Informácie

Ošetrenie PEG-silánom: prečo inkubovať 18 hodín pri 60 stupňoch Celzia?

Ošetrenie PEG-silánom: prečo inkubovať 18 hodín pri 60 stupňoch Celzia?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Vykonávam experiment súvisiaci s biochémiou a nedokázal som pochopiť krok, ktorý sa bežne vykonáva. Mojím cieľom v tomto kroku je naniesť silánovú vrstvu PEG (polyetylénglykol).

Po ponorení sklíčok oxidu india a cínu (ITO) do koncentrácie PEG sa sklíčka inkubujú 18 hodín pri teplote 60 stupňov Celzia.

Môžete mi povedať, prečo sa inkubácia vykonáva? A prečo na 18 hodín a pri 60 stupňoch Celzia?

Vopred veľká vďaka!!


Väzbe proteínov (a buniek) na sklenené (alebo kremíkové) povrchy možno zabrániť potiahnutím skla polyetylénglykolovými (PEG) skupinami. PEG-silán je činidlo používané na vytvorenie tohto povlaku.

PEG-silán (obrázok ukazuje metoxy-verziu) (obrázok prevzatý odtiaľto; žiadne spojenie) pokryje sklenené povrchy, pretože silánová časť (pravý koniec znázornenej štruktúry) bude reagovať so skupinami -OH na povrchu skla.

Nemôžem vám pomôcť s časťou otázky o čase a teplote inkubácie, ale zdá sa mi dlhšia a horšia ako protokoly, ktoré som videl. Možno s tým má niečo spoločné povlak oxidu india a cínu (ITO) na sklíčkach?


prečítajte si časopis: S. Jo, K. Park, Biomaterials 21 (2000) 605-616. Čas a teplota pravdepodobne napomáhajú hydrolýze, tvorbe vodíkovej väzby a tvorbe kovalentnej väzby. Dúfam, že vám tento papier pomôže. Veľa štastia!


Koliformné baktérie?

Koliformné organizmy, tiež bežne známe ako „indikačné organizmy“, označujú širokú škálu baktérií, ktoré možno nájsť v celom prostredí. To znamená, že tieto organizmy sa môžu nachádzať v pôde, na vodných plochách, vo vegetácii, ako aj na koži či črevnom trakte teplokrvných organizmov, ako je človek.

Hoci niektoré sú patogénne (schopné spôsobiť ochorenia – mierne až život ohrozujúce ochorenia), väčšina z nich je neškodná. Bez ohľadu na to, detekcia koliformných (indikačných organizmov) indikuje prítomnosť potenciálnych choroboplodných baktérií nielen vo vode, ale aj v daných potravinách a nápojoch (mlieko a pod.). Preto sú koliformné baktérie dôležité, pretože pomáhajú zvýšiť povedomie a určiť zdroj baktérií.


Princíp

Testovaná voda sa sériovo zriedi a naočkuje do laktózového bujónu, koliformné baktérie, ak sú prítomné vo vode, využívajú laktózu prítomnú v médiu na produkciu kyseliny a plynu. Prítomnosť kyseliny je indikovaná zmenou farby média a prítomnosť plynu sa deteguje ako bublinky plynu zhromaždené v obrátenej Durhamovej trubici prítomnej v médiu. Počet celkových koliformných baktérií sa stanoví spočítaním počtu skúmaviek, ktoré poskytujú pozitívnu reakciu (t.j. zmena farby aj tvorba plynu) a porovnanie vzoru pozitívnych výsledkov (počet skúmaviek vykazujúcich rast pri každom riedení) so štandardnými štatistickými tabuľkami.


Ošetrenie PEG-silánom: prečo inkubovať 18 hodín pri 60 stupňoch Celzia? - Biológia

Brian Pumphrey New Brunswick Scientific (UK) Ltd a Christian Julien New Brunswick Scientific Benelux BV (Holandsko) máj 1996


Fermentácia je termín používaný mikrobiológmi na opis akéhokoľvek procesu výroby a produktu prostredníctvom masovej kultúry a mikroorganizmus.

The produktu môže byť buď:
1. Samotná bunka: označuje sa ako produkcia biomasy.
2. Vlastný metabolit mikroorganizmov: označuje sa ako produkt z prírodného alebo geneticky vylepšeného kmeňa. Pozri tabuľku 1.
3. Cudzí produkt mikroorganizmov: označovaný ako produkt z technológie rekombinantnej DNA alebo geneticky upravený kmeň, t. j. rekombinantný kmeň. Pozri tabuľku 2.


2.1. Klasifikácia mikroorganizmov
Kráľovstvo Protista pozostáva z jednobunkových organizmov, ktoré sú schopné sebarozmnožovania alebo riadenia vlastnej replikácie. Prokaryoty nemajú skutočné jadro ani jadrovú membránu, zatiaľ čo eukaryoty majú jadro uzavreté v odlišnej jadrovej membráne. Nebunkové protisty nepodstupujú samoreplikáciu, namiesto toho riadia svoju reprodukciu v inej bunke nazývanej hostiteľ.

Sinice (modro-zelené riasy) na obr. 1 boli klasifikované ako samostatná skupina mikroorganizmov, hoci sa často považujú za súčasť iných baktérií. Huby možno ďalej rozdeliť na nižšie huby, ako aj slizovky a vyššie huby, ktoré obsahujú kvasinky. Kvasinky sú voľne žijúce, jednotlivé bunky, na rozdiel od húb, ktorým sa veľmi podobajú. Protozoá sú voľne žijúce drobné organizmy, ktoré, aj keď sa vo všeobecnosti nepoužívajú na biotechnologické procesy, boli zahrnuté pre úplnosť. Myxomycota, bežne známe ako slizové plesne (alebo slizové huby), sú široko obmedzené tekutiny. Prepážky vytvárajú veľký rovinný povrch kvapaliny a rovnomerný vzor prúdenia, ako aj zvyšujú zadržiavanie kvapaliny pre daný objem fermentora.

Povrchovo aktívne látky ako napr protipenové činidlá znížiť rýchlosť prenosu kyslíka. V čistej vode sa bublinkový povrch neustále obnovuje vibráciami a osciláciami. Akonáhle sa pridajú povrchovo aktívne látky, obnova povrchu bubliny pohybom bubliny ustane.

Samotné mikroorganizmy majú vplyv na rýchlosť prenosu kyslíka tým, že pôsobia ako bariéra, čím inhibujú O2 prevod. Pri vláknitých mikroorganizmoch existujú variácie v závislosti od toho, či je mycélium vo voľnej forme alebo v peletách. Zatiaľ čo rýchlosť prenosu kyslíka postupne klesá so zväčšovaním veľkosti peliet, pri voľných formách je pokles oveľa strmší.

Bubliny plynu sa dopĺňajú v miestach bioreaktora, kde je podtlak, ako napríklad za lopatkami miešadla. So zvyšujúcou sa rýchlosťou prevzdušňovania možno charakterizovať rôzne podmienky. Pri nízkych rýchlostiach prevzdušňovania sa za jednotlivými lopatkami turbíny vytvárajú veľké bubliny plynu a menšie bubliny sa odstredivo odstreďujú do živného roztoku. Keď sa rýchlosť prevzdušňovania zvyšuje, bubliny plynu sa zhromažďujú za všetkými lopatkami turbíny a naďalej sa hromadia. Príkon energie je o jednu tretinu menší ako spotreba energie v neprevzdušnených systémoch. V tomto strednom rozsahu miešania je najlepšia disperzia plynu. Pri veľmi vysokých rýchlostiach prevzdušňovania k sebe priľne veľa veľkých bublín plynu a obežné koleso je zaplavené plynom, čo má za následok výrazne zníženú disperziu plynu.

The kritická koncentrácia kyslíka je termín používaný na označenie hodnoty rýchlosť absorpcie kyslíka alebo orýchlosť absorpcie xygénu ktorý umožňuje dýchanie bez prekážok. Vo všeobecnosti sú kritické koncentrácie kyslíka 5-25 % hodnoty nasýtenia kyslíkom v kultúrach. Pri rýchlostiach absorpcie kyslíka, ktoré sú nižšie ako kritické koncentrácie, rýchlosť dýchania koreluje s O2 koncentrácie v roztoku. Nad touto hodnotou nebola pozorovaná žiadna závislosť medzi rýchlosťou dýchania a rozpusteným kyslíkom. V newtonovských tekutinách, ako sú tie, ktoré sa vyskytujú v kvasinkách a bakteriálnych fermentáciách, je kritická koncentrácia kyslíka konštantná a nie je ovplyvnená podmienkami fermentácie. V nenewtonských roztokoch, ako sú tie, ktoré sa vyskytujú s vláknitými mikroorganizmami, sa ukázalo, že kritická koncentrácia kyslíka závisí od podmienok fermentácie.


2.5.3. Výroba tepla
Aby sa dosiahli optimálne výťažky, fermentácie sa musia vykonávať pri konštantná teplota. Teraz diskutujeme o parametroch ovplyvňujúcich tepelnú bilanciu fermentačného procesu.

