14. Основні етапи автоматизованого технологічного проектування біотехнологічних систем.

15. Структура мікробіологічного виробництва

Реалізація біотехнологічних виробництв проводиться на базі технологічних комплексів, які створюються, для виробництва певного продукту шляхом мікробіологічного синтезу, що носять назву – біотехнологічна система (БТС).

I ступінь - відповідає структурі біотехнологічного заводу, комбінату;

II ступінь - технологічні ділянки, цехи, що включають декілька взаємозв'язаних технологічних процесів та апаратів - стадія підготовки поживного середовища, стадія ферментаціі;

ІІI ступінь - апаратурна схема окремої технологічної стадії, ділянки.

IV ступінь - це технологічні елементи БТС (апарати), де протікають типові технологічні процеси:

а) механічні - подріблення, різання та інші;

б) гідродинамічні - перемішування, змішування, розділення;

в) теплові - нагрів та охолодження, випаровування, сушіння;

г) масообмінні - абсорбція, екстракція;

д) процеси хімічних та біохімічних перетворень;

е) мікробіологічні - розмноження культур м/о.

V ступінь (найнижчий) – це рівень біологічного агенту (мікроорганізмів) на якому протікають хімічні, біохімічні реакції за рахунок процесів ферментативного каталізу компонентів поживного середовища і перетворення їх в клітинах в біологічно активні речовини (БАР) – ферменти, амінокислоти, вітаміни, антибіотики.

Ієрархічна структура біотехнологічної системи

16. Особливості мікробіологічних процесів.

Мікробіологічні процеси мають наступні особливості:

• процес мікробного синтезу, як правило, є частиною багатостадійного виробництва, причому цільовий продукт стадії біосинтезу не є товарним, а підлягає подальшій переробці;

• при культивуванні мікроорганізмів звичайно необхідно підтримувати асептичні умови, що вимагає стерилізації устаткування, комунікацій, сировини й ін.;

• культивування мікроорганізмів здійснюють у гетерогенних багатофазних системах, реологічні й фізико-хімічні властивості яких у ході процесу можуть істотно змінюватися;

• технологічний процес характеризується високою варіабельністю через наявність у системі біологічного об'єкта, тобто популяції мікроорганізмів;

• складність біохімічних механізмів регуляції росту мікроорганізмів і біосинтезу продуктів метаболізму, ферментативний характер регуляції;

• складність і в більшості випадків невизначеність хімічного складу ферментаційних середовищ;

• автокаталітичний характер процесу, тобто вплив продуктів, що утворюються (у тому числі біомаси) на швидкість протікання процесу;

• відносно низькі концентрації субстратів, продуктів і швидкості реакцій;

• здатність процесу до саморегулювання;

• умови, оптимальні для росту мікроорганізмів і для біосинтезу цільових продуктів їхнього метаболізму, не завжди збігаються.

18. Сутність розробки та проектування оптимальної біотехнології.

Розробка оптимальної технології певного виду продукції або утилізації відходів, що утворюються – складна науково-технічна проблема, для вирішення якої необхідно :

• вибрати або селекціонувати культуру мікроорганізмів, здатну з максимально можливою швидкістю синтезувати біомасу або необхідний продукт метаболізму (метаболіт);

• вибрати сировину, що містить речовини, необхідні для росту використовуваної культури й біосинтезу цільового продукту;

• вибрати або сконструювати апарат (ферментер), оснащений відповідними комунікаціями й допоміжним устаткуванням, придатний для вирощування даної культури;

• розробити систему контролю й керування, що забезпечує оптимальн і умови процесу;

• підібрати устаткування й розробити технологію виділення й очищення цільового продукту та пакування препарату.

Проектування виробництва будь-якої продукції завжди починається з вибору технологічної схеми. В основі мікробіологічного одержання БАР лежать процеси росту й розвитку мікробних культур. При цьому необхідно вказати, що ту саму речовину можуть синтезувати різні види мікроорганізмів, крім того, продукти мікробного походження в основному лабільні і можуть бути різної чистоти.

19. Класифікація мікробіологічних виробництв. істотні ознаки в класифікації

Враховуючи складність мікробіологічних процесів, їх технологічну реалізацію загальноприйнятої класифікації мікробіологічних виробництв нині відсутня.

