WWW.KNIGI.KONFLIB.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 
<< HOME
Научная библиотека
CONTACTS

Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |   ...   | 49 |

«Т. Г. Волова БИОТЕХНОЛОГИЯ Ответственный редактор академик И. И. Гительзон Рекомендовано Министерством общего и профессионального образования Российской Федерации в ...»

-- [ Страница 4 ] --

Стадия ферментации является основной стадией в биотехнологическом процессе, так как в ее ходе происходит взаимодействие продуцента с субстратом и образование целевых продуктов (биомасс, эндо- и экзопродуктов). Эта стадия осуществляется в биохимическом реакторе (ферментере) и может быть организована в зависимости от особенностей используемого продуцента и требований к типу и качеству конечного продукта различными способами. Ферментация может проходить в строго асептических условиях и без соблюдения правил стерильности (так называемая «незащищенная» ферментация); на жидких и на твердых средах; анаэробно и аэробно. Аэробная ферментация, в свою очередь, может протекать поверхностно или глубинно (во всей толще питательной среды).

Культивирование биологических объектов может осуществляться в периодическом и проточном режимах, полунепрерывно с подпиткой субстратом. При периодическом способе культивирования ферментер заполняется исходной питательной средой и инокулятом микроорганизмов (Х0 + S0 на рис. 1.2). В течение определенного периода времени в аппарате происходит взаимодействие микроорганизмов и субстрат сопровождающееся образованием в культуре продукта (Х + S P).

Биохимические превращения в этом аппарате продолжаются от десятков часов до нескольких суток. Регуляция условий внутри ферментера – важнейшая задача периодического культивирования микроорганизмов. В ходе периодической ферментации выращиваемая культура проходит ряд последовательных стадий: лаг-фазу, экспоненциальную, замедления роста, стационарную и отмирания. При этом происходят существенные изменения физиологического состояния биообъекта, а также ряда параметров среды. Целевые продукты образуются в экспоненциальной (первичные метаболиты – ферменты, аминокислоты, витамины) и стационарной (вторичные метаболиты – антибиотики) фазах, поэтому в зависимости от целей биотехнологического процесса в современных промышленных процессах применяют принцип дифференцированных режимов культивирования. В результате этого создаются условия для максимальной продукции того или иного целевого продукта. Периодически ферментер опорожняют, производят выделение и очистку продукта, и начинается новый цикл.

Непрерывный процесс культивирования микроорганизмов обладает существенными преимуществами перед периодическим. Непрерывная Рис. 1.2. Схема биореактора периодического действия.

Рис. 1.3. Схема тубулярного биореактора полного вытеснения.

ферментация осуществляется в условиях установившегося режима, когда микробная популяция и ее продукты наиболее однородны. Применение непрерывных процессов ферментации создает условия для эффективного регулирования и управления процессами биосинтеза. Системы непрерывной ферментации могут быть организованы по принципу полного вытеснения или полного смешения. Первый пример – так называемая тубулярная культура (рис. 1.3).

Процесс ферментации осуществляется в длинной трубе, в которую с одного конца непрерывно поступают питательные компоненты и инокулят, а с другой с той же скоростью вытекает культуральная жидкость.

Данная система проточной ферментации является гетерогенной.

При непрерывной ферментации в ферментах полного смешения (гомогенно-проточный способ) во всей массе ферментационного аппарата создаются одинаковые условия. Применение таких систем ферментации позволяет эффективно управлять отдельными стадиями, а также всем биотехнологическим процессом и стабилизировать продуцент в практически любом, требуемом экспериментатору или биотехнологу состоянии. Управление подобными установками осуществляется двумя способами (рис. 1.4).

Рис. 1.4. Схемы биореакторов для проточного культивирования микроорганизмов.

А – хемостат; Б – турбидостат с автоматической регуляцией оптической плотности.

1 – поступление среды, 2 – мешалка, 3 – сток культуры, 4 – насос, 5 – фотоэлемент, 6 – источник света.

Турбидостатный способ базируется на измерении мутности выходящего потока. Измерение мутности микробной суспензии, вызванное ростом клеток, является мерой скорости роста, с которой микроорганизмы выходят из биореактора. Это позволяет регулировать скорость поступления в ферментер свежей питательной среды. Второй метод контроля, – хемостатный, проще. Управление процессом в хемостате осуществляется измерением не выходящего, а входящего потока. При этом концентрацию одного из компонентов питательной среды (углерод, кислород, азот), поступающего в ферментер, устанавливают на таком уровне, при котором другие питательные компоненты находятся в избытке, то есть лимитирующая концентрация задающегося биогенного элемента ограничивает скорость размножения клеток в культуре.