Rýchlosť produkcie tepla v dôsledku miešania, plynovania/prevzdušňovania a v dôsledku metabolickej aktivity mikroorganizmov musí byť vyvážená tepelnou stratou vyplývajúcou z vyparovania a žiarenia plus odvod tepla chladiacim systémom.

Počas metabolizmu je vývoj tepla dôsledkom termodynamiky celkovej mikrobiálnej aktivity. Okrem anaeróbnej digescie a niektorých ďalších termofilných mikrobiálnych aktivít je množstvo vyprodukovaného tepla zvyčajne také vysoké, že ak sa neodstráni, zvýši teplotu obsahu fermentora na úroveň mimo optimálneho rozsahu pre systém.

Vývin tepla počas metabolickej aktivity súvisí s využitím uhlíka a zdroja energie. Keď sa zdroj uhlíka aktívne začleňuje do biomasy prostredníctvom anabolizmu počas rastu, asi 40 – 50 % dostupnej entalpie v substráte sa zachová v biomase, zvyšok sa odovzdáva ako teplo. Keď sa zdroj uhlíka katabolizuje, aby poskytol energiu na údržbu buniek, všetka entalpia spojená s oxidáciou substrátu sa uvoľní ako teplo. Ak sa vytvorí biochemický produkt, vyvinuté teplo leží medzi teplom uvoľneným počas údržby a teplom, ktoré sa vyvinulo počas aktívneho rastu. Množstvo vyvinutého tepla súvisí so stechiometriou rastu a tvorby produktu, zatiaľ čo rýchlosť vývoja tepla súvisí s rýchlosťou mikrobiálnej aktivity.


2.6. Sterilizácia
kultúry vo všetkých fázach, od predbežnej kultivácie až po fermentor. Fermentor možno sterilizovať buď zničením mikroorganizmov nejakým smrteľným činidlom, ako je teplo, žiarenie alebo chemikália, alebo odstránením životaschopných mikroorganizmov fyzikálnym postupom, ako je filtrácia.

Počas fermentácie je potrebné dodržiavať nasledujúce body, aby sa zabezpečila sterilita:
sterilita kultivačných médií
sterilita vstupujúceho a odchádzajúceho vzduchu
vhodná konštrukcia bioreaktora na sterilizáciu a na zabránenie kontaminácii počas fermentácie

STERILIZÁCIA MÉDIÍ KULTÚRY
Živné médiá, ako boli pôvodne pripravené, obsahujú množstvo rôznych vegetatívnych buniek a spór odvodených zo zložiek kultivačného média, vody a nádoby. Tieto sa musia pred očkovaním eliminovať vhodnými prostriedkami. Na sterilizáciu je k dispozícii množstvo prostriedkov, ale v praxi je najčastejšie používaným mechanizmom teplo.

Úspešnosť tepelnej sterilizácie ovplyvňuje množstvo faktorov: počet a typ prítomných mikroorganizmov, zloženie kultivačného média, hodnota pH a veľkosť suspendovaných častíc. Vegetatívne bunky sú rýchlo eliminované pri relatívne nízkych teplotách, ako je 60 stupňov Celzia počas 5-10 minút, ale na zničenie spór sú potrebné teploty 121 stupňov Celzia počas 15 minút.

Počas tepelnej sterilizácie vždy existuje možnosť zničenia zložiek v médiu. Okrem degradácie tepelne labilných zložiek prispieva aj k strate kvality živín pri sterilizácii. Bežným javom je výskyt browingových reakcií Maillardovho typu, ktoré spôsobujú odfarbenie média, ako aj stratu kvality živín. Tieto reakcie sú normálne spôsobené karbonylovými skupinami, zvyčajne z redukujúcich cukrov, ktoré interagujú s aminoskupinami z aminokyselín a proteínov. Na zabránenie takýmto reakciám môže byť potrebná samostatná sterilizácia sacharidovej zložky média.

Filtračná sterilizácia sa často používa pre všetky zložky živných roztokov, ktoré sú citlivé na teplo. Cukry, vitamíny, antibiotiká alebo zložky krvi sú príkladmi tepelne labilných zložiek, ktoré sa musia sterilizovať filtráciou.

Väčšina živných médií sa v súčasnosti sterilizuje vo vsádzkových objemoch v bioreaktore pri 121 stupňoch Celzia. Približné časy sterilizácie možno vypočítať z povahy média a veľkosti fermentora. Sterilizovať sa musia nielen živné médiá, ale aj armatúry, ventily a elektródy samotného fermentora. Skutočné časy sterilizácie sú preto podstatne dlhšie ako vypočítané a musia byť empiricky určené pre špecifické živné roztoky vo fermentore. Menšie fermentory sa sterilizujú v autokláve, zatiaľ čo väčšie fermentory sa sterilizujú nepriamym alebo priamym vstrekovaním pary.

STERILIZÁCIA FERMENTAČNÉHO VZDUCHU
Väčšina fermentácií prebieha za vysokého prevzdušňovania a vzduch privádzaný do fermentora musí byť sterilizovaný. Počet častíc a mikroorganizmov vo vzduchu sa značne líši v závislosti od miesta, pohybu vzduchu a predchádzajúcej úpravy vzduchu. Vonkajší vzduch má v priemere 10 – 100 000 častíc na m 3 a 5 – 2 000 mikroorganizmov na m 3 . Z toho 50 % tvoria spóry húb a 40 % gramnegatívne baktérie.

Fermentory vo všeobecnosti pracujú s rýchlosťou prevzdušňovania 0,5-2 vvm (objem vzduchu/objem kvapaliny za minútu). Metódy dostupné na sterilizáciu plynov zahŕňajú filtráciu, vstrekovanie plynu (ozón), čistenie plynu, žiarenie (UV) a teplo. Z nich je praktická len filtrácia a teplo.

VHODNÁ KONŠTRUKCIA FERMENTORA
Vo fermentore by mal byť minimálny počet otvorov na udržanie sterility. Malé otvory musia byť utesnené O-krúžkami, väčšie otvory plochými tesneniami. Kedykoľvek pohyblivý hriadeľ prenikne do steny fermentora, mali by sa vyriešiť špeciálne problémy s udržiavaním sterility.


2.7. Fermentačné procesy
Celková schéma fermentačného procesu môže byť opísaná takto:
* Fáza 1: konzervácia inokula
* Fáza 2: nahromadenie inokula
* Fáza 3: fermentačná kultúra

1. ETAPA: UCHOVÁVANIE INOKULIA
Cieľom konzervácie je zachovať kmene čo najdlhšie bez delenia buniek. Pre každý kmeň je potrebné vypracovať optimálny spôsob konzervácie. Najčastejšie sa používajú tieto tri techniky:
* Skladovanie pri nízkych teplotách (2-6 stupňov Celzia)
* Skladovanie v mraze (-18, -80 alebo -196 stupňov Celzia)
* Lyofilizácia

Skladovanie pri 2-6 stupňoch Celzia je najmenej bezpečné, je tu pomerne vysoké riziko kontaminácie a reverznej mutácie častým prenášaním. Najbežnejšie je mrazené skladovanie a zmrazené kultúry sa môžu uchovávať niekoľko rokov. Podiel preživších je kritický, pretože až 95 % mikroorganizmov je vo všeobecnosti zabitých počas zmrazovania a následného rozmrazovania. Najlepšou metódou konzervácie kmeňa je lyofilizácia (lyofilizácia).

2. FÁZA: RAST INOKULA
Konzervovaná kultúra sa najskôr oživí rastom v Erlenmeyerovej banke na biologickej trepačke alebo na pevnom médiu (ak je potrebná tvorba spór). Aby sa získalo dostatočné množstvo inokula pre malé fermentory, druhá séria trepacích kultúr sa zvyčajne vyrába vo viacerých bankách. Z lyofilizovaných kmeňov trvá rast inokula približne 4-10 dní, zo zmrazených kultúr rast inokula trvá 4-48 hodín pre baktérie a 1-7 dní pre huby. Nakoniec z chladených kultúr rast inokula trvá 4-24 hodín pre baktérie a 1-5 dní pre huby.

3. ETAPA: KULTÚRA FERMENTOROV
Živné médiá na výrobu musia byť optimalizované nielen z hľadiska použitých ingrediencií, ale aj spôsobu prípravy a sterilizácie média, hodnoty pH pred a po sterilizácii. Najdôležitejšie parametre počas fermentácie sú:
* Teplota
* Prevzdušňovanie
* Miešanie


2.8. Riadenie procesov
Procesný manažment sa zaoberá:
* Nastavenie počiatočných podmienok procesu
* Monitorovanie s cieľom zistiť, či proces prebieha podľa požadovaného kurzu
* Uľahčenie manuálnych úprav procesných premenných
* Rozhodovanie o tom, kedy ukončiť proces a/alebo previesť alebo zozbierať produkt
* Výpočet hmotnostnej a tepelnej bilancie, rýchlosti reakcie, kinetiky a výťažku (pozri tabuľku 4)
* Poskytovanie informácií pre štatistické záznamy o konzistencii a na archívne účely
* Monitorovanie kontaminácie a hygieny procesov

Pretože mnohé bioprocesy, najmä tie, ktoré zahŕňajú fermentáciu, sú prevádzkované vsádzkovo, predstavujú problémy s počiatočnou hodnotou. V dôsledku toho procesné meranie sa zaoberá presným a reprodukovateľným nastavením operácie. Riadenie procesu sa týka vykonávania úprav procesu v dôsledku merania jednej alebo viacerých premenných, ktoré sa menia v dôsledku činnosti procesu. Týka sa to merania závislých premenných, ako je uvedené v tabuľke 5.

