|
|||||||
АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция |
Схема біотехнологічного виробництваБіотехнологія (від грецького bіоs– життя, techпе – мистецтво, майстерність і lоgos – слово, навчання) – це використання живих організмів і біологічних процесів у виробництві. З найдавніших часів людина використовувала біотехнологічні процеси при хлібопеченні, приготуванні кисломолочних продуктів, у виноробстві і т. д., але лише завдяки роботам Л. Пастера в середині XIX ст., що довели зв'язок процесів шумування (бродіння) з діяльністю мікроорганізмів, традиційна біотехнологія одержала наукову основу. У 40 – 50-ті роки XX ст, коли був здійснений біосинтез пеніцилінів методами ферментації, почалася ера антибіотиків, що дала поштовх розвитку мікробіологічного синтезу і створенню мікробіологічної промисловості. У 60 – 70-ті роки XX ст. почала бурхливо розвиватися клітинна інженерія. Зі створенням у 1972 р. групою П. Берга в США першої гібридної молекули ДНК іп vitro формально пов'язане народження генетичної інженерії, що відкрила шлях до свідомої зміни генетичної структури організмів таким чином, щоб ці організми могли робити необхідні людині продукти і здійснювати необхідні процеси. Ці два напрями визначили образ нової біотехнології. Біотехнологія нерозривно пов'язана з молекулярною і клітинною біологією, молекулярною генетикою, біохімією і біоорганічною хімією. За спрямованістю всі біотехнологічні виробництва можна умовно поділити на дві групи. Перша має на меті одержання максимально можливої кількості біомаси, а друга – максимум виходу продуктів життєдіяльності клітин. Продукти першої групи – хлібопекарські дріжджі, біомаса нежиттєздатних клітин як джерело кормового білка і вітамінів, спори з токсинами (препарати для захисту рослин від шкідників) і т. п. Виробництва другої групи продукують органічні кислоти, ферменти, амінокислоти, антибіотики та інше. Загальна схема біотехнологічного виробництва в обох випадках може бути представлена у вигляді таких стадій: • підготовка живильного середовища для культивування промислового мікроорганізму – продуцента; • одержання чистої культури продуцента; • проведення основної ферментації – культивування продуцента; • виділення та очищення кінцевого продукту; • одержання товарних форм продукту. Продуценти – штами мікроорганізмів, що мають найвищу продуктивність. Штами – чиста культура мікроорганізму чи вірусу (неклітинна форма), одного чітко вираженого виду, що відрізняється від іншої культури того ж виду фізіологічними властивостями. Нижче наведена біотехнологічна система (рис. 22.1 ), що включає продуцент, живильне середовище та культивування продуцента. Мікроорганізми споживають широкий спектр органічних сполук, починаючи від найпростіших вуглецевих сполук, таких як метан (СН4), метанол (СН3ОН) і вуглекислий газ (СО2), і закінчуючи природними біополімерами. Як субстрат використовують також гідролізати деревини, що містять гексози і пентози, сільськогосподарські відходи, очищені нормальні парафіни нафти та ін. Крім Карбону, клітини мікроорганізмів у процесі росту мають потребу в джерелах Нітрогену, Фосфору, макро- і мікроелементів (К, Мg, Zn, Fe, Cu, Мо, Мn та ін.). Як правило, ці компоненти заздалегідь вносяться у живильні середовища у вигляді мінеральних солей перед початком ферментації. Таким чином, сировинною базою для біотехнологічних виробництв можуть служити як індивідуальні хімічні сполуки, для яких відомий точний хімічний склад, так і відходи харчових виробництв і сільського господарства. Рисунок 22.1 – Схема біотехнологічного виробництва Відділення підготовки живильного середовища являє собою цех, обладнаний ємностями для збереження рідких і твердих речовин, засобами їхнього транспортування та апаратами з пристроями, що перемішують, для приготування розчинів, суспензій і емульсій. Найважливішим елементом підготовки живильних