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LBT - Lebensmittel und Biotechnologie • Thema anzeigen - [Rechnung] Refolding Mai 2015
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 Betreff des Beitrags: [Rechnung] Refolding Mai 2015
 Beitrag Verfasst: 14.06.2015, 22:58 
Versuchskaninchen
Versuchskaninchen
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Registriert: 13.09.2009, 12:45
Beiträge: 84
Hallo, kann mir jemand bei dieser Aufgabe weiter helfen?

Aufgabe:
Your task is to design a refolding reactor for a protein, which is difficult to refold. The annual production size is 400 kg. The refolding constant is 0,005 min^-1 and the aggregation constant is 0,2 ml/(mg*min). (8points)
a) Define the number of batch and design the size of the reactor. This is an iterative approach. Assume appropriate refolding concentrations.
b) Calculate the buffer consumption for your designed system.
c) Calculate the amount protein which must be produced assuming that primary recovery has theoretical yield.
e) Discuss alternative strategies to reduce buffer consumption.


die Formel aus den Folien:
Y=k1/(C*K2 )*ln(1+(C*K2)/k1 *(1-e^(-k1*t) ))

nur: es steht (groß) K2=k2*N
und laut Kiefhaber et al., 1991 ist das die "aggregation number" muss man die annehmen?

Wie beginnt man das iterativ zu lösen? Y annehmen und C0 berechnen?


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 Betreff des Beitrags: Re: [Rechnung] Refolding Mai 2015
 Beitrag Verfasst: 16.06.2015, 17:08 
Mikroskopierer/in
Mikroskopierer/in
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Registriert: 18.08.2010, 20:36
Beiträge: 236
Hey!

Im Anhang mal mein Lösungsvorschlag. Ich bin Stunden an diesem Beispiel gesessen und daran verzweifelt, dass unser lieber Herr Professor uns Beispiele zu lösen gibt, für welche man Formeln anwenden muss, wo die Hälfte der Variablen nirgendwo erklärt stehen. Natürlich wird das Thema Protein Refolding im empfohlenen Lehrbuch der Frau Doran erst gar nicht wirklich behandelt. Den Hinweis mit der Aggregation number findet man in einem Paper vom Prof, was einem während der Prüfung natürlich nichts nützt. Dazu kommt, dass im Paper selbst weder Einheiten noch Größenordnungen zu finden sind, so dass es wirklich auf ein Ratespiel hinausläuft. Die vom Prof zitierte Quelle hingegen können wir nicht öffnen, da die Verträge der BOKU-Bibliothek mit Nature offensichtlich nicht weit genug reichen, um Studenten und Forschern des größten Fachbereichs der Uni Zugang zu diesem Paper in Nature Biotechnology zu ermöglichen. Oder Nature beschränkt den Zugang zu gewissen Papers absichtlich. Dementsprechend habe ich für meine Lösung N und t geraten, auch wenn ich bezweifle, dass man N wirklich frei wählen darf. Bei self-assembly Geschichten verwendet man N gerne für die Menge an einzelnen Partikeln in einem Aggregat, so dass N größer als 0 und auch eine ganze Zahl ist. Vom Gedanken her hätte ich gemeint, dass das auch hier bei Proteinaggregaten Sinn machen würde, aber sinnvolle Ergebnisse bekomme ich nur bei N-Werten kleiner als 1. Schade, dass man in den VO-Unterlagen natürlich keinerlei Referenzwerte oder IRGENDETWAS nützliches findet. Dafür viele unerklärte Formeln und Bildchen.

Meine Überlegungen:
Yield 10-60% für BDSR -> Steht so in den Folien
Concentration 20-200 µg/ml -> Steht glaub ich auf der gleichen Folie

Über den gewählten Yield und die Ausgangskonzentration kann man sich das theoretische C_N berechnen. Die lange Formel für den Yield kann man auf C_N umformen. Jetzt muss man "nur" noch die richtige Kombi aus N und t finden, bis das berechnete C_N mit dem theoretischen Wert übereinstimmt. Ich habe das für zwei Yields gerechnet, weil beim ersten Versuch mit 66 m³ ein astronomischer Pufferverbrauch pro Batch anfällt. Beim zweiten Yield ist das schon besser, dafür muss man aber sehr viel mehr Protein herstellen, da 70% nicht richtig gefaltet werden. Letztendlich kommt bei mir aber raus, dass man für einen Yield von 30% "nur" 1333.33 kg/Jahr herstellen muss, was ja eigentlich gar nicht so wild ist. Der Pufferverbrauch von 20 m³ ist zwar nachwievor nicht so wenig, aber im Vergleich zu den ursprünglichen 66 m³ erheblich besser.

tl;dr
Die Prüfung ist eine Frechheit. Kann gut sein, dass meine Lösung nicht stimmt, da ich einfach teilweise raten musste. Über Hinweise und andere Lösungsvorschläge zum Vergleichen würde ich mich freuen. Sharing is caring. ;)


Dateianhänge:
refolding.jpg
refolding.jpg [ 1.21 MiB | 440-mal betrachtet ]

_________________



 

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 Betreff des Beitrags: Re: [Rechnung] Refolding Mai 2015
 Beitrag Verfasst: 17.06.2015, 09:30 
Versuchskaninchen
Versuchskaninchen

Registriert: 17.11.2010, 21:11
Beiträge: 2
Hey :)

Also ich find das was du rechnest klingt ziemlich gut.
Ich habs so gerechnet wie im Anhang
und ich bin mir nicht sicher ob die 400 jetzt g oder kg sind.
weiß auch nicht ob das so passt bei mir weil meine beiden Volumina ziemlich gleich sind...
bei der letzten frage: how much protein would you produce with a theoretical refolding yield versteh ich nicht ganz weil ja die angabe schon ist dass wir 400g protein als N gewinnen...
Hoffe jemand kann mir da weiterhelfen
LG


Dateianhänge:
Scan2home_2015-06-17_11-24-58-704.pdf [1.51 MiB]
437-mal heruntergeladen
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 Betreff des Beitrags: Re: [Rechnung] Refolding Mai 2015
 Beitrag Verfasst: 17.06.2015, 11:52 
Versuchskaninchen
Versuchskaninchen
LBT User Foto

Registriert: 13.09.2009, 12:45
Beiträge: 84
es sind 400kg, dh 400/50 = 8kg per week

mein weg: Werte annehmen, dann mit Yield-Formel Y ausrechen (Cd wählen)

8/yield (20%)= 40kg (oder 2000kg/year)

bei c=0,2*10^-3 kg/L haben wir 40kg/(0,2*10^-3 kg/L) =2*10^5 L =200m³
das ist recht viel für einen batch (tank), also würde ich 4x50m³ refolden (also 0,55 batches/day)

Buffer consumption? es steht in den folien z.b. Urea: 2M
d.h. Volumen(gesamt)= (2000kg protein)/(0,2*10^-3 kg/L)=10^4m³ Lösung -> 2mol/L =2*10^7 mol/year -> *M(Urea) = 1200 tonnen/year an Urea
M(Urea)=60g/mol

k.A ist alles ein bisschen schwammig^^


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 Betreff des Beitrags: Re: [Rechnung] Refolding Mai 2015
 Beitrag Verfasst: 01.11.2015, 18:08 
Zellenzähler/in
Zellenzähler/in
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Registriert: 06.11.2006, 18:09
Beiträge: 309
Wohnort: Wien
Hallo!

Habe mit einer Freundin drüber gerätselt, die bei der Prüfung volle Punkte dafür bekommen hat und es dann selbst gerechnet.

Bezüglich K2 und k2 kann ich vielleicht Licht ins Dunkel bringen: Laut seinen Folien benötigt man zur Berechnung von K2 die aggregation number N. Wenn man in einem anderen Buch nachliest (Protein Chromatography: Process Development and Scale-Up) findet man im DSP-Kapitel nur ein k für die Aggregation und das entspricht unserem kleinen k2...also k2 = K2.
Meine Idee dazu: Die Aggregation number könnte doch der Prozentsatz des aggegierten Proteins sein...der ist vor dem Unfolding 100 (weil das Protein in großer Menge und daher alles davon aggergiert vorliegt), also N = 1...daraus würde folgen K2 = k2. Was meint ihr dazu?
Die Freundin die N ignoriert und es so gerechnet hat (mir aber nicht erklären konnte warum...), hat volle Punkte bekommen.

Bezüglich des Weiteren Weges: Als Konzentration würde ich wie in seinen Folien angegeben irgendwas zwischen 20 und 200 µg/ml (also z.B. 200) annehmen. Als Reaktor- bzw Batchvolumen z.B. 10 m^3; dann noch 3 Folding-Zeiten, z.b. 30, 60 und 120 min.
Mit diesen Werten kommt man dann auf 3 verschiedene Yields zwischen ~9 und ~19 %; würde zumindest fast dem entsprechen, was in seinen Folien steht.

Mit diesen Annahmen komme ich allerdings auf abartig hohe Pufferverbräuche im Bereich um 10000 (!) m^3 (!!)....
Vorschläge zur Reduktion:
* Längere Folding-Zeiten zulassen
* Evtl. andere Methoden verwenden - Matrix-assisted folding o.ä.

Könnt ihr damit irgendwas anfangen? Kann auch sein, dass sich wo ein Rechnenfehler eingeschlichen hat...aber vom Weg her sollte es passen. Die Puffergrößenordnung kommt mir halt arg vor O_o

_________________

ざわ ざわ!



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