Ďalšími zaujímavými chemickými parametrami sú koncentrácia substrátu a koncentrácia produktu. Tieto parametre sa musia analyzovať off-line v laboratóriu.

Biologické parametre, ktoré sú predmetom záujmu, sú napr čas zdvojnásobenia, celkový počet buniek, životaschopnosť buniek, vitalita buniek a suchá hmotnosť bunkovej hmoty všetko sa musí merať mimo fermentora.


sa používajú ako výskumné organizmy. Vírusy možno považovať za intracelulárne parazity.

Kritériá používané na klasifikáciu mikroorganizmov zahŕňajú morfológiu, reprodukčné mechanizmy, prítomnosť pigmentu, spôsob motility, fyziológiu a štruktúrne znaky.


2.2. Mikrobiálna aktivita

Mikroorganizmy v procese vlastnej replikácie produkujú početné komplexné makromolekuly z približne 100 rôznych monomérnych jednotiek. V biochemických cestách na dosiahnutie tohto cieľa bakteriálna bunka používa viac ako 1000 rôznych enzýmov a eukaryotická bunka ich môže použiť dvakrát toľko.

Biochemický metabolizmus možno rozdeliť do dvoch širokých tried: anabolický dráhy (anabolizmus) syntetizujú komplexné molekuly a ich intermediárne prekurzory a katabolický dráhy (katabolizmus) dodávajú energiu potrebnú pre anabolické procesy. Tieto dve odlišné činnosti sú úzko prepojené.

Mikroorganizmy, ktoré uskutočňujú svoj metabolizmus pomocou kyslíka, sa označujú ako aeróbne mikroorganizmy. Niektoré mikroorganizmy môžu nahradiť kyslík dusičnanmi, inými síranmi alebo železitými iónmi, a tak rásť v neprítomnosti kyslíka. Tieto mikroorganizmy sa označujú ako anaeróbne.

Mikroorganizmy možno klasifikovať podľa najnižších teplôt, pri ktorých dochádza k výraznému rastu. Pozri tabuľku 3


Rast kvasiniek je pre mezofilné druhy optimálny v oblasti 20-30 °C.

Vo všeobecnosti vedie posun inkubačnej teploty z optimálnej na nižšiu teplotu k teplotne závislému zníženiu metabolickej aktivity. Zvýšenie inkubačnej teploty môže spôsobiť zníženie koncentrácie biomasy aj životaschopnosti buniek v dôsledku poklesu aktivity enzýmu závislého od teploty a expozície.

Mnoho mikroorganizmov vykazuje optimálne pH pre rast okolo 7, pričom väčšina uprednostňuje rozsah pH 5-8. Existujú však výnimky vrátane baktérií kyseliny octovej, tiobacilov a baktérií rozkladajúcich močovinu. Okrem toho mnohé riasy žijú v prírodných vodách nad pH 10.


2.3. Mikrobiálna kinetika
ŠARŽOVÉ KVASENIE

A vsádzková fermentácia možno považovať za uzavretý systém. V čase t=0 je sterilizovaný živný roztok vo fermentore naočkované s mikroorganizmami a nechá sa pokračovať inkubácia. V priebehu celej fermentácie sa nepridáva nič okrem kyslíka (v prípade aeróbnych mikroorganizmov), odpeňovača a kyseliny alebo zásady na kontrolu pH. Zloženie kultivačného média, koncentrácia biomasy a koncentrácia metabolitu sa vo všeobecnosti neustále menia v dôsledku metabolizmu buniek.

Po inokulácii sterilného živného roztoku mikroorganizmami a kultivácii za fyziologických podmienok sa pozorujú štyri typické fázy rastu, ako je znázornené na obr.

Fáza oneskorenia
Fyzikálno-chemická rovnováha medzi mikroorganizmom a prostredím po inokulácii s veľmi malým rastom.

Log fáza
Na konci lag fázy sa bunky prispôsobili novým podmienkam rastu. Rast bunkovej hmoty možno teraz kvantitatívne opísať ako zdvojnásobenie počtu buniek za jednotku času pre baktérie a kvasinky alebo zdvojnásobenie biomasy za jednotku času pre vláknité organizmy, ako sú huby. Vynesením počtu buniek alebo biomasy proti času do semilogaritmického grafu sa získa priama čiara, preto termín log fáza. Hoci bunky menia médium absorpciou substrátov a vylučovaním metabolických produktov, rýchlosť rastu zostáva konštantná počas log fázy. Rýchlosť rastu nezávisí od koncentrácie substrátu, pokiaľ je prítomný nadbytok substrátu.

Stacionárna fáza
Akonáhle sa substrát zmetabolizuje alebo sa vytvoria toxické látky, rast sa spomalí alebo úplne zastaví. Biomasa sa zvyšuje len postupne alebo zostáva konštantná počas tejto stacionárnej fázy, hoci zloženie buniek sa môže meniť. V dôsledku lýzy sa uvoľňujú nové substráty, ktoré potom môžu slúžiť ako zdroje energie pre pomalý rast preživších. Rôzne metabolity vznikajúce v stacionárnej fáze sú často predmetom veľkého biotechnologického záujmu.

Fáza smrti
V tejto fáze sú energetické zásoby buniek vyčerpané. Rovnú čiaru možno získať, keď sa vytvorí semilogaritmický graf preživších v závislosti od času, čo naznačuje, že bunky umierajú exponenciálnou rýchlosťou. Dĺžka času medzi stacionárnou fázou a fázou smrti závisí od mikroorganizmu a použitého procesu. Fermentácia sa zvyčajne preruší na konci log fázy alebo pred začiatkom fázy smrti.

FED VSAŽOVÁ FERMENTÁCIA
V práve opísanom konvenčnom vsádzkovom procese sa všetok substrát pridáva na začiatku fermentácie. Vylepšením uzavretého dávkového procesu je fedbatch fermentácia. Pri vsádzkovom procese sa substrát pridáva v prírastkoch s postupom fermentácie. Pri fed-batch metóde sa kritické prvky živného roztoku pridávajú v malých koncentráciách na začiatku fermentácie a tieto látky sa naďalej pridávajú v malých dávkach počas výrobnej fázy.

PRIEBEŽNÉ KVASENIE
In kontinuálne kvasenie , je nastavený otvorený systém. Do bioreaktora sa kontinuálne pridáva sterilný živný roztok a súčasne sa zo systému odoberá ekvivalentné množstvo premeneného živného roztoku s mikroorganizmami. V prípade homogénne zmiešaného bioreaktora hovoríme o a chemostat alebo a turbidistat. V chemostate v rovnovážnom stave je bunkový rast riadený úpravou koncentrácie jedného substrátu. V turbidistate sa rast buniek udržiava konštantný pomocou zákalu na monitorovanie koncentrácie biomasy a vhodne sa upravuje rýchlosť dodávania živného roztoku.


2.4. Požiadavky na živiny

Všetky mikroorganizmy potrebujú pre svoju mikrobiálnu činnosť prítomnosť viacerých živín.

Sacharidy
Sacharidy sú schopné využiť všetky mikroorganizmy, aj keď v žiadnom prípade neexistuje absolútna požiadavka na túto skupinu organických zlúčenín. Glukóza je najľahšie metabolizovateľný cukor. Väčšina húb môže používať disacharidy.

Lipidy
Mikrobiálne požiadavky na steroidy a mastné kyseliny s dlhým reťazcom možno zhrnúť nasledovne. Pre baktérie a huby sú potrebné mastné kyseliny s dlhým reťazcom, ako je kyselina linolová a kyselina olejová. Vo všeobecnosti steroidy iné ako cholesterol mikroorganizmy nevyžadujú ani nevyužívajú. Vo všetkých hubách, vrátane kvasiniek, je ergosterol nutričnou požiadavkou.

Puríny a pyrimidíny
Vo všeobecnosti boli hlásené prípady metabolizmu purínov a pyrimidínov iba u baktérií. Riasy tieto zlúčeniny vôbec nevyužívajú.

Vitamíny a rastové faktory
V požiadavkách iných mikroorganizmov na vitamíny a súvisiace faktory existujú značné druhové rozdiely. Vo všeobecnosti vitamíny A, C, D a K nie sú potrebné pre rast.

Aminokyseliny
Aminokyseliny vo všeobecnosti riasy nevyžadujú, hoci ich dokáže využiť niekoľko druhov rias. Druhy iných mikroorganizmov sú schopné využiť všetky aminokyseliny, okrem kvasiniek, kde neexistuje dôkaz o použití kritrulínu. Zvyčajne je to L-forma kyselín, ktoré sú biologicky aktívne, ale na rozdiel od vyšších živočíchov môžu niektoré baktérie využívať aj D-aminokyseliny.