середовищ є їхня стерилізація, оскільки вирощування промислового мікроорганізму повинне проводитись, принаймні у початковій стадії, за відсутності сторонньої мікрофлори. Продуценти як основа біотехнологічних виробництв Основою будь-якого біотехнологічного виробництва є штам – продуцент цільового продукту, тому дуже важливо зберігати протягом тривалого часу корисні властивості штаму для здійснення основної ферментації. Із більш як тисячі відомих у природі видів мікроорганізмів у біотехнологіях використовується відносно мало – близько ста видів, до яких належать кілька тисяч штамів. До найбільш розповсюджених у природі і широко використовуваних груп мікроорганізмів належать мікроскопічні гриби (дріжджі, цвілі), а також бактерії. Процес ферментації Ефективність біотехнологічного виробництва визначається проведенням процесу основної ферментації. Ферментація – це сукупність послідовних операцій від внесення в заздалегідь приготовлене і нагріте до необхідної температури живильне середовище посівного матеріалу і до завершення процесу росту клітин чи біосинтезу цільового продукту. По закінченню ферментації утворюється складна суміш, що складається з клітин продуцента, розчину неспожитих живильних компонентів і продуктів біосинтезу, що нагромадилися в середовищі. Таку суміш називають культуральною рідиною. Більшість культур мікроорганізмів, що використовуються у сучасному виробництві, є аеробними, тобто вимагають присутності кисню в середовищі, що досягається шляхом забезпечення необхідної концентрації розчиненого кисню в рідкому живильному середовищі. Крім того, застосовуються й анаеробні процеси. Ферментатори або біореактори Ферментацію здійснюють у ємнісних апаратах, що називаються ферментаторами або біореакторами. Такий апарат повинен забезпечувати: • ріст і розвиток популяції мікроорганізмів в об'ємі рідкої фази; • підведення живильних речовин до клітин мікроорганізмів; • відведення від мікробних клітин продуктів їхнього обміну речовин (метаболізму); • відведення із середовища утвореного клітинами тепла. Виробництво кормової мікробної біомаси До числа біотехнологічних виробництв належать хлібопечення, виноробство, пивоваріння, одержання оцту, кисломолочних продуктів (кисляку, кумису, кефіру, йогурту та ін), багато з них людство реалізувало задовго до того, як були отримані перші уявлення про мікроорганізми, що є безпосередніми учасниками цих процесів. Продуцентами у цих виробництвах служили мікроорганізми, що випадково потрапили і розвинулися із самої сировини. Виробництво мікробної біомаси порівняно з альтернативними технологіями має такі переваги: • мікроорганізми мають високу швидкість нагромадження біомаси, що у 500 – 5000 разів вища, ніж відповідно у тварин і рослин; • мікробні клітини здатні накопичувати дуже велику кількість білку (дріжджі – до 50 %, бактерії – до 60 % по масі); • процес вирощування мікроорганізмів протікає в м'яких умовах при температурі 30 – 40 °С, як правило, при тиску, близькому до атмосферного; • технологічний процес одержання сухої біомаси менш трудомісткий порівняно з виробництвом сільськогосподарської продукції. Крім того, необхідно зазначити, що сам технологічний процес одержання біомаси мало залежить від виду використовуваної сировини. За багатьма показниками цей продукт, як повноцінний корм, такий самий чи навіть перевершує продукти рослинного чи тваринного походження. Наприклад, застосування тонни біомаси в птахівництві додатково дає 25 – 30 тис. штук яєць і півтори – дві тонни м'яса птахів, при цьому заощаджується 5 – 7 т фуражного зерна. Ця ж кількість біомаси дає змогу збільшити виробництво свинини на 0,8 т і скоротити витрати зерна на 3,5 – 5 т. За живильною цінністю тонна кормової мікробної біомаси заміняє 8 т незбираного молока при вирощуванні телят.
Поиск по сайту: |
Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Студалл.Орг (0.004 сек.) |