1 Лекция по БТ ПРЕДМЕТ БИОТЕХНОЛОГИЯ
.docx
ТЕХНОЛОГИИ
-
ТЕХНОЛОГИЯ – совокупность способов, приёмов для получения из исходного материала (сырья) некоторого практически ценного продукта
-
Название: ТЕХНОЛОГИЯ (получения) ПРОДУКТА
-
Технологии получения и технологии применения продукта
ОСНОВНЫЕ КЛАССЫ ТЕХНОЛОГИЙ
-
ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ
-
ХИМИЧЕСКИЕ
-
БИОТЕХНОЛОГИИ ( разновидность химических)
ВАРИАНТЫ СТРУКТУРЫ ТЕХНОЛОГИЙ
-
Обычно несколько видов сырья используется для получения одного продукта
-
В одной технологии может быть 2 и более целевых продуктов
-
Может быть несколько вариантов технологий для получения одного и того же продукта
-
В многостадийных технологиях разные стадии могут относиться к разным классам технологий
ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ
-
Исходный материал (сырьё) в процессе получения продукта меняет форму или агрегатное состояние, но не изменяет своего химического состава
-
Примеры: Мебель из дерева, детали машин на металлообрабатывающих станках – изменение формы
-
Пример: Гвозди – изменение и агрегатного состояния, и формы
ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ
-
В процессе получения продукта сырьё претерпевает изменения химического состава
-
Природный газ полиэтилен
-
Раствор NaCl хлор
-
Этилен этанол
-
Нефть бензин
-
Природный газ метанол
БИОТЕХНОЛОГИЯ (ОПРЕДЕЛЕНИЕ)
ЦЕЛЕНАПРАВЛЕННОЕ ПОЛУЧЕНИЕ ПРОДУКТОВ, ценных для народного хозяйства и других областей человеческой деятельности, в процессе которого используется БИОХИМИЧЕСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ МИКРООРГАНИЗМОВ, ИЗОЛИРОВАННЫХ КЛЕТОК РАСТЕНИЙ, ЖИВОТНЫХ И ЧЕЛОВЕКА ИЛИ ИХ КОМПОНЕНТОВ.
НЕ ВСЁ ЖИВОЕ - БИОТЕХНОЛОГИЯ
-
Если продукт получают с помощью мАкроорганизма (растения, животного, пчелы и т.п.) - это не биотехнология
-
Примеры: получение зерна из почвы, воды и удобрений, молока из травы и корма, лекарства из корня женьшеня, мёда с помощью пчёл
-
Примеры биотехнологий: йогурт из молока, культивирование изолированных клеток женьшеня, фруктоза из крахмалосодержащего сырья с использованием ферментов
ВИДЫ БИОХИМИЧЕСКОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ
-
1.Наращивание клеточной массы
-
2.Биосинтез целевых продуктов
-
3.Потребление веществ из среды
-
4.Биокатализ (биотрансформация)
-
5.Выщелачивание веществ из твёрдых тел
-
6.Газообразование
БИОКАТАЛИЗ И БИОТРАНСФОРМАЦИЯ
-
Процессы, в результате которых под действием микроорганизмов или ферментов происходит изменение химического состава исходного вещества
-
При биокатализе – значительные
-
При биотрансформации - небольшие
ЦЕЛЕНАПРАВЛЕННОСТЬ
-
Самопроизвольные биохимические процессы – не биотехнология
-
Должна быть организованная человеком деятельность микроорганизмов, направленная на получение заданного продукта
-
Примеры: биовосстановление загрязнённых нефтью почв; Образование торфа, угля, нефти из деревьев и трав; Выщелачивание металлов из руд
ПРЕИМУЩЕСТВА БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
-
Возможность получения специфичных и уникальных природных веществ
-
Относительно невысокие температура и давление
-
Микроорганизмы имеют значительно более высокие скорости роста, чем растения или животные
-
Для сырья можно использовать дешёвые отходы
-
Более экологичны
-
Более простые технологии и аппаратура
ГДЕ ИСПОЛЬЗУЮТ БИОТЕХНОЛОГИЮ
-
Химическая промышленность
-
Нефтедобыча
-
Получение металлов
-
Биоэлектроника
-
Прочие отрасли народного хозяйства
-
Медицинская промышленность
-
Пищевая промышленность
-
Сельское хозяйство
-
Охрана окружающей среды
-
Энергетика
МЕДИЦИНА
-
Стероидные гормоны
-
Ферменты
-
Коферменты
-
Аминокислоты
-
Подсластители
-
Биоразлагаемые полимеры
-
Нейропептиды
-