Zdroje dusíka
Je potrebné zdôrazniť, že nie všetky druhy vyžadujú alebo využívajú tieto zlúčeniny, ale skôr boli identifikované niektoré druhy, ktoré sú schopné využívať tieto zlúčeniny. Huby vyžadujú amoniak, dusičnany a dusitany.

Zdroje síry
Niektoré druhy kvasiniek môžu využívať elementárnu síru a síran. Vo všeobecnosti kvasinky nevyžadujú ani nevyužívajú organické zlúčeniny obsahujúce síru. Baktérie vyžadujú glutatión a kyselinu tiooctovú, zatiaľ čo kvasinky vyžadujú amidy kyseliny sulfónovej, tioacetát, tiokarbonát, tioglykolát a glutatión.

Chemické prvky a anorganické ióny
Minerálne živiny požadované mikroorganizmami sú druhovo závislé, ale vo všeobecnosti pozostávajú z Fe, K, Mg, Mn. Niekedy je potrebný S, N, Ca, Co, Cu, P, Zn.


2.5. Fermentorové systémy

Mikrobiálnu fermentáciu možno považovať za a trojfázový systémzahŕňajúce reakcie kvapalina-pevná látka, plyn-pevná látka a plyn-kvapalina.

The kvapalná fáza obsahuje rozpustené živiny, rozpustené substráty a rozpustené metabolity.

The tuhá fáza pozostáva z jednotlivých buniek, peliet, nerozpustných substrátov alebo vyzrážaných metabolických produktov.

The plynná fáza poskytuje zásobu kyslíka a CO2 odstránenie.


2.5.1. Miešanie a miešanie
Prenos energie, živín, substrátu a metabolitu v bioreaktore musí byť zabezpečený vhodným miešacím zariadením. Účinnosť ktorejkoľvek živiny môže byť rozhodujúca pre účinnosť celej fermentácie.

Pre tri fázy miešanie bioreaktora prináša nasledovné:
Disperzia vzduchu v živnom roztoku
Homogenizácia na vyrovnanie teploty a koncentrácie živín v celom fermentore
Suspenzia mikroorganizmov a pevných živín
Disperzia nemiešateľných kvapalín

0,5 m/s. Živné roztoky možno rozdeliť do dvoch skupín podľa toho, ako sa správajú pri miešaní: viskózna roztoky s newtonovskými a nenewtonskými vlastnosťami a viskoelastické roztoky, v ktorých nie sú v miešaných nádobách pozorované normálne vlastnosti v kvapalnom stave. The viskozita, schopnosť materiálu odolávať deformácii, je najvýznamnejšou vlastnosťou ovplyvňujúcou tokové správanie tekutiny. Takéto správanie má trhový vplyv na čerpanie, miešanie, prenos tepla, prenos hmoty a prevzdušňovanie.

Existuje len niekoľko príkladov, ktoré spadajú do druhej skupiny, napr. polysacharidy a niektoré fermentácie antibiotík. Väčšina fermentačných roztokov patrí do prvej kategórie. Neočkované roztoky a bakteriálne kultúry sa často správajú ako jednoduché newtonovské kvapaliny.

U mnohých mycéliových organizmov dochádza počas fermentácie k zmenám nielen v množstve mycélia, ale aj v charakteristikách živného roztoku. Substráty sa vychytávajú pri metabolizme a znižuje sa podiel nerozpustených substrátov. Súčasne sa vylučujú metabolity, čím sa ovplyvňuje viskozita y roztoku.


2.5.2. Výmena plynu a prenos hmoty
Jedným z najdôležitejších faktorov pri prevádzke fermentora je zabezpečenie primeranej výmeny plynu. Kyslík je najdôležitejším plynným substrátom pre mikrobiálny metabolizmus, a oxid uhličitý je najdôležitejším plynným metabolickým produktom.

Keď je kyslík potrebný ako mikrobiálny substrát, je často limitujúcim faktorom pri fermentácii. Kvôli svojej nízkej rozpustnosti iba 0,3 mM O2, čo zodpovedá 9 mg/l, sa rozpúšťa v jednom litri vody pri 20 stupňoch Celzia v zmesi vzduch/voda. Toto množstvo kyslíka bude vyčerpané v priebehu niekoľkých sekúnd aktívnou a koncentrovanou mikrobiálnou populáciou, pokiaľ nie je kyslík dodávaný nepretržite. Naopak, počas toho istého obdobia je množstvo iných použitých živín zanedbateľné v porovnaní s väčšinou koncentrácií. Väčšina aeróbnych mikrobiálnych procesov je preto obmedzená kyslíkom. To je dôvod, prečo sa koncepcia prenosu hmoty plyn-kvapalina v bioprocesoch sústreďuje na prenos kyslíka, aj keď môžu byť zahrnuté aj iné plyny, ako je oxid uhličitý, vodík, metán a amoniak.

Vplyvom živín z kultúry je v skutočnosti maximálny obsah kyslíka nižší, ako by bol v čistej vode.

Rozpustnosť plynov sa riadi Henryho zákonom v rozsahu tlaku plynu, v ktorom sú fermentory prevádzkované. To znamená, že ak sa koncentrácia kyslíka v plynnej fáze zvýši, O2 podiel živného roztoku sa zvyšuje. V dôsledku toho najvyšší O2 parciálny tlak sa dosiahne pri prevzdušňovaní čistým kyslíkom. V porovnaní s hodnotou vo vzduchu (9 mg O2/l), 43 mg O2/l sa rozpúšťa vo vode, keď sa uvažuje čistý kyslík.

Keď teplota stúpa, O2 rozpustnosť klesá. Napríklad rozpustnosť pri 33 stupňoch Celzia je 7,2 mg O2/l.

Aby sa kyslík preniesol z plynovej bubliny do jednotlivého článku, musí sa prekonať niekoľko nezávislých čiastkových odporov (obr. 3).
* 1 odpor v plynovom filme voči fázovej hranici
* 2 prienik fázovej hranice medzi plynovou bublinou a kvapalinou
* 3 prenos z fázovej hranice do kvapaliny
* 4 pohyb v rámci živného roztoku
* 5 prenos na povrch bunky

Pre fermentácie uskutočňované s jednobunkovými organizmami, ako sú baktérie a kvasinky, je odpor vo fázovom rozhraní medzi bublinou plynu a kvapalinou najdôležitejším faktorom, ktorý riadi rýchlosť prenosu.

Mikrobiálne bunky v blízkosti plynových bublín môžu absorbovať kyslík priamo cez fázovú hranicu a rýchlosť prenosu plynu do takýchto buniek sa zvyšuje.

V bunkových aglomerátoch alebo peletách O2 limitujúcim faktorom sa môže stať transfer v rámci aglomerátu.

Hromadný presun kyslík do kvapaliny možno charakterizovať rýchlosťou prenosu kyslíka (OTR) alebo podľa objemový koeficient prenosu kyslíka (kLa). Tieto hodnoty boli dôkladne preskúmané ako kritický parameter pre funkciu bioreaktora. Rýchlosť prenosu kyslíka a objemový koeficient prenosu kyslíka závisia od nasledujúcich parametrov:
* geometria nádoby: priemer, kapacita
* zmiešavacie vlastnosti: výkon, konfigurácia a veľkosť obežného kolesa, usmerňovače
* prevzdušňovací systém: rýchlosť rozprašovača, geometria, umiestnenie
* živný roztok: zloženie, hustota, viskozita
* mikroorganizmus: morfológia, koncentrácia
* použité odpeňovacie činidlo
* teplota

Zdroj:


Strana: Všetky 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
Súvisiaca biologická technológia:


Ošetrenie PEG-silánom: prečo inkubovať 18 hodín pri 60 stupňoch Celzia? - Biológia

Hlavným cieľom čistenia odpadových vôd je vo všeobecnosti umožniť zneškodňovanie odpadových vôd a odpadových vôd bez ohrozenia ľudského zdravia alebo neprijateľného poškodenia prírodného prostredia. Zavlažovanie odpadovou vodou je likvidácia aj využitie a je skutočne efektívnou formou likvidácie odpadových vôd (ako pri pomalom čistení pôdy). Pred použitím na poľnohospodárske alebo krajinné zavlažovanie alebo na akvakultúru sa však surová komunálna odpadová voda musí bežne upraviť do určitého stupňa. Kvalita vyčistených odpadových vôd používaných v poľnohospodárstve má veľký vplyv na prevádzku a výkon systému odpadových vôd-pôda alebo akvakultúry. V prípade zavlažovania bude požadovaná kvalita odpadovej vody závisieť od plodiny alebo plodín, ktoré sa majú zavlažovať, pôdnych podmienok a prijatého systému distribúcie odpadovej vody. Obmedzením plodín a výberom zavlažovacích systémov, ktoré minimalizujú zdravotné riziko, možno znížiť stupeň čistenia odpadových vôd pred aplikáciou. Podobný prístup nie je uskutočniteľný v systémoch akvakultúry a bude sa musieť viac spoliehať na kontrolu prostredníctvom čistenia odpadových vôd.

