih podataka pomoću računala.
IZVEDBENI PROGRAM KOLEGIJA:
1. tjedan: Priprava heterogenog biokatalizatora, imobilizacija biokatalizatora, tipovi imobilizacije.
2. tjedan: Metode katakterizacije imobiliziranog biokatalizatora.
3. tjedan: Primjena imobilizacije biokatalizatora. Industrijski procesi s imobiliziranim biokatalizatorima.
4. tjedan: Upotreba biokatalizatora u nekonvencionalnim medijima.
5. tjedan: Stabilnost biokatalizatora. Deaktivacija biokatalizatora. Modeli deaktivacije biokatalizatora. Metode stabilizacije biokatalizatora.
6. tjedan: Matematičko modeliranje kompleksnih reakcijskih sustava na temelju eksperimentalnih podataka primjenom računala (paket program SCIENTIST).
7. tjedan: 1. kolokvij
8. tjedan: Produkti dobiveni korištenjem cijelih stanica mikroorganizama. Uvjeti za rast mikroorganizama. Mehanizmi regulacije metabolizma. Karakteristike primarnog i sekundarnog metabolizma.
9. tjedan: Kinetka rasta mikroorganizma, Monodova kinetika. Kinetika rasta mikroorganizama u prisustvu više izvora ugljika. Kinetika potrošnje supstrata prilikom uzgoja mikroorganizama. Kinetika nastajanja produkata prilikom uzgoja mikroorganizama.
10. tjedan: Bilanca tvari (biomase i supstrata)u kontinuiranom uzgoju mikroorganizama. Kontinuirani uzgoj mikroorganizama s povratnim tokom biomase. Kontinuirani uzgoj mikroorganizama u bioreaktorima povezanim u seriju.
11. tjedan: Ocjena uspješnosti mikrobnih procesa. Koeficijent prinosa. Stupanj konverzije osnovnog supstrata (C izvora) u produkt. Volumna brzina nastajanja produkta
12. tjedan: Vrste bioreaktora. Izbor bioreaktora za uzgoj mikroorganizama. Aeracija. Osnovna teorija međufaznog prijenosa kisika.
13. tjedan: Tehnike izvođenja bioprocesa. Metode za praćenje bioprocesa.
14. tjedan: Faze pri izdvajanju bioprodukata iz fermentacijske komine. Postupci za izdvajanje biomase iz fermentacijske komine. Metode razbijanja stanične stjenke. Koncentriranje i pročišćavanje bioprodukata. Završna obrada bioprodukata.
15. tjedan 2. kolokvij
RAZVIJANJE OPĆIH I SPECIFIČNIH KOMPETENCIJA STUDENATA: Usvajanje temeljnih i naprednijih znanja potrebnih za rješavanje praktičnih problema prilikom analize biotransformacija i provedbe bioprocesa primjenom kemijsko inženjerske metodologije.
OBAVEZE STUDENATA U NASTAVI I NAČINI NJIHOVA IZVRŠAVANJA: Studenti su dužni prisustvovati predavanjima, seminarima u učionici za računala, te laboratorijskim vježbama, te po završetku semestra predati referate iz laboratorijskih vježbi i seminarski rad iz računalnih vježbi. Studenti imaju pravo polagati ispit preko parcijalnih kolokvija.
UVJETI ZA DOBIVANJE POTPISA: Prisustvovanje na minimalno 75 % svih predavanja te na seminarima koji će se održati u učionici za računala. Predan seminarski rad iz računalnih vježbi. Odrađene laboratorijske vježbe te predani referati iz istih.
NAČIN IZVOĐENJA NASTAVE: Predavanja, seminar u učionici za računala, laboratorijske vježbe.
NAČIN PROVJERE ZNANJA I POLAGANJA ISPITA: Parcijalni kolokviji ili pismeni ispit
NAČIN PRAĆENJA KVALITETE I USPJEŠNOSTI KOLEGIJA: Studentska anketa
METODIČKI PREDUVJETI: Reaktori i bioreaktori ili Kemijsko i biokemijsko inženjerstvo ili Reakcijsko inženjerstvo

ISHODI UČENJA KOLEGIJA (4-8):
1. Razlikovati homogenu i heterogenu biokatalizu
2. Razlikovati heterogene biokatalizatore prema načinu pripreme
3. Definirati osnovne parametre koji karakteriziraju imobilizirani biokatalizator
4. Na temelju zadanih eksperimentalnih podataka procijeniti vrijednosti kinetičkih parametara u kompleksnim enzimatskim sustavima
5. Postaviti matematički model za kompleksni enzimatski sustav (višeenzimski), kao i za proces proizvodnje kataliziran cijelim stanicama u različitim tipovima bioreaktora
6. Simulirati reakciju u različitim tipovima reaktora pri različitim početnim uvjetima provedbe procesa
7. Provesti biotransformaciju kataliziranu pročišćenim enzimom i permeabiliziranim cijelim stanicama mikroorganizama
8. Definirati metode separacije bioprodukata

ISHODI UČENJA NA RAZINI PROGRAMA:
1.riješiti inženjerske probleme razumijevanjem inženjerskih procesa i njihovog projektiranja
2.planirati pokuse i provedbu eksperimenata radi potvrđivanja postavljene hipoteze
3. optimirati cjelovite tehnologije s minimalnom količinom otpadnih tvari, što uključuje njihovo analiziranje i modeliranje, uz poštivanje strategije zatvorenog proizvodnog ciklusa