Обеспечение процесса ферментации, с точки зрения инженерной реализации, сводится к дозированному поступлению в ферментер потоков (инокулята, воздуха (или газовых смесей), питательных биогенов, пеногасителей) и отвода из него тепла, отработанного воздуха, культуральной жидкости, а также измерению и стабилизации основных параметров процесса на уровне, требуемом для оптимального развития продуцента и образования целевого продукта. В ходе ферментации образуются сложные смеси, содержащие клетки, внеклеточные метаболиты, остаточные концентрации исходного субстрата. При этом целевые продукты, как правило, находятся в этой смеси в небольших концентрациях, а многие из них легко разрушаются. Все это накладывает существенные ограничения на методы выделения и сушки биологических препаратов.

Постферментационная стадия обеспечивает получение готовой товарной продукции и также, что не менее важно, обезвреживание отходов и побочных продуктов. В зависимости от локализации конечного продукта (клетка или культуральная жидкость) и его природы на постферментационной стадии применяют различную аппаратуру и методы выделения и очистки. Наиболее трудоемко выделение продукта, накапливающегося в клетках. Первым этапом постферментационной стадии является фракционирование культуральной жидкости и отделение взвешенной фазы – биомассы. Наиболее распространенный для этих целей метод – сепарация, осуществляемая в специальных аппаратах – сепараторах, которые работают по различным схемам в зависимости от свойств обрабатываемой культуральной жидкости. Основные проблемы, возникают при необходимости выделения мелковзвешенных частиц с размером 0.5–1.0 мкм и менее (бактериальные клетки) и необходимостью переработки больших объемов жидкости (производство кормового белка, ряда аминокислот). Для повышения эффективности процесса сепарации применяют предварительную специальную обработку культуры – изменение рН, нагревание, добавление химических агентов. Для увеличения сроков годности биотехнологических продуктов производят их обезвоживание и стабилизацию. В зависимости от свойств продукта применяют различные методы высушивания. Сушка термостабильных препаратов осуществляется на подносах, ленточном конвейере, а также в кипящем слое. Особо чувствительные к нагреванию препараты высушивают в вакуум-сушильных шкафах при пониженном давлении и температуре и в распылительных сушилках. К стабилизации свойств биотехнологических продуктов ведет добавление в качестве наполнителей различных веществ. Для стабилизации кормового белка применяют пшеничные отруби, кукурузную муку, обладающие дополнительной питательной ценностью. Для стабилизации ферментных препаратов используют глицерин и углеводы, которые препятствуют денатурации ферментов, а также неорганические ионы кобальта, магния, натрия, антибиотики и др.



1.4. ЭЛЕМЕНТЫ, СЛАГАЮЩИЕ

БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ

Основными элементами, слагающими биотехнологические процессы, являются: биологический агент, субстрат, аппаратура и продукт.

Биологический агент является активным началом в биотехнологических процессах и одним из наиболее важных ее элементов. Номенклатура биологических агентов бурно расширяется, но до настоящего времени важнейшее место занимает традиционный объект – микробная клетка (табл. 1.1, 1.2).

Микробные клетки с различными химико-технологическими свойствами могут быть выделены из природных источников и далее с помощью традиционных (селекция, отбор) и новейших методов (клеточная и генетическая инженерия) существенно модифицированы и улучшены. При выборе биологического агента и постановке его на производство прежде всего следует соблюдать принцип технологичности штаммов. Это значит, что микробная клетка, популяция или сообщество особей должны сохранять свои основные физиолого-биохимические свойства в процессе длительного ведения ферментации. Промышленные продуценты также должны обладать устойчивостью к мутационным воздействиям, фагам, заражению посторонней микрофлорой (контаминации); характеризоваться безвредностью для людей и окружающей среды, не иметь при выращивании побочных токсичных продуктов обмена и отходов, иметь высокие выходы продукта и приемлемые технико-экономические показатели.

В настоящее время многие промышленные микробные технологии базируются на использовании гетеротрофных организмов, а в будущем решающее место среди продуцентов займут автотрофные микроорганизмы, не нуждающиеся для роста в дефицитных органических средах, а также экстремофилы – организмы, развивающиеся в экстремальных условиях среды (термофильные, алкало- и ацидофильные).