Najvhodnejšie čistenie odpadových vôd, ktoré sa má použiť pred použitím odpadovej vody v poľnohospodárstve, je také, ktoré bude produkovať odpadovú vodu spĺňajúcu odporúčané mikrobiologické a chemické smernice kvality pri nízkych nákladoch a s minimálnymi požiadavkami na prevádzku a údržbu (Arar 1988). Prijatie čo najnižšej úrovne liečby je žiaduce najmä v rozvojových krajinách, a to nielen z hľadiska nákladov, ale aj z dôvodu uznania náročnosti spoľahlivého prevádzkovania zložitých systémov. In many locations it will be better to design the reuse system to accept a low-grade of effluent rather than to rely on advanced treatment processes producing a reclaimed effluent which continuously meets a stringent quality standard.

Nevertheless, there are locations where a higher-grade effluent will be necessary and it is essential that information on the performance of a wide range of wastewater treatment technology should be available. The design of wastewater treatment plants is usually based on the need to reduce organic and suspended solids loads to limit pollution of the environment. Pathogen removal has very rarely been considered an objective but, for reuse of effluents in agriculture, this must now be of primary concern and processes should be selected and designed accordingly (Hillman 1988). Treatment to remove wastewater constituents that may be toxic or harmful to crops, aquatic plants (macrophytes) and fish is technically possible but is not normally economically feasible. Unfortunately, few performance data on wastewater treatment plants in developing countries are available and even then they do not normally include effluent quality parameters of importance in agricultural use.

The short-term variations in wastewater flows observed at municipal wastewater treatment plants follow a diurnal pattern. Flow is typically low during the early morning hours, when water consumption is lowest and when the base flow consists of infiltration-inflow and small quantities of sanitary wastewater. A first peak of flow generally occurs in the late morning, when wastewater from the peak morning water use reaches the treatment plant, and a second peak flow usually occurs in the evening. The relative magnitude of the peaks and the times at which they occur vary from country to country and with the size of the community and the length of the sewers. Small communities with small sewer systems have a much higher ratio of peak flow to average flow than do large communities. Although the magnitude of peaks is attenuated as wastewater passes through a treatment plant, the daily variations in flow from a municipal treatment plant make it impracticable, in most cases, to irrigate with effluent directly from the treatment plant. Some form of flow equalization or short-term storage of treated effluent is necessary to provide a relatively constant supply of reclaimed water for efficient irrigation, although additional benefits result from storage.

Conventional wastewater treatment consists of a combination of physical, chemical, and biological processes and operations to remove solids, organic matter and, sometimes, nutrients from wastewater. General terms used to describe different degrees of treatment, in order of increasing treatment level, are preliminary, primary, secondary, and tertiary and/or advanced wastewater treatment. In some countries, disinfection to remove pathogens sometimes follows the last treatment step. A generalized wastewater treatment diagram is shown in Figure 5.

The objective of preliminary treatment is the removal of coarse solids and other large materials often found in raw wastewater. Removal of these materials is necessary to enhance the operation and maintenance of subsequent treatment units. Preliminary treatment operations typically include coarse screening, grit removal and, in some cases, comminution of large objects. In grit chambers, the velocity of the water through the chamber is maintained sufficiently high, or air is used, so as to prevent the settling of most organic solids. Grit removal is not included as a preliminary treatment step in most small wastewater treatment plants. Comminutors are sometimes adopted to supplement coarse screening and serve to reduce the size of large particles so that they will be removed in the form of a sludge in subsequent treatment processes. Flow measurement devices, often standing-wave flumes, are always included at the preliminary treatment stage.

The objective of primary treatment is the removal of settleable organic and inorganic solids by sedimentation, and the removal of materials that will float (scum) by skimming. Approximately 25 to 50% of the incoming biochemical oxygen demand (BOD 5 ), 50 to 70% of the total suspended solids (SS), and 65% of the oil and grease are removed during primary treatment. Some organic nitrogen, organic phosphorus, and heavy metals associated with solids are also removed during primary sedimentation but colloidal and dissolved constituents are not affected. The effluent from primary sedimentation units is referred to as primary effluent. Table 12 provides information on primary effluent from three sewage treatment plants in California along with data on the raw wastewaters.

Table 12 : QUALITY OF RAW WASTEWATER AND PRIMARY EFFLUENT AT SELECTED TREATMENT PLANTS IN CALIFORNIA

Quality parameters (mg/l, except as otherwise indicated)

Los Angeles County Joint Plant

Biochemical oxygen demand,BOD5

Electrical conductivity, dS/m

Soluble sodium percentage, %

In many industrialized countries, primary treatment is the minimum level of preapplication treatment required for wastewater irrigation. It may be considered sufficient treatment if the wastewater is used to irrigate crops that are not consumed by humans or to irrigate orchards, vineyards, and some processed food crops. However, to prevent potential nuisance conditions in storage or flow-equalizing reservoirs, some form of secondary treatment is normally required in these countries, even in the case of non-food crop irrigation. It may be possible to use at least a portion of primary effluent for irrigation if off-line storage is provided.

Primary sedimentation tanks or clarifiers may be round or rectangular basins, typically 3 to 5 m deep, with hydraulic retention time between 2 and 3 hours. Settled solids (primary sludge) are normally removed from the bottom of tanks by sludge rakes that scrape the sludge to a central well from which it is pumped to sludge processing units. Scum is swept across the tank surface by water jets or mechanical means from which it is also pumped to sludge processing units.

In large sewage treatment plants (> 7600 m 3 /d in the US), primary sludge is most commonly processed biologically by anaerobic digestion. In the digestion process, anaerobic and facultative bacteria metabolize the organic material in sludge (see Example 3), thereby reducing the volume requiring ultimate disposal, making the sludge stable (nonputrescible) and improving its dewatering characteristics. Digestion is carried out in covered tanks (anaerobic digesters), typically 7 to 14 m deep. The residence time in a digester may vary from a minimum of about 10 days for high-rate digesters (well-mixed and heated) to 60 days or more in standard-rate digesters. Gas containing about 60 to 65% methane is produced during digestion and can be recovered as an energy source. In small sewage treatment plants, sludge is processed in a variety of ways including: aerobic digestion, storage in sludge lagoons, direct application to sludge drying beds, in-process storage (as in stabilization ponds), and land application.

The objective of secondary treatment is the further treatment of the effluent from primary treatment to remove the residual organics and suspended solids. In most cases, secondary treatment follows primary treatment and involves the removal of biodegradable dissolved and colloidal organic matter using aerobic biological treatment processes. Aerobic biological treatment (see Box) is performed in the presence of oxygen by aerobic microorganisms (principally bacteria) that metabolize the organic matter in the wastewater, thereby producing more microorganisms and inorganic end-products (principally CO 2 , NH 3 , and H 2 O). Several aerobic biological processes are used for secondary treatment differing primarily in the manner in which oxygen is supplied to the microorganisms and in the rate at which organisms metabolize the organic matter.

High-rate biological processes are characterized by relatively small reactor volumes and high concentrations of microorganisms compared with low rate processes. Consequently, the growth rate of new organisms is much greater in high-rate systems because of the well controlled environment. The microorganisms must be separated from the treated wastewater by sedimentation to produce clarified secondary effluent. The sedimentation tanks used in secondary treatment, often referred to as secondary clarifiers, operate in the same basic manner as the primary clarifiers described previously. The biological solids removed during secondary sedimentation, called secondary or biological sludge, are normally combined with primary sludge for sludge processing.

Common high-rate processes include the activated sludge processes, trickling filters or biofilters, oxidation ditches, and rotating biological contactors (RBC). A combination of two of these processes in series (e.g., biofilter followed by activated sludge) is sometimes used to treat municipal wastewater containing a high concentration of organic material from industrial sources.

iii. Rotating Biological Contactors

High-rate biological treatment processes, in combination with primary sedimentation, typically remove 85 % of the BOD 5 and SS originally present in the raw wastewater and some of the heavy metals. Activated sludge generally produces an effluent of slightly higher quality, in terms of these constituents, than biofilters or RBCs. When coupled with a disinfection step, these processes can provide substantial but not complete removal of bacteria and virus. However, they remove very little phosphorus, nitrogen, non-biodegradable organics, or dissolved minerals. Data on effluent quality from selected secondary treatment plants in California are presented in Table 13.

Table 13: QUALITY OF SECONDARY EFFLUENT AT SELECTED WASTEWATER TREATMENT PLANTS IN CALIFORNIA

Quality parameter (mg/I except as otherwise indicated)

Montecito Sanitary District

Biochemical oxygen demand, BOD 5

Electrical conductivity dS/m

Tertiary and/or advanced wastewater treatment is employed when specific wastewater constituents which cannot be removed by secondary treatment must be removed. As shown in Figure 3, individual treatment processes are necessary to remove nitrogen, phosphorus, additional suspended solids, refractory organics, heavy metals and dissolved solids. Because advanced treatment usually follows high-rate secondary treatment, it is sometimes referred to as tertiary treatment. However, advanced treatment processes are sometimes combined with primary or secondary treatment (e.g., chemical addition to primary clarifiers or aeration basins to remove phosphorus) or used in place of secondary treatment (e.g., overland flow treatment of primary effluent).

