49. Типы предприятий биотехнологической промышленности, особенности их размещения. Наиболее простой

49. Типы предприятий биотехнологической
промышленности, особенности их размещения.
Наиболее
простой
представляется
классификация продукции по выпускаемым
готовым препаратам для различных потребителей.
Сюда
следует
отнести
круп-нотоннажные
производства кормового микробного
белка,
аминокислот, ферментных препаратов и пр. Данную
классификацию можно продолжить, ориен-тируясь
на объёмы производимой БТ продукции или на
валовой выпуск в ценовом выражении. Такая
класссификация не может быть универсальной и с
нарастанием числа выпускаемых новых готовых
форм препаратов станет громоздкой. Также она не
учитывает особенности использования промышленных
биообъектов,
которые
определяют
технологичес-кий
процесс
производства
биопрепаратов.
В мкб промышленности применяют аэробные и
анаэробные мко в виде чистых культур и
значительно реже в виде смешанных, причём
аэробный мкб син-тез, несмотря на энергозатраты
на воздух для аэрации ферментёров, доминирует
над анаэробным. В чистом виде анаэробные
процессы используются для получе-ния биогаза от
сбраживания
сильно
концентрирован-ных
органических отходов в метантенках в производстве витамина В12 кормового и медицинского
назначения, некоторых пробиотиков и др.
Помимо вида промышленного биообъекта,
сущее-ственное влияние на схему производства
оказывает
способ
его
культивирования:
периодический или неп-рерывный. Непрерывный
процесс
обладает
преиму-ществами
перед
периодическим. На практике он может быть
осуществлен в так называемых несте-рильных
условиях, когда доминирование производ-ственного
штамма в среде культивирования над посторонней
микрофлорой
поддерживают
специи-альными
условиями проведения ферментации: более низким
по
сравнению с оптимальным
значением
показателем рН среды (выращивание биомассы
кормовых
дрожжей),
подавлением
роста
посторонней
микрофлоры
повышенной
температурой
биосинтеза
(культивирование
термофильного продуцента), кон-центрацией соли в
среде культивирования галофилов, токсичностью
субстрата
или
продукта
биосинтеза
для
сопутствующей
микрофлоры
(производство
уксусной
кислоты
из
этанола).
Среди
промышленных
штамм-мов-продуцентов
доля
галофилов и термофилов низкая. Культивировать
их при неоптимальных зна-чениях рН среды чаще
всего невозможно. Распрост-ранение получил
периодический способ культивиро-вания, он
позволяет создать производственному штамму
наиболее приемлемые условия для роста и
развития, что обеспечивает его биосинтетическую
активность. Последнее удаётся достичь только в
асептическом производстве, в котором стараются не
допускать развитие посторонней микрофлоры.
Производства бывают:
1) традиционно асептическими - производства, в
которых допускается некоторое содержание
контами-нантов, практически на всех стадиях
технологичес-кого
процесса
производства
микробиологического
си-нтеза
(аминокислот,
антибиотиков, ферментов и др.).
2)строго асептическими – производства на всех
этапах которых должна быть обеспечена са-мая
высокая
степень
защиты
от
посторонней
микрофлоры и продуктов её жизнедеятельности.
Это производство вакцин, кровезаменителей и пр.
50. Общая характеристика продукции
биотехнологических производств.
Основной
составной
частью
БТ
промышленности является мкб промышленность,
что подтверждается объёмами и темпами развития
последней во всех индустриально развитых странах.
В наибольшем объёме (около 70%) выпускается
кормовые
добавки
и
БАВ,
повышающие
продуктивность скота и птицы; бактериальные
удобрения, микробные инсектициды. Кроме с/х,
крупными потребителями мкб продукции являются
медицина, пищевая и химическая промышленность.
Определяющим элементом БТ продукции
является биологический объект (продуцент),
обеспечивающий синтез целевого продукта. В
случае мкб синтеза - это штамм некоего мко,
культивируемого в производственном аппарате
(ферментере) с целью накопления его биомассы или
продуктов его жизнедеятельности (первичных или
вторичных метаболитов). Эффективность процесса
культивирования принято оценивать величиной
объёмной продуктивности которая выражается в
килограммах (граммах) целевого продукта с одного
м3 ферментационного оборудования за 1 ч.
Стадия ферментации (биосинтеза) является
основной или главной стадией БТ производства, она
определяет изначальное количество произведенной
продукции, а следовательно влияет и на её
себестоимость. На последующих стадиях прироста
продукции уже не происходит, а наоборот,
наблюдается её расход (потери) фактически на
каждой
последующей
стадии
получения
необходимой товарной формы препарата. Основная
масса товарной продукции выпускается мкб
промышленностью в двух формах: сухой и жидкой.
Первая форма представляет собой порошок или гранулы.
Вторая - некий жидкий или пастообразный концентрат с
содержанием воздушно-сухого вещества до 50-70%. Наиболее
простой вариант технологической схемы - получение готового
препарата, когда конечный продукт представляет собой все
компоненты среды после завершения стадии выращивания
производственного
штамма-продуцента
(культуральную
жидкость). По такой схеме получают препараты кормовых
антибиотиков, витаминов и др. Все другие схемы являются
более сложными. Они предусматривают сначала отделение
клеток продуцента от продуктов их жизнедеятельности и
непотребленных мко остатков компонентов питательной
среды, а затем в зависимости от того, где находится целевой
продукт, подвергают переработке сырой осадок или
осветлённую часть культуральной жидкости (нативный
раствор). Если целевой продукт содержится внутри клетки
продуцента, то сначала из неё его извлекают, используя
приёмы экстракции или дезинтеграции биообъекта. Если
целевой продукт присутствует в нативном растворе, то его
получают по схеме последовательного выделения и очистки.
