Ders Tanıtım Formu Dersin Adı Öğretim Dili Biyoteknoloji Türkçe Dersin Verildiği Düzey Ön Lisans ( ) Lisans (x) Yüksek Lisans( ) Doktora( ) Eğitim Öğretim Sistemi Örgün Öğretim (x) Uzaktan Öğretim( ) Diğer ( ) Dersin Türü Dersin Alan Kodu Ders Kodu Zorunlu ( ) Seçmeli (x) GDS 410 Kuramsal Saat Uygulama Saat Toplam Saat Yarıyılı Ulusal Kredi AKTS Kredi 2 2 4 Bahar 3 5 Dersin Amacı Dersin temel amacı öğrencileri, 2000 li yılların bilimi olarak kabul edilen biyoteknoloji ve fermentasyon kavramları konusunda, geniş uygulama alanlarını da temel alarak bilgilendirmektir. Bu çerçevede öğrencilere biyoteknolojinin gıda başta olmak üzere geniş uygulama alanlarını, mikrobiyal beslenme ilkelerini, biyoteknolojik proseslerin temel aşamalarını, fermentasyon sistemlerini öğretmek temel amaçtır. Elde edilen ham ürünün alt akım işlem basamak seçenekleri hakkında bilgilendirmek ve gerektiğinde değişiklik yönetimini uygulayarak sonuca gitmeyi öğretmek. Atık madde işleme proseslerinden biyolojik arıtma (aerobik ve anaerobik) yöntemlerini tanıtmak. Ayrıca endüstriyel çapta bazı anaerobik (etil alkol üretimi, laktik asit üretimi) ve aerobik (ekmek mayası ve sitrik asit üretimi) biyoteknolojik proseslerin uygulamaları hakkında bilgi vermektir. Dersin Özet İçeriği Biyoteknoloji ve fermentasyon terimlerinin tanımları. Biyoteknolojinin temel uygulama alanları. Biyoteknolojik proseslerle kimyasal proseslerin karşılaştırılması. Mikrobiyal beslenme ilkeleri. Mikrobiyal metabolizma, temel metabolik yol izleri, aerobik ve anaerobik solunum, fermentasyon, oksidatif fosforilasyon. DNA nın yapısı, rekombinant DNA teknolojisi ve uygulamaları, polimeraz zincir reaksiyonu. Biyoteknolojik proseslerin temel aşamaları. Biyoteknolojik proseslerde kullanılan biyoreaktörler. Kesikli, sürekli ve yarı sürekli ve kesikli beslemeli fermantasyon sistemleri. Ürünün alt akım işlem basamakları. Atık madde işleme proseslerinden biyolojik arıtma (aerobik ve anaerobik) yöntemleri. Endüstriyel çapta bazı anaerobik (etil alkol üretimi, laktik asit üretimi) ve aerobik (ekmek mayası ve sitrik asit üretimi) biyoteknolojik proseslerin uygulamaları. Ön Koşul Dersler Önerilen Seçmeli Dersler Dersin Öğrenme Çıktıları Yok Yok 1 Biyoteknoloji ve fermentasyon terimlerinin tanımını öğrenme. 2 Biyoteknolojinin geniş uygulama alanları hakkında bilgi sahibi olma. 3 Biyoteknolojik bir prosesin kimyasal proses göre avantajlarını kavrayabilme. 4 Biyoteknolojik bir prosesin temel işlem basamaklarını öğrenme. 5 Mikroorganizmaların neden ürün ürettiği ve mikrobiyal metabolizma hakkında bilgi sahibi olma. 6 Temel metabolik yol izlerini öğrenme. 7 DNA nın yapısı ve rekombinant DNA teknolojisi hakkında temel bilgileri edinme.