Микрооорганизмы, используемые в промышленности Saccharomyces cerevisiae Дрожжи Пекарские дрожжи, вино, эль, саке Propionibacterium shermanii Бактерии Швейцарский сыр Chehalosporium acremonium Плесень Цефалоспирины E. coli (рекомбинантные штаммы) Бактерии Инсулин, гормон роста, интерферон В последние годы расширяется применение смешанных микробных культур и их природных ассоциаций. По сравнению с монокультурами, микробные ассоциации способны ассимилировать сложные, неоднородные по составу субстраты, минерализуют сложные органические соединения, имея повышенную способность к биотрансформации, имеют повышенную устойчивость к воздействию неблагоприятных факторов среды и токсических веществ, а также повышенную продуктивность и возможность обмена генетической информацией между отдельными видами соТаблица 1. Важнейшие группы субстратов, биологических агентов и образуемых в биотехнологических процессах продуктов (по Виестур и др., 1987).

Меласса, сок сахарного тро- Микроорганизмы, расти- Биоудобрения и биоинсектистника, гидролизаты расти- тельные и животные клетки, циды, микробные биомассы, тельных полимеров. в том числе потической ин- диагностикумы, вакцины.

органические кислоты. Компоненты клеток: Чистые продукты, Парафины нефти. мембраны, протопласты, медикаменты, диагностикумы.

предшественники Внеклеточные продукты: биотрансформации биотрансформации. ферменты, коферменты. Органические кислоты.

Природный газ, Иммобилизованные клетки Полисахариды.

Отходы с/х и лесной промышленности.

Отходы промышленности, в том числе переработки фруктов и овощей.

Бытовые отходы, общества. Основные области применения смешанных культур – охрана окружающей среды, биодеградация и усвоение сложных субстратов.

Особая группа биологических агентов в биотехнологии – ферменты, так называемые катализаторы биологического происхождения. Ферменты находят все большее применение в различных биотехнологических процессах и отраслях хозяйствования, но до 60-х годов это направление сдерживалось трудностями их получения, неустойчивостью, высокой стоимостью. Как отдельную отрасль в создании и использовании новых биологических агентов следует выделить иммобилизованные ферменты, которые представляют собой гармонично функционирующую систему, действие которой определяется правильным выбором фермента, носителя и способа иммобилизации. Преимущество мобилизованных ферментов в сравнении с растворимыми заключается в следующем: стабильность и повышенная активность, удержание в объеме реактора, возможность полного и быстрого отделения целевых продуктов и организации непрерывных процессов ферментации с многократным использованием биологического агента.



Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |   ...   | 49 |
 



Похожие работы:

«МаТерИалы XVII всероссИйской научно-пракТИческой конференцИИ БИТ Г. П. Аверьянов, В. А. Будкин, В. В. Дмитриева ОБЕСПЕЧЕНИЕ ИНФОРМАЦИОННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ СЕТЕВОГО УЧЕБНО-НАУЧНОГО ЦЕНТРА ПО ЭЛЕКТРОФИЗИКЕ Рассматриваемая работа, которая проводится лабораторией информационных систем ускорителей заряженных частиц кафедры Электрофизические установки (ЭФУ), направлена на создание на кафедре центра информационной поддержки основных учебных циклов занятий, проводимых преподавателями кафедры, а также на...»

«Знакомьтесь: атомная станция Эффективность, безопасность, надежность 2008 г. 2 Ростовский информационно-аналитический центр Волгодонской АЭС Авторский коллектив Кандидат физико-математических наук А.С. Боровик Доктор физико-математических наук В.С. Малышевский С.Н. Янчевский Научный консультант Кандидат физико-математических наук Ю.П. Кормушкин Книга рассказывает о сегодняшнем положении дел на Волгодонской/Ростовской атомной электростанции, знакомит читателей с ее устройством. Рассмотрены...»

«СОГЛАСОВАНО УТВЕРЖДАЮ Мэр города Ярославля Главный инженер ОАО ВНИПИэнергопром _Е.Р. Урлашов _ Л.А. Тутыхин _2012 г. _2012 г. Разработка схемы теплоснабжения на территории городского округа города Ярославля Книга 1. Существующее положение в сфере теплоснабжения г. Ярославля Том 1 Москва 2012 г. ОАО Объединение ВНИПИэнергопром Список исполнителей Главный инженер Л.А. Тутыхин А.Г. Иванов Начальник управления энергетических программ №5 Главный специалист А.А. Кудрявцев Главный специалист В.Л....»