An adaptation of the activated sludge process is often used to remove nitrogen and phosphorus and an example of this approach is the 23 Ml/d treatment plant commissioned in 1982 in British Columbia, Canada (World Water 1987). The Bardenpho Process adopted is shown in simplified form in Figure 6. Effluent from primary clarifiers flows to the biological reactor, which is physically divided into five zones by baffles and weirs. In sequence these zones are: (i) anaerobic fermentation zone (characterized by very low dissolved oxygen levels and the absence of nitrates) (ii) anoxic zone (low dissolved oxygen levels but nitrates present) (iii) aerobic zone (aerated) (iv) secondary anoxic zone and (v) final aeration zone. The function of the first zone is to condition the group of bacteria responsible for phosphorus removal by stressing them under low oxidation-reduction conditions, which results in a release of phosphorus equilibrium in the cells of the bacteria. On subsequent exposure to an adequate supply of oxygen and phosphorus in the aerated zones, these cells rapidly accumulate phosphorus considerably in excess of their normal metabolic requirements. Phosphorus is removed from the system with the waste activated sludge.

Most of the nitrogen in the influent is in the ammonia form, and this passes through the first two zones virtually unaltered. In the third aerobic zone, the sludge age is such that almost complete nitrification takes place, and the ammonia nitrogen is converted to nitrites and then to nitrates. The nitrate-rich mixed liquor is then recycled from the aerobic zone back to the first anoxic zone. Here denitrification occurs, where the recycled nitrates, in the absence of dissolved oxygen, are reduced by facultative bacteria to nitrogen gas, using the influent organic carbon compounds as hydrogen donors. The nitrogen gas merely escapes to atmosphere. In the second anoxic zone, those nitrates which were not recycled are reduced by the endogenous respiration of bacteria. In the final re-aeration zone, dissolved oxygen levels are again raised to prevent further denitrification, which would impair settling in the secondary clarifiers to which the mixed liquor then flows.

An experimentation programme on this plant demonstrated the importance of the addition of volatile fatty acids to the anaerobic fermentation zone to achieve good phosphorus removal. These essential short-chain organics (mainly acetates) are produced by the controlled fermentation of primary sludge in a gravity thickener and are released into the thickener supernatent, which can be fed to the head of the biological reactor. Without this supernatent return flow, overall phosphorus removal quickly dropped to levels found in conventional activated sludge plants. Performance data over three years have proved that, with thickener supernatent recycle, effluent quality median values of 0.5-1.38 mg/l Ortho-P, 1.4-1.6 mg/l Total nitrogen and 1.4-2.0 mg/l nitrate-N are achievable. This advanced biological wastewater treatment plant cost only marginally more than a conventional activated sludge plant but nevertheless involved considerable investment. Furthermore, the complexity of the process and the skilled operation required to achieve consistent results make this approach unsuitable for developing countries.

In many situations, where the risk of public exposure to the reclaimed water or residual constituents is high, the intent of the treatment is to minimize the probability of human exposure to enteric viruses and other pathogens. Effective disinfection of viruses is believed to be inhibited by suspended and colloidal solids in the water, therefore these solids must be removed by advanced treatment before the disinfection step. The sequence of treatment often specified in the United States is: secondary treatment followed by chemical coagulation, sedimentation, filtration, and disinfection. This level of treatment is assumed to produce an effluent free from detectable viruses. Effluent quality data from selected advanced wastewater treatment plants in California are reported in Table 14. In Near East countries adopting tertiary treatment, the tendency has been to introduce pre-chlorination before rapid-gravity sand filtration and post-chlorination afterwards. A final ozonation treatment after this sequence has been considered in at least one country.

Disinfection normally involves the injection of a chlorine solution at the head end of a chlorine contact basin. The chlorine dosage depends upon the strength of the wastewater and other factors, but dosages of 5 to 15 mg/l are common. Ozone and ultra violet (uv) irradiation can also be used for disinfection but these methods of disinfection are not in common use. Chlorine contact basins are usually rectangular channels, with baffles to prevent short-circuiting, designed to provide a contact time of about 30 minutes. However, to meet advanced wastewater treatment requirements, a chlorine contact time of as long as 120 minutes is sometimes required for specific irrigation uses of reclaimed wastewater. The bactericidal effects of chlorine and other disinfectants are dependent upon pH, contact time, organic content, and effluent temperature.

Although not considered a step in the treatment process, a storage facility is, in most cases, a critical link between the wastewater treatment plant and the irrigation system. Storage is needed for the following reasons:

i. To equalize daily variations in flow from the treatment plant and to store excess when average wastwater flow exceeds irrigation demands includes winter storage.

ii. To meet peak irrigation demands in excess of the average wastewater flow.

iii. To minimize the effects of disruptions in the operations of the treatment plant and irrigation system. Storage is used to provide insurance against the possibility of unsuitable reclaimed wastewater entering the irrigation system and to provide additional time to resolve temporary water quality problems.

Table 14 : EFFLUENT QUALITY DATA FROM SELECTED ADVANCED WASTEWATER TREATMENT PLANTS IN CALIFORNIA 1


Indole test:

Indole tests looks for the presence or absence of tryptophanase enzyme production of the bacteria. If the enzyme is present, it will degrade the aminoacid tryptophan in the media and will produce Indole, ammonia and pyruvic acid. Indole will react with Kovac's reagent to produce a cherry red complex, which indicates a positive indole test. The absence of red color is indicative of tryptophan hydrolysis due to the lack of tryptophanse enzyme(Fig 3).


Analytical Methods for Monitoring Environmental Pollution

Iyyanki V. Muralikrishna , Valli Manickam , in Environmental Management , 2017

18.4.14.1 Oxygen Demand (Biochemical)

BOD in water is determined. Seeding with sewage organisms, and elimination of interferences from residual chlorine and other bactericidal substances should be carried out. The amount of pollution in the sample will govern the need for and the degree of dilution. Samples with low DO values can be aerated to increase the initial DO content above that required by the BOD. Air is bubbled through a diffusion tube into the sample for 5 min, or until the DO is at least 7 mg/L. On one portion of the aerated sample the DO is determined another portion is seeded and incubated for the BOD determination.


Packaging Selection for Solid Oral Dosage Forms

23.2.3.1 Desiccants and fillers

Desiccants are commonly used to keep products dry and stable. Dry desiccants can absorb moisture from air either by physical adsorption or by chemical reaction, and thus reduce the humidity in the headspace of sealed containers. Moisture sorption by silica gel is an example of physical adsorption, and sorption by calcium oxide is an example of a chemical reaction. Different types of desiccants and their moisture sorption capacities can be found in literature. 16 The most commonly used desiccants for solid pharmaceutical products are silica gel, clay, and molecular sieves.

Silica gel is an amorphous form of silica (SiO2 xH2O) and is highly porous. Silica gel particles are composed of an interconnecting network of microscopic pores (capillaries), and therefore have a very large surface area. The mechanisms of moisture adsorption by silica gel include surface adsorption and capillary condensation in the porous network. Silica gel works well at ambient temperature, but may have decreased adsorption rate and equilibrium moisture content at higher temperatures. The moisture in silica gel can be removed by drying at a temperature greater than 110°C. The current USP Chapter <671> recommends pre-drying silica gel desiccant at approximately 150°C to ensure the complete removal of adsorbed water.

Clay is a low cost and efficient desiccant at low temperature. The primary chemical composition of clay includes silica and aluminum oxide, magnesium oxide, calcium oxide, and ferric oxide. Moisture adsorption capacity may be different for different grades of clay desiccant. Therefore, their moisture adsorption isotherms must be verified during the desiccant selection process. Clay works well at ambient temperature, but at temperatures >50°C, it will likely lose moisture rather than absorb moisture. Similar to silica gel, clay can be dried at a temperature greater than 110°C.