8 Mikroorganizmaların üreme safhaları ve bu safhaların ürün üretimine etkileri hakkında bilgi sahibi olma. Fermentasyon sistemlerini öğrenme 9 Fermantasyon sonrası üründe uygulanan alt akım işlemleri hakkında bilgi sahibi olma. Atık madde işleme proseslerinden biyolojik arıtma hakkında bilgi sahibi olma. 10 Endüstriyel çapta bazı anaerobik (etil alkol üretimi, laktik asit üretimi) ve aerobik (ekmek mayası ve sitrik asit üretimi) biyoteknolojik proseslerin uygulamaları hakkında bilgi sahibi olmak. Dersin Koordinatörü Dersin Öğretim Elemanı Dersin Yardımcı Öğretim Elemanı Öğretim Yöntemleri (x) Sözel Anlatım ( ) Örnek Olay ( ) Bilgisayar Destekli ( ) Tartışma ( ) Drama (x) Laboratuar (x) Problem Çözme ( ) Buluş Yoluyla ( ). ( ) Deney ( ) Proje ( ). 1. Demain, A. L., Solomon, N.A. (eds.). 1986, Manual of Industrial Microbiology and Biotechnology, American Society for Microbiology, Washington D.C., 466 pp. 2. Göksungur, Y., 2009, Reaction and Fermentation Kinetics in Food Engineering, Sidas Medya Ltd. Şti., İzmir, 143 s. 3. Glazer, A. N., Nikaido, H., 1995, Microbial Biotechnology, W.H. Ders Kitabı / Önerilen Kaynaklar Freeman and Company, New York. 4. Pirt, S.J., 1985, Principles of Microbe and Cell Cultivation, Blackwell Scientific Publications, Oxford. 5. Doran, P.M., 1995, Bioprocess Engineering Principles, Elsevier Science and Technology Books, Sydney. Yardımcı Ders Kitabı 1. Bisswanger, H., 2002, Enzyme Kinetics, Principles and Methods, Wiley- VCH Verlag GmbH, Weinheim, 255 pp. 2. Stanbury, P.F., Whitaker, A., Hall, S.J., 1995, Principles of Fermentation Technology, Elsevier Science Ltd, Oxford, 357 pp. 3. Geankoplis, C.J., 2003, Transport Processes and Separation Process Principles, Pearson Education Ins., New Jersey. 4. Verrall, M., 1996, Downstream Processing of Natural Products, Wiley. 5. Telefoncu, A., 1995, Biyoteknoloji, Ege Üniversitesi Fen Fakültesi Yayınları, No. 152. 6. Hutkins, R.W., 2006, Microbiology and Technology of Fermented Foods, Blackwel Publishing, Iowa. Başarı Notunu Değerlendirme Sistemi ( ) Doğrudan Dönüşüm Sistemi (x) Bağıl Değerlendirme Yarıyıl içi çalışmaları Sayısı Katkı Payı % Derse Devam Ölçme ve Değerlendirme Laboratuar Sınavı 1 30
Uygulama Kısa Sınavlar 5 20 Derse Özgü Staj (Varsa) Ödevler Proje Sunum Ara Sınav 1 50 Seminer Toplam 100 Yarıyıl sonu çalışmaları Sayısı Katkı Payı % Yarıyıl Sonu Sınavı 1 100 Toplam 100 Yarıyıl İçi Çalışmalarının Başarı Notuna Katkısı Yarıyıl Sonu Sınavının Başarı Notuna Katkısı 40 60 TOPLAM 100
Haftalara Göre Ders Konuları Hafta Teorik Dersler Laboratuar Fermentasyon ve biyoteknolojinin tanımı. Biyoteknolojinin Laboratuarların tanıtımı 1 tarihçesi. Biyoteknolojinin temel uygulama alanları. Biyoteknolojik ve kimyasal prosesler arasındaki temel farklılıklar. Biyoteknolojik üretim yapan bir tesisteki temel üniteler. Mikrobiyal metabolizma ve metabolizmadaki temel yol izleri. Şaraphanenin ve genel olarak 2 Glikoliz, Krebs çevrimi, oksidatif fosforilasyon, aerobik solunum, şarap üretiminde kullanılan anaerobik solunum, fermentasyon, laktik asit fermentasyonu, etil ekipmanların tanıtımı. alkol fermentasyonu. 3 DNA nın yapısı, rekombinant DNA teknolojisi ve uygulamaları, Turşu üretimi polimeraz zincir reaksiyonu. Mikroorganizmaların üreme safhaları. Mikroorganizmaların Turşuda yapılan analizler 4 fermentasyon ortamında en iyi şekilde çoğalıp ürün oluşturabilmeleri için gereken ön şartlar. Mikrobiyal beslenme ilkeleri. 