- •Кузьмина Наталья Александровна
- •Раздел 1. Промышленная биотехнология
- •Раздел 2. Культуры растительных клеток
- •Раздел 3. Культуры животных клеток и тканей
- •Раздел 4. Генетическая инженерия
- •Промышленная биотехнология Основные направления биотехнологии
- •Основные типы биопроцессов Производство биомассы
- •Получение спиртов и полиолов
- •Производство вторичных метаболитов
- •Микробные биотрансформации
- •Производство ферментов
- •Аминокислоты,органические кислоты, витамины и другие биопродукты
- •Биоконверсия лигноцеллюлозных отходов
- •Объекты биотехнологии и их биотехнологические функции Бактерии и цианобактерии
- •Простейшие
- •Водоросли
- •Растения
- •Перспективы развития биотехнологии
- •Стадии биотехнологического производства
- •Технология приготовления питательных сред для биосинтеза
- •Поддержание чистой культуры и получение засевной дозы
- •Ферментация
- •Общие принципы разделения веществ
- •Методы тонкой очистки и разделения препаратов
- •Основные принципы промышленного осуществления биотехнологических процессов Получение товарных форм препаратов
- •Продуценты белка
- •Субстраты для получения белка
- •Технология получения микробных липидов
- •Технология ферментных препаратов Ферменты, получаемые промышленным способом, их применение
- •Глубинный метод культивирования продуцентов ферментов
- •Поверхностный метод культивирования продуцентов ферментов
- •Биотехнология препаратов для сельского хозяйства Бактериальные энтомопатогенные препараты
- •Ехнология получения грибных энтомопатогенных препаратов
- •Технология получения вирусных энтомопатогенных препаратов
- •Технология производства бактериальных удобрений на основе клубеньковых бактрий
- •Бактериальные удобрения. Технология получения азотобактерина
- •Бактериальные удобрения. Технология получения фосфобактерина
- •Антибиотики для сельского хозяйства
- •Иммобилизованные ферменты Общая характеристика
- •Иммобилизованные ферменты Носители для иммобилизованных ферментов
- •Методы иммобилизации ферментов
- •Применение иммобилизованных ферментов
- •Иммобилизованные клетки микроорганизмов
- •Биотехнология и экологические проблемы Биодеградация ксенобиотиков
- •Общие принципы очистки сточных вод: аэробные системы очистки
- •Общие принципы очистки сточных вод: анаэробные системы очистки
- •Показатели загрязненности сточных вод
- •Промышленная биотехнология Литература к разделу
Основные типы биопроцессов Производство биомассы
В настоящее время существуют следующие основные типы биопроцессов:
- производство биомассы (например, белок одноклеточных);
- клеточных компонентов (ферменты, нуклеиновые кислоты и т.д.)
- метаболитов (химические продукты метаболической активности), включая первичные метаболиты, такие как этанол, молочная кислота;
- вторичные метаболиты ;
- односубстратные конверсии (превращение глюкозы во фруктозу);
- многосубстратные конверсии (обработка сточных вод, утилизация лигноцеллюлозных отходов).
Производство биомассы
Человек традиционно получает белки, жиры и углеводы (основные компоненты пищи) из животных и растительных источников. Уже сегодня эти источники не покрывают все увеличивающиеся потребности человечества. Выяснилось, что белки и жиры микроорганизмов с успехом могут заменить белки и жиры традиционного происхождения. Преимущества микроорганизмов как продуцентов белка состоит в высоком содержании белка в биомассе и высокой скорости роста микроорганизмов.
Термин белок одноклеточных (БОК) был предложен в 1966 г. для обозначения биомассы различных микроорганизмов (бактерий, дрожжей, грибов и водорослей). Кроме высокого содержания белка микробная биомасса содержит также жиры, нуклеиновые кислоты, витамины и минеральные компоненты. Источниками получения пищевого белка могут стать также белковые изоляты из различных видов зеленой биомассы, в т.ч. из табака.
Для получения БОК используют самые разнообразные субстраты, включая парафины нефти, метан, водород, метанол, этанол, уксусную кислоту, углекислый газ, молочную сыворотку, мелассу, крахмал и целлюлозосодержащие отходы промышленности и сельского хозяйства.
Для промышленного использования перспективными являются термофильные (растущие при высоких температурах до 50о С) микроорганизмы. Качество биомассы оценивается по высокому содержанию белка, низкому содержанию нуклеиновых кислот и отсутствию вредных веществ.
Получение спиртов и полиолов
Некоторые дрожжи и бактерии способны продуцировать этанол и бутанол, а также такие полиспирты как глицерин и 2,3-бутандиол. Эти продукты обычно синтезируют из нефти, однако микробное получение этанола и других спиртов вызывает все больший интерес.
В России большая часть этанола получается микробиологическим путем из растительного сырья. Сдвиг в сторону получения микробиологического этанола наблюдается и в др. странах. Найдены бактерии Zymomonas mobilis, которые вдвое эффективнее сбраживают углеводы в этанол, чем дрожжи.
В Бразилии производство топливного спирта вносит наибольший вклад в энергобаланс страны и составляет миллиарды литров.
Ферментация мелассы различными видами Clostridium может быть использована для получения не только этанола, но и ацетальдегида, уксусной кислоты, этилацетата и диэтилового эфира. При изменении условий культивирования, например, в условиях щелочной среды вместо этанола образуется глицерин.
Сырьем могут быть гидролизаты древесины, меласса, крахмал, молочная сыворотка. Отходы производства этанола содержат белки, углеводы, рибофлавин и др. витамины, и могут использоваться как кормовая добавка.
Штаммы-продуценты первичных метаболитов получают путем индуцированного мутагенеза, так как в природе мутации, ведущие к сверхпродукции одного из метаболитов вредны. Нарушения в обмене веществ приводят к снижению конкурентоспособности и жизнеспособности микроорганизмов.