Нині використовують класифікацію мікробіологічних виробництв по наступним критеріям:

• за типом готових препаратів, що випускаються:

• білкові препарати - кормові й хлібопекарські дріжджі, білково-вітамінні концентрати;

•біологічно активні речовини (амінокислоти, вітаміни, антибіотики різного призначення, ферменти, гормони);

• органічні кислоти (лимонна, оцтова, молочна й ін )

• засоби захисту рослин (ентобактерин, боверін і ін.)

Класифікація мікробіологічних виробництв за типом готових препаратів не є універсальною й з ростом числа готових форм препаратів, що випускаються, стає занадто громіздкою.

Не враховується сумісність і особливості використовуваних мікроорганізмів-продуцентів, які в основному визначають технологічний процес виробництва біопрепаратів.

• за фізіологічними особливостями мікроорганізмів-продуцентів:

• аеробних або анаеробних.

З використанням систем підготовки та стерилізації аераційного повітря або її відсутності.

• За способом культивування мікроорганізмів-продуцентів:

• відношенням до асептичності проведення процесу культивування ;

(за цим критерієм виробництва ділять на 2 групи: - умовно-асептичні і строго асептичні. До строго асептичних відносять виробництва, на всіх етапах яких повинна бути забезпечена найвища ступінь захищеності від сторонньої мікрофлори і продуктів її життєдіяльності: виробництво антибіотиків, вакцин, кровозамінників і т.д.);

• періодичний або безперервний.

Безперервний процес має численні переваги пере періодичним, однак він реалізований лише при проведенні так званих умовно стерильних процесів – у вир-ві кормових дріжджів і при біологічному очищенні промстоків. Найбільш універсальним є періодичний спосіб культивування.

• За формою одержуваного біопродукту:

• цільовим продуктом є сама біомаса мікроорганізмів або її компоненти (виробництво кормових, вакцин);

• біосинтез позаклітинних продуктів метаболізму (виробництво спирту, оцтової і лимонної кислот, амінокислот, антибіотиків, екзоферментів і ін.);

• мікроорганізми і їхні компоненти використовуються як біокаталізатори для здійснення тонких хімічних реакцій (виробництво 6-амінопеніцилланової кислоти, гормональних препаратів);

• вибіркова утилізація деяких компонентів із суміші (депараніфінізація нафти, біологічне очищення стічних вод);мікробіологічне видобування коштовних елементів з руд (біометалургія).

Для класифікації мікробіологічних виробництв істотними ознаками є:

• фізіологічні особливості мікроорганізмів-продуцентів;

• спосіб їхнього культивування;

• форма одержуваного біопрепарату.

Однак основним початком будь-якого мікробіологічного виробництва є вимога до його асептичності. За цим критерієм всі виробництва ділять на дві групи:· умовно асептичні та строго асептичні.

До умовно асептичних відносяться виробництва, у готовому продукті яких допускається деяка концентрація контамінантів (білково-вітамінні концентрати, кормові препарати амінокислот, вітамінів).

До строго асептичних відносять виробництва, на всіх етапах яких повинна бути забезпечена найвищий ступінь захищеності від сторонньої мікрофлори й продуктів її життєдіяльності. Це виробництво антибіотиків, вакцин, кровозамінників і т.д.

Усередині груп виробництва можуть бути згруповані по виду використовуваних мікроорганізмів: аеробних або анаеробних (анаеробні м/о використовуються вкрай рідко, в основному для очищення стоків. Анаероби здійснюють розкладання біомаси мікроорганізмів, що утвориться в біофільтрах і аеротенках. Інтерес до анаеробних процесів підвищився у зв'язку з перспективами виробництва біогазу. Анаеробні мікроорганізми як у вигляді чистих, так і змішаних культур у промисловості застосовують дуже широко.

Істотний вплив на схему виробництва, крім виду використовуваного

мікроорганізму, робить спосіб його культивування: періодичний або безперервний.

Залежно від мети проведення мікробіологічні процеси можна розділити на наступні групи:

• культивування - цільовим продуктом є сама біомаса мікроорганізмів або її компоненти .

• біосинтез позаклітинних продуктів метаболізму.

• процеси, у яких мікроорганізми і їхні компоненти використовуються як біокаталізатори для здійснення тонких хімічних реакцій;

• виборча утилізація деяких компонентів із суміші;

• мікробіологічне видобування коштовних елементів з руд