NASTAVNE JEDINICE S PRIPADAJUĆIM ISHODIMA UČENJA I KRITERIJIMA VREDNOVANJA
1. Metode priprave heterogenog biokatalizatora
Ishodi učenja
- definirati metode pripreme heterogenog biokatalizatora
- definirati i objasniti prednosti i nedostatke svake od metoda imobilizacije
- definirati i objasniti razlike među imobiliziranim enzimima i cijelim stanicama mikroorganizama
- definirati čimbenike koji utječu na izbor metode imobilizacije biokatalizatora
Kriteriji vrednovanja
- razlikovati homogenu i heterogenu katalizu
- prepoznati prednosti i nedostatke heterogenih biokatalizatora
- razlikovati područje primjene imobiliziranih enzima i imobiliziranih cijelih stanica
2. Karakterizacija imobiliziranog biokatalizatora
Ishodi učenja
- definirati reakcijsko-inženjerske parametre heterogenih biokatalizatora, te objasniti metode njihova određivanja
- definirati metode određivanja aktivnosti imobiliziranog biokatalizatora
- definirati djelotvornost imobiliziranog biokatalizatora
- definirati Thielov modul
Kriteriji vrednovanja
- nabrojati limitacije koji mogu nastati pri upotrebi imobiliziranog biokatalizatora
- na temelju eksperimentalnih podataka procijeniti je li proces limitiran difuzijom
- odrediti aktivnost imobiliziranog biokatalizatora na temelju eksperimentalnih podataka
3. Primjena imobiliziranih biokatalizatora
Ishodi učenja
- definirati područja primjene heterogenih biokatalizatora i imobiliziranih proteina općenito
Kriteriji vrednovanja
- prepoznati važnost imobilizacije proteina
4. Biokatalizatori u nekonvencionalnim medijima
Ishodi učenja
- definirati nekonvencionalne medije koji se koriste za provedbu biotransformacija
- objasniti prednosti i nedostatke upotrebe nekonvencionalnih medija
Kriteriji vrednovanja
- utvrditi svrhu korištenja određenog reakcijskog medija
5. Stabilnost i deaktivacija biokatalizatora
Ishodi učenja
- objasniti tipove stabilnosti biokatalizatora
- objasniti metode određivanja operacijske stabilnosti biokatalizatora
Kriteriji vrednovanja
- odrediti operacijsku stabilnost biokatalizatora na temelju eksperimentalnih podataka
- procijeniti konstante deaktivacije biokatalizatora te ju uklopiti u kinetički model zadanog procesa
6. Matematičko modeliranje kompleksnih enzimatskih sustava sa regeneracijom koenzima
Ishodi učenja
- razviti i riješiti matematički model za višeenzimski reakcijski sustav u različitim tipovima reaktora
- ocijeniti valjanost modela procesa, primijeniti ga, te predvidjeti ishod procesa koristeći definirani matematički model
- odabrati optimalne uvjete provedbe procesa pomoću matematičkog modela
Kriteriji vrednovanja
- razviti i primijeniti matematički model za simulaciju i optimiranje reakcijskog sustava
7. Bioprocesi katalizirani cijelim stanicama
Ishodi učenja
- identificirati produkte procesa katalizirane cijelim stanicama
- definirati uvjete rasta cijelih stanica
- definirati i objasniti karakteristike metabolizma stanice
- nabrojati načine regulacije metabolizma
Kriteriji vrednovanja - odrediti mogućnost proizvodnje određenog bioprodukta pomoću cijelih stanica
8. Matematičko modeliranje procesa uzgoja cijelih stanica
Ishodi učenja
- izvesti model kinetike rasta mikroorganizma
- izvesti model kinetike potrošnje supstrata
- izvesti model kinetike nastajanje produkta
- ocijeniti uspješnost procesa
Kriteriji vrednovanja -postaviti bilance tvari u različitim tipovima reaktora
- odrediti kinetičke parametre procesa
-odrediti koeficijent prinosa, konverziju supstrata, volumnu brzinu nastajanja produkta
9. Tipovi bioreaktora i načini izvođenja bioprocesa
Ishodi učenja
- definirati tipove bireaktora
- definirati aeraciju
- definirati vrste miješanja
- razlikovati načine izvođenja bioprocesa
- definirati metode praćenja bioprocesa
Kriteriji vrednovanja
- odrediti optimalan tip bioreaktora za pojedini proces
- procijeniti volumni koeficijent prijenosa kisika
-odrediti način miješanja u bioreaktoru
- odrediti način izvođenja bioprocesa
10. Procesi separacije bioprodukta
Ishodi učenja
- definirati metode izdvajanja mikrobnih stanica
- definirati metode izdvajanja unutarstaničnih produkata
- definirati metode koncentriranja i pročišćavanja bioprodukta
Kriteriji vrednovanja
- odrediti optimalan način separacije ovisno o vrsti bioprodukta

1. J.E. Bailey, D.F. Ollis, Biochemical Engineering Fundamentals McGraw-Hill (1986).
   A.Scragg ed. Biotechnology for Engineers - Biological Systems in Technological Processes, Ellis Horwood Limited, Chichester, (1988)
   K. van't Riet, J. Tramper, Basic Bioreactor Design, Marcel Dekker, New York, (1991)
   H.W. Blanch, D.S. Clark, Biochemical Engineering, Marcel Dekker, New York, (1996)

Izborni kolegij - Redovni modul - Kemija okoliša
Izborni kolegij - Redovni modul - Primijenjena organska kemija
Izborni kolegij - Redovni modul - Specifični materijali i napredne tehnologije

Izborna grupa - Redovni modul - Kemija okoliša
Izborna grupa - Redovni modul - Primijenjena organska kemija
Izborna grupa - Redovni modul - Specifični materijali i napredne tehnologije