5 6 7 8 9 Biyoteknolojik proseslerin temel basamakları, alt akım ve üst akım işlemleri. Endüstriyel fermentasyon ortamı formülasyonu ve hazırlanması. Sentetik ortam ve kompleks ortam. Fermentasyon sanayinde kullanılan bazı azot ve karbon kaynakları. Endüstriyel mikroorganizmalarda olması gereken özellikler, kültür koleksiyonları, mikroorganizmanın aseptik koşullarda aşılanması ve fermentasyonun başlatılması. Aerobik proseslerde havalandırma problemi, oksijen transfer katsayısı, havalandırma veriminin biyoteknolojik proseslere etkisi. Biyoreaktörler ve biyoreaktör tipleri. Biyoreaktör tasarımı. Fermentasyon sistemleri, kesikli sistem, yarı sürekli sistem, sürekli sistem, kesikli beslemeli sistem. Bira üretimi ve üretimde kullanılan temel ekipmanlar. Fermentasyon ortamı olarak melas kullanımı ve melasa uygulanan ön işlemler Aspergillus niger kullanılarak sitrik asit üretimi Fermentasyon örneklerinde asitlik, ph tayinleri ve asitlik artışının yorumlanması Şarapta durultma denemesi Maltta şekerlenme süresi tayini 10 11 12 Biyoproseslerde alt akım işlemlerine giriş (biyolojik ürünlerin özellikleri). Ön işlemler a) ısıtma/soğutma b) sedimentasyon c) köpük oluşumu (köpük ayırımı, köpük flotasyonu), flokulasyon ve koagülasyon, presipitasyon. Hücre parçalama yöntemleri: a) mekanik parçalama - katı halde kırma kuvvetleri, çözeltide kırma kuvvetleri b) mekanik olmayan parçalama - fiziksel yöntemler (osmotik şok, dondurma ve çözme, basınç düşürme) - kimyasal yöntemler -enzimatik yöntemler - kurutma (liofilizasyon, çözgen ile kurutma, havada kurutma). Katı sıvı ayırma işlemleri: a) filtrasyon b) mikrofiltrasyon c) santrifügasyon d) santrifügal filtrasyon. Konsantrasyon işlemleri: ekstraksiyon, membranlı ayırma yöntemleri (ultrafiltrasyon, ters osmoz, elektrodiyaliz). Saflaştırma işlemleri: a) kromatografi (adsorpsiyon kromatografisi, iyon değişim kromatografisi, jel filtrasyonu, affinite kromatografisi, hidrofobik kromatografi, dağılım kromatografisi b) elekroforez. Üründe son işlemler: kurutma, formülasyon. Atık madde işleme proseslerine giriş : Tanımlar (BOD, COD). Yöntemler: a) fiziksel yöntemler b) kimyasal yöntemler c) biyolojik yöntemler. Karışık kültür kullanımı. Aerobik fermantasyon Birada piknometre ile yoğunluk, alkol ve gerçek ekstrakt tayini Şarapta genel ve serbest SO 2 tayini ve ebülyometrik alkol tayini Şarapta uçar asit tayini
13 14 uygulamaları ve kullanılan farklı biyoreaktör tipleri. Anaerobik fermantasyon uygulamaları. Su arıtma sistemleri. Yan ürünlerin değerlendirilmesi tek hücre proteini, etil alkol, organik asitler, fenolik asitler, aromatik bileşiklerin eldesi. Endüstriyel çapta bazı anaerobik biyoteknolojik proseslerin uygulamaları. Etil alkol üretimi: substrat seçimi, mikroorganizma seçenekleri, fermantasyon şekilleri, kullanılan biyoreaktör tipleri, alt akım işlemleri, yan ürünler, problemler ve çözüm yöntemleri. Laktik asit üretimi: substrat seçimi, laktik asit bakterilerinin özellikleri, metabolitik yollar- homofermetatif ve heterofermentatif izyolları, kütle transferi, kullanılan biyoreaktör tipleri, üretim problemleri ve çözüm yöntemleri. Endüstriyel çapta bazı aerobik biyoteknolojik prosesler. Aerobik bioproseslerden ekmek mayası üretimi: ortam seçenekleri (melas), S. cerevisiae in özellikleri, fermantasyon şekli, kullanılan biyoreaktör tipleri ve özellikleri, alt akım işlemleri (kurutma), problemler ve çözüm yöntemleri. Sitrik asit üretimi: ortam seçimi ve ön işlemler, A. niger in özellikleri, fermantasyon şekli, kullanılan biyoreaktör tipleri, saflaştırma, yan ürünler, problemler ve çözüm yöntemleri. Sirkede asetil metil karbinol tayini Genel değerlendirme DERSİN ÖĞRENME ÇIKTILARININ PROGRAM YETERLİLİKLERİ İLE İLİŞKİLENDİRİLMESİ Dersin Öğrenme Çıktıları * Program Yeterlilikleri 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 PY 01 4 5 PY 02 3 4 3 4 PY 03 PY 04 PY 05 PY 06 4 5 4 3 PY 07 PY 08 PY 09 PY 10 4 PY 11 4 PY 12 PY 13 PY 14 5 3 3 PY 15 3 4 5 * 1: Çok düşük 2: Düşük 3: Orta 4: Yüksek 5: Çok yüksek
AKTS (Öğrenci İş Yükü) Hesabı (Ortalama Saat) Etkinlikler Sayısı Ön Hazırlık Etkinlik Süresi Toplam İş Yükü Kuramsal Ders 14 2 28 Uygulamalı Ders Ödevler 5 4 2 22 Sunum / Seminer Hazırlama Sınıf Dışı Ders Çalışma Süresi (Ön Çalışma, Pekiştirme, vb) Dönem Ödevi / Proje Uygulama (Lab., Atölye, Arazi, PDÖ) 14 2 28 Laboratuar Sınavı 1 15 2 17 Kısa Sınavlar 5 1 5 Ara Sınav 1 25 2 27 Yarıyıl Sonu Sınavı 1 25 2 27 Toplam İş Yükü (Saat) 154 Yuvarla [Toplam İş Yükü (Saat) / 30] = Dersin AKTS Kredisi 5