A molecular sieve is a highly porous crystalline material with precise mono-dispersed pores into which certain sizes of molecules can fit, and thus, it can be used to separate one type of molecule from others. These pores are the channels in the crystalline structure of a material such as zeolite. The pore sizes of molecular sieves differ from silica gel, in that the pore size of a molecular sieve is small and precise, while that of silica gel is much larger with a broad distribution. Molecular sieves are available with different effective pore sizes, such as 3, 4, 5, and 10 Å. A molecular sieve with a 3 Å effective pore size can selectively adsorb water molecules, since the diameter of water molecule is approximately 3 Å, while a molecular sieve with 4 Å pore size can also adsorb nitrogen and oxygen, in addition to water. Molecular sieve desiccants have a very strong affinity and a high adsorptive capacity for water in an environment of low water concentration. At 25°C/10%RH, molecular sieves can adsorb water to approximately 14% of their own weight. This property makes it possible to create an extremely low humidity environment with a small amount of material. However, at any humidity greater than 50%RH at 25°C, the adsorption capacity of a molecular sieve is less than that of silica gel. For example, at 70%RH/25°C, a molecular sieve can absorb approximately 22% of moisture, while silica gel can absorb approximately 32% of moisture at the same condition. 16

Moisture sorption isotherms of different types of desiccants can be found in literature. 16 The equilibrium adsorptive capacities of silica gel and clay for moisture at different temperatures and humidities are shown in Fig. 23.3 . At humidities lower than 35%RH, moisture sorption capacities are similar for the two desiccants. At higher humidities, silica gel has a higher moisture capacity than clay. It is important to know that different grades of the same type of desiccant may have significantly different moisture sorption capacities. This holds true for clay and zeolite desiccants. Therefore, moisture sorption isotherms of desiccants must be verified for the selected desiccants. In addition, the moisture sorption capacity of desiccants is a function of temperature. This temperature dependency should be characterized during the selection process, particularly when the isotherm is intended for modeling packaging design for moisture protection at different temperatures.

Figure 23.3 . Moisture sorption isotherms of activated silica gel and bentonite clay.

The common process for using desiccants is to place a predetermined quantity of activated desiccant into containers with products and seal the containers. The quantity of desiccant to be used is important because an insufficient quantity will not provide the required protection, while excessive use of desiccant may lead to over-drying and an unnecessary increase in product cost. In many cases, overuse of desiccant is not a problem for product quality. However, over-drying of some hydrates may lead to the formation of unstable amorphous materials, and thus become detrimental to product quality. It is therefore important to understand the product characteristics, the degradation mechanism of the products, and the desired range of humidity for products before an appropriate quantity of desiccant can be determined. Once the desired range of humidity is determined, a suitable quantity of desiccant to use can be calculated based on the moisture sorption properties of both the desiccant and the drug product using a modeling method, as discussed later in this chapter.

The environmental conditions and packaging process for placing desiccants into product containers must be well-controlled in order to maintain the effectiveness of the desiccant because it may adsorb water vapor quickly when exposed to room air, thus reducing its protection capacity. For example, activated clay, silica gel, and molecular sieves can all absorb approximately 10% of water when exposed to 25°C/75%RH for 1 hour, 16 leading to a significant loss of protection effect for products. In fact, such an exposure can result in a complete loss of the protection effect of silica gel and clay if the desiccants are intended to maintain humidity lower than 20%RH. For container MVTR measurement, adsorption of water by exposure of desiccant to room air prior to filling into containers can lead to under-estimation of container MVTR because the internal humidity may exceed the requirement for a “sink” condition. Environmental humidity and exposure time for placing desiccant into containers must clearly be minimized, in order to prevent loss of desiccant effect. Similarly, when active packaging is used where desiccants or oxygen scavenger are pre-sealed in the containers, such as in the bottle caps, the manufacturing, shipping, and handling processes for the containers must also be well-controlled to prevent the loss of the effectiveness of the active packaging.

Care should also be taken when desiccants are used for gelatin capsules to prevent brittleness from loss of moisture. Gelatin capsule shells need approximately 12–16% water to maintain their physical strength, which corresponds with a relative humidity of approximately 40–65%RH at 25°C. Humidity lower than 30%RH will likely cause the capsules to become brittle. 17,18

Fillers such as cotton and rayon are also commonly copackaged with solid pharmaceutical dosage forms to restrain product movement during shipping. Cotton or rayon can sometimes cause instability problems for drug products. The reasons for this are that these fillers may contain residual oxidative agents that were used for their processing, and that fillers can unintentionally act as either a source of water or as a desiccant. The residual oxidative agents can cause degradation of some active pharmaceutical ingredients (APIs) or result in cross-linking of gelatin capsules or gelatin-coated tablets, if residual formaldehyde exists in the filler, leading to dissolution problems for the drug products. The moisture sorption capacity of cotton is another aspect to consider. The equilibrium moisture content of cotton is showed in Fig. 23.4 . It can absorb more than 6% of water at humidity higher than 60%RH at 25°C. If dry cotton is used, it can act as a type of desiccant, and absorb water from the copackaged products. If equilibrated at high humidity during storage prior to use, cotton can be a source of water for the copackaged dry products if the products are hygroscopic. Although the amount of cotton used for pharmaceutical products is small, the effects of cotton on moisture transfer may still be significant in some cases. Quantitative evaluation of the effect of cotton on product moisture content can be carried out using a modeling method, as discussed later in this chapter.


Metódy

Reagents and cell lines

All chemical reagents were purchased from Sigma-Aldrich Corporation (St. Louis, MO.) unless otherwise specified. The experimental, small-molecule, Bcl-2 BH-3 domain inhibitor A-779024 was provided by Abbott Laboratories (Abbott Park, IL). The pan-Caspase inhibitor ZVAD-FMK was purchased from MBL International (Woburn, MA). Monoclonal antibodies to Akt, phospho-Akt, Beclin 1, Mcl-1, and LC-3 were purchased from Cell Signaling (Beverly, MA). Bax and Bcl-2 antibodies were purchased from BD Pharmingen (San Diego, CA). Caspase 3 antibody was purchased from Biosource (Camarillo, CA) polyclonal antibodies to Bcl-xL and actin was purchased from Santa Cruz Biotechnology (Santa Cruz, CA).The MiaPaca-2 cell line was obtained from the American Type Culture Collection (Rockville, MD) and cultured in Dulbecco's modified Eagle's medium supplemented with 10% fetal bovine serum, sodium pyruvate, nonessential amino acids, L-glutamine, vitamins, penicillin, and streptomycin. Cells were maintained at 37ଌ in a humidified incubator containing 5% CO2.

Cell Cycle Analysis with Flow Cytometry

1 × 10 6 cells per treatment were plated in 100mm plates and allowed to recover overnight. Following treatments, cells were harvested with trypsin, washed in PBS, and resuspended in 150uL of FACSMAX solution (Genlantis, San Diego, CA) and incubated 10 minutes on ice to maximally disperse the cells. They were then fixed by adding ice cold 70% ethanol dropwise and kept at +4 degrees Celsius 1𠄷 days. Prior to analysis, cells were washed with PBS, then incubated with Ribonuclease A (200 mcg/ml) for 30 minutes at 37 degrees Celsius, and then stained with propridium iodide (10 mcg/ml). The cells were then analyzed using a Becton Dickenson FACscan (BD Biosciences, San Jose, CA) to determine the DNA fractions and the Sub-G0 (Apoptotic) cell population was quantified using Flowjo software (Treestar, inc., Ashland, OR).

Live Cell Fluorescence Microscopy for Autophagy

A MiaPaca-2 clonal population overexpressing eGFP-LC-3 was generated as previously described. These cells were seeded in Ibidi 8-chamber ultra-thin culture slides (Integrated BioDiagnostics Munich, Germany) and allowed to recover for 48 hours under standard culture conditions. Culture medium was then changed to include either A-779024 2 µM or Rapamycin 2µM and the cells were incubated for 1 or 6 hours before they were imaged using a IX-71 Delta Vision (Applied Precision Issaquah, Washington) inverted fluorescent microscope with a 60× 1.40 NA oil objective and FITC filter (excitation, 480 nm emission, 535 nm). During imaging the cells were kept at 37 degrees Celsius with an ASI 400 air stream incubator (Nevtek Williamsville, VA).

Imunocytochémia

MiaPaca-2 cells were cultured and treated with specified treatments in 4-well LAB-TEK ® chamber slides coated with poly-L lysine (Nalge Nunc International, Naperville, IL), then fixed first in 4% paraformaldehyde (1 min at room temperature) and then 100% ice-cold Methanol (10 minutes). Cells were washed in Phosphate buffered saline (PBS) and the cell membranes solubilized by incubation in PBS with 0.5% Triton X-100 for 20 min at room temperature. All incubations were done in a humidity chamber. Blocking of nonspecific binding was achieved by incubation in 0.1% Triton X-100 with 2% bovine serum albumin for 30 minutes at room temperature. Immunostaining consisted of incubation with monoclonal antibodies to BCL-2 (Pharmingen, 1:1000 dilution) and Beclin 1 (Cell Signaling, 1:500 dilution) overnight at 4 C. After 3 washes with 0.1% Triton X-100 in PBS slides were incubated with species-specific secondary antibodies (Alexa FluorR 488 anti-rabbit for Beclin 1, Alexa FluorR 647 anti-hamster for BCL-2 [Invitrogen, Carlsbad, CA]) for 1 hour at room temperature. The plastic chambers were then removed and coverslips mounted using Slowfade Gold ® mounting medium (Invitrogen, Carlsbad, CA) containing 4,6-diamidino-2-phenylindole dihydrochloride (DAPI) for nuclear staining. Slides were visualized with a IX-71 Delta Vision inverted fluorescent microscope equipped with a 60× 1.40 NA oil objective (Olympus, Melville, NY) using DAPI, FITC, and CY-5 filters. The signal intensities through each filter were matched at the time of imaging, and the images through each filter were individually optimized for brightness and background prior to generating the final composite images.

Western Blotting

Following treatments, cells were harvested with trypsin, pelleted by centrifugation, washed with PBS once, and then resuspended in lysis buffer (Cell Signaling #9803). Total lysate protein was quantified for equal gel loading using the BioRad protein assay (BioRad Labs, Hercules, CA) Lysates were mixed with a reducing loading buffer and heated to 100 degrees Celsius for 10 minutes, resolved by SDS-PAGE, and separated proteins were then electrophoretically transferred to 0.2-mm nitrocellulose membranes (Schleicher & Schuell Keene, NH). The blots were probed overnight with primary antibodies, and developed using species-specific secondary antibodies conjugated to horse-radish peroxidase. Immunoreactivity was detected by the enhanced chemiluminescence technique (Amersham Piscataway, NJ).

Immunoprecipitation

MiaPaca-2 cells were cultured under standard conditions to near-confluence, then harvested with Trypsin, pelleted by centrifugation, and washed with phosphate buffered saline. The cell pellet was lysed in an immunoprecipitation buffer (50 mM Tris [pH 7.5], 150 mM NaCl, 1% NP40) on ice for 5 min and clarified by centrifugation (10,000 g, 10 min). One mg of total protein used to immunoprecipitate Bcl-2, employing an immobilized monoclonal antibody to Bcl-2 (Santa Cruz Biotechnology, Santa Cruz, CA), which was incubated with the lysate for 45 min at 25ଌ and isolated using Protein A-agarose. Proteins were then immunoblotted as described above.


Guidance for School Administrators to Help Reduce the Spread of Seasonal Influenza in K-12 Schools

This document from the Centers for Disease Control and Prevention (CDC), an agency of the U.S. Department of Health and Human Services, provides guidance to help reduce the spread of seasonal influenza (flu) among students and staff in K-12 schools. Recommendations are based on CDC&rsquos current knowledge of flu in the United States. CDC will continue to monitor flu activity and update this guidance as needed.

For the purpose of this guidance, &ldquoschools&rdquo will refer to both public and private institutions providing grades K-12 education to children and adolescents in group settings.

Pozadie

Flu seasons are unpredictable in a number of ways. Although widespread flu activity occurs every year, the timing, severity, and duration of it depend on many factors, including which flu viruses are spreading, the number of people who are susceptible to the circulating flu viruses, and how similar vaccine viruses are to the flu viruses that are causing illness. The timing of flu can vary from season to season. In the United States, seasonal flu activity most commonly peaks between December and March, but flu viruses can cause illness from early October to late May. Flu viruses are thought to spread mainly from person to person through coughs and sneezes of infected people. Less often, a person also might get the flu by touching a surface or object that has flu virus on it and then touching their own mouth, eyes, or nose.

Many respiratory infections spread from person to person and cause symptoms similar to those of flu. Therefore, the nonpharmaceutical recommendations in this document might help reduce the spread of not only flu, but also respiratory syncytial virus (RSV), rhinovirus, enterovirus D68 and other viruses and bacteria that can cause illness.

Each day, about 55 million students and 7 million staff attend the more than 130,000 public and private schools in the United States. By implementing the recommendations in this document, schools can help protect one-fifth of the country&rsquos population from flu. Collaboration is essential. CDC, the U.S. Department of Education, state/local public health and education agencies, schools, staff, students, families, businesses, and communities should work together to reduce the spread of flu and other respiratory infections.

School-aged children are at high risk of flu complications

People of all ages get sick with flu. School-aged children are a group with a high rate of flu illness.

Vaccination to prevent influenza is particularly important for people who are at high risk of serious complications from influenza. See People at High Risk of Developing Flu-Related Complications for a full list of age and health factors that confer increased risk.

Odporúčania

Below are recommendations to help reduce the spread of flu in schools.

  • Encourage students, parents, and staff to get a yearly flu vaccine.
    • Teach students, parents, and staff that the single best way to protect against the flu is to get vaccinated each flu season. See Key Facts About Seasonal Flu Vaccine.
      • Seasonal flu vaccination is recommended for everyone 6 months of age and older unless they have a specific contraindication to flu vaccine. See Vaccination: Who Should Do It, Who Should Not, and Who Should Take Precautions. The seasonal flu vaccine protects against three or four influenza viruses that research indicates will be most common during the upcoming season. The vaccine viruses are reviewed each year and changed as needed based on international surveillance and scientists&rsquo estimations about which viruses will predominate during the upcoming season.
      • A number of different manufacturers produce trivalent (three component) influenza vaccines for the U.S. market. Some seasonal flu vaccines will be formulated to protect against four flu viruses (quadrivalent flu vaccines). See Key Facts About Seasonal Flu Vaccine and How Flu Vaccines Are Made for more information.
      • Flu vaccines have a very good safety record. Over the years, hundreds of millions of Americans have received seasonal flu vaccines. The most common side effects following flu vaccinations are mild, such as soreness, redness, tenderness, or swelling where the shot was given.
      • Flu vaccination efforts should begin by the end of October, if possible. However, as long as flu viruses are circulating, vaccination should continue to be offered throughout the flu season, even in January or later.
      • Encourage students, parents, and staff to take everyday preventive actions to stop the spread of germs.
        • Encourage students and staff to stay home when sick.
          • Teach students, parents, and staff the importance of staying home when sick until at least 24 hours after they no longer have a fever* or signs of a fever (chills, feeling very warm, flushed appearance, or sweating) without the use of fever-reducing medicine.
          • Review school policies, and consider revising those that make it difficult for students and staff to stay home when sick or when caring for others who are sick.
            • Implement flexible sick leave policies for students and staff.
            • Avoid the use of perfect attendance awards.
            • Cross-train staff so that others can cover for co-workers who need to stay home.
            • Teach students and staff to cover coughs and sneezes with a tissue or their bent arm. If they use a tissue, they should put the used tissue in a trash can and wash their hands.
            • Provide adequate supplies within easy reach, including tissues and no-touch trash cans.
            • Teach students and staff to wash hands often with soap and water for 20 seconds, dry hands with a paper towel, and use the paper towel to turn off the faucet. If soap and water are not available and hands are not visibly dirty, an alcohol-based hand sanitizer containing at least 60% alcohol may be used.
            • Include handwashing time in student schedules.
            • Provide adequate supplies, including clean and functional handwashing stations, soap, paper towels, and alcohol-based hand sanitizer.
            • Routinely clean surfaces and objects that are touched often, such as desks, countertops, doorknobs, computer keyboards, hands-on learning items, faucet handles, and phones. Empty trash cans as needed.
            • Use general cleaning products that you normally use. Always follow product label directions. Additional disinfection beyond routine cleaning is not recommended.
            • Provide adequate supplies, such as general EPA-registered cleaning products, gloves, disinfecting wipes, and no-touch trash cans.
            • Match your cleaning activities to the types of germs you want to remove or kill.
              • Flu viruses are relatively fragile, so standard practices, such as cleaning with soap and water, can help remove and kill them.
              • Studies have shown that the flu virus can live and potentially infect a person for only 2 to 8 hours after being deposited on a surface. Therefore, special sanitizing processes beyond routine cleaning, including closing schools to clean every surface in the building, are not necessary or recommended to slow the spread of flu, even during a flu outbreak.
              • Some schools may include other cleaning and disinfecting practices in their standard procedures to address germs that are not removed or killed by soap and water alone.
              • Teach students, parents, and staff the signs and symptoms of flu, emergency warning signs, and high risk groups. See lists at the beginning of this document.
                • Those who get flu-like symptoms at school should go home and stay home until at least 24 hours after they no longer have a fever or signs of a fever without the use of fever-reducing medicine. Those who have emergency warning signs should get immediate medical care. See The Flu: What To Do If You Get Sick.
                • Those who get flu-like symptoms and are at high risk of severe flu illness should ask a health care professional if they should be examined. See People at High Risk of Developing Flu&ndashRelated Complications.
                • Antiviral drugs are prescription drugs that can treat the flu. These drugs can reduce the number of days that a person is sick and also may prevent serious flu complications, but not everyone needs to be treated.
                • Antiviral drugs work best when started within the first 2 days of illness, but they also may help reduce the risk of severe illness even if started 2 or more days after onset of illness for persons who are very sick.
                • Although most people will recover from flu without treatment, antiviral drugs are recommended for people with flu who require treatment in the hospital have a progressive, severe, or complicated illness or are at high risk of severe flu because of an underlying medical condition or their age.
                • Follow your local flu situation through close communication with state and local health officials.
                • Update emergency plans so that they are in place before an outbreak occurs.

                Poznámka pod čiarou

                *Many authorities use either 100 (37.8 degrees Celcius) or 100.4 F (38.0 degrees Celsius) as a cut-off for fever, but this number actually can range depending on factors such as the method of measurement and the age of the person, so other values for fever could be appropriate. CDC has public health recommendations that are based on the presence (or absence) of fever. What is meant by this is that the person&rsquos temperature is not elevated beyond their norm.