Аналогичным способом перерабатывают осветлён-ные
экстракты и дезинтеграты клеток продуцента.
БТ промышленность выпускает продукцию раз-личной
степени очистки. Выделяемые внутриклеточ-ные компоненты,
или метаболиты в массовом отношении редко превосходят
количество образую-щейся биомассы клеток продуцента. Это
ставит свои условия при решении задачи по созданию малоотходной технологии, что должно найти отражение в
проектировании новых и совершенствовании сущест-вующих
производств.
Любое
промышленное
произ-водство
осуществляется на основе технологического регламента. Он
определяет метод производства, усло-вия и порядок
проведения технологического процесс-са, его нормативы,
качество продукции, безопасность проведения всех его
стадий, требования к охране окружающей среды,
производственной санитарии…
19.Классификация
процессов
брожения
по
конечным продуктам. Мко – возбудители различных
типов брожения.
Молочнокислое брожение одно из распростра-ненных
бродильных процессов. Это брожения осу-ществляют мко,
относящиеся к родам Lactobacillus, Streptococcus,
Leuconostoc.
Данные
виды
объединены
в
гр.
молочнокислых мко по способности утилизировать
лактозу, глюкозу и галактозу с образов. молоч. кислоты в
качестве основного продукта метаболизма.
По биохимич. закономерностям и составу прод-уктов
метаболизма
различают
гомоферментатив-ное
и
гетерофермент. молочнокис. брожение.
1. Гомофермент. брожение - основной продукт
является молочная кислота. Суммарное уравнение
процесса: С 6Н 12О 6 + Н 3РО 4 + 2 АДФ → 2СН
3СНОНСООН + 2 АТФ + 2 Н 2О
Промежуточные реакции катаболизма глюкозы
протекают по гликолитическому пути. Мко, спосо-бные
ассимилировать лактозу, характеризуются наличием
фермента β-галактозидазы.
Ключевая реакция процесса восстановления ПВК до
молоч. кислоты катализируется двумя стереоспецифичными лактатдегирогеназами. Коф-ерментами L- и Олактатдегирогеназ является НАД, аллостерическим
эффектором,
повышающим
активность
фермента
фруктозо-1,6-дифосфат.
Сни-жение
концентрации
субстрата
приводит
к
подав-лению
активности
лактатдегидрогеназ, в результа-те чего бактерии
трансформируют ПВК в муравьи-ную, уксус. кислоты,
этанол и др. продукты мета-болизма, накапливая дополн.
запас энергии.
Аналогичные процессы имеют место при сме-щении
рН питательной среды в слабощелочную сторону. Т.о,
деление на гомо- и гетерофермента-тивные культуры
являются весьма условным.
2.Гетероферм.
брожение
характеризуется
образованиием СО2; укс., пропионовой и других
орган.кислот; этанола и других метаболитов, являющихся
производными ПВК. Данный тип молочнокислого
брожения подразделяют на брожение идущее с
выделением СО2 и без.Суммарные уравнения имеют вид:
- в первом случае:С 6Н 12О 6 + Н 3РО 4 + АДФ →
СН 3СНОНСООН + АТФ + СО2 + СН 3СН 2ОН
- во втором случае:С 6Н 12О 6 + 5 Н 3РО 4 + 5 АДФ →
2 СН 3СНОНСООН + 5 АТФ + 3 СН 3СООН
Процесс спиртового брожения используется в БТ для
получения этанола и глицерина. Суммарное уравнение
процесса имеет вид:
С 6Н 12О 6 + 2 Н 3РО 4 + 2 АДФ → 2 АТФ + 2 СО2 + С
2Н 5ОН
Кроме этанола и СО2, всегда образуются побоч-ных
продукты: глицерин, уксусной кислота и др.
По механизму утилизации углеродного субстра-та
возбудители спирт. брожения делятся на 3 гр:
1)Мко, расщепляющие сахара по пути гликолиза до
ПВК с восстанем до этанола. Клюючевыми реакциями прса являются декарбок-силирование ПВК и восст-ние
ацетальдегида до этанола. Это бактерии рода Clostridium,
Thermoa-naerobacter и др. термофилы, вызывающие спирт.
брожение.
2)Мко, способные расщеплять углеводы до ПВК по
пути Энтнера-Дудорова. К этой гр. относятся Zymomonas
mobilis, некоторые виды Pseudomonas.
3)Мко, расщепляющие углеводы по гексозомонофосфатному пути до ксилулозо-5-фосфата. Это
Гетероферментативные молочнокислые мко.
Ацетоно-бутиловое
брожение.
Бактерии
рода
Clostridium вызывают брожения смешанного хара-ктера,
протекающие
в
строго
анаэробных
условии-ях.
Продуктами брожения, могут быть кислоты (масляная,
уксусная, молочная); спирты (бутинол, изопропанол,
этанол); ацетон и газы (Н2 и СО2).
Процессы брожения называют по основным конечным
продуктам. Наиболее распространенным является бутанолацетон-изопропиловое брожение. Этот тип брожения в
обычных условиях вызывает боль-во видов клостридий, в
первую очередь Cl.acetobutylicum. Бактерии Cl.butylicum
вызывают бутанол-изопропиловое брожение, Cl.butylicum
- масляноуксусное брожение.