«О. И. Проневич, С. В. Пискунов МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА И ТЕРМОДИНАМИКА ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ по курсу Физика для студентов технических специальностей дневной и заочной форм обучения Электронный аналог печатного издания УДК 532+533+536+538(075.8) ББК 22.3+22.317я73 П81 Рекомендовано к изданию научно-методическим советом энергетического факультета ГГТУ им. П. О. Сухого (протокол № 4 от 28.12.2010 г.) Рецензент: зав. каф. Физика БелГУТ канд. техн. наук, доц. В. А. Зыкунов Проневич, О. И. П81...»

«УДК 550.83:556.1(576.1:528) Г.И.Аносов1, А.В. Колосков2, Г.Б. Флеров2 1 – Институт вулканологии ДВО РАН 2 – Институт вулканической геологии и геохимии ДВО РАН ОСОБЕННОСТИ ПРОЯВЛЕНИЯ УЛЬТРАМАФИТОВ КАМЧАТСКОГО РЕГИОНА С ПОЗИЦИЙ ВИХРЕВОЙ ГЕОДИНАМИКИ. всем известно, что литература доставляет слишком много примеров рассуждений, которые кажутся убедительными для специалистов, их предлагающих, но которые обнаруживают свою несостоятельность или заблуждение автора, когда подвергаются испытаниям с точки...»

«4. 6-20 1. 5 Ensto Finland Oy Ensio Miettisen katu 2, 105062, 196084, - 690002, P.O. Box 77.,. 20,.1., 19.,. 3,. 310 FIN-06101 Porvoo, Finland.: +7 (495) 258 52 70.: +7 (812) 336 99 17.: +7 (423) 276 55 31 utility.networks@ensto.com : +7 (495) 258 52 69 : +7 (812) 336 99 62.: +7 (423) 240 29 61 www.ensto.com www.ensto.ru www.ensto.ru www.ensto.ru стр. РОСЭП - 3 Филиал ОАО НТЦ электроэнергетики РОСЭП ПОСОБИЕ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ НАПРЯЖЕНИЕМ 0,38–20...»

«V Международный Промышленный Форум 26–28 июня • Санкт-Петербург • Россия Организатор Уважаемые участники и гости! Рад приветствовать вас на V международном Форуме АТОМЭКСПО 2013. Приятно отметить, что за  прошедшие пять лет он стал одной из  центральных международных площадок для обмена мнениями между ведущими международными экспертами атомной промышленности. В этом году наш Форум проходит в особых условиях: он является частью важнейшего для мировой атомной энергетики события  — Международной...»

«Итоговый отчет II: Методики и инструменты составления кадастров выбросов СO2 в городах Авторы: Paolo Bertoldi, Damin Borns Cayuela, Suvi Monni, Ronald Piers de Raveschoot -1СОДЕРЖАНИЕ ВСТУПЛЕНИЕ 2 1. ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ИССЛЕДОВАНИИ МЕТОДИК СОСТАВЛЕНИЕ КАДАСТРОВ ВЫБРОСОВ СO2 3 2. ИМЕЮЩИЕСЯ МЕТОДИКИ ОЦЕНИВАНИЯ ВЫБРОСОВ СO2/ СОКРАЩЕНИЯ ВЫБРОСОВ 4 3. СВОДНЫЕ ДАННЫЕ О СУЩЕСТВУЮЩИХ МЕТОДИКАХ 20 4. КАДАСТРЫ, ПРЕДУСМОТРЕННЫЕ СОГЛАШЕНИЕМ МЭРОВ 22 5. СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ИМЕЮЩИХСЯ МЕТОДИК С...»

«ГДЕ ОТРАСЛИ СОЕДИНЯЮТСЯ ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ПРОГРАММА МЕРОПРИЯТИЯ Зарегистрируйтесь для участия в Конференции до 4 февраля 2013 г. включительно и воспользуйтесь скидками для заранее регистрирующихся делегатов Собственник и устроитель: В партнерстве с: При поддержке: Представлено: System Operator of Russia СОДЕРЖАНИЕ Содержание/зарегистрируйтесь для участия в Russia Power 2 Представляем выставку и конференцию Russia Power 3 Добро пожаловать на Russia Power (Совет производителей энергии) 4 Расписание...»






 
© 2013 www.knigi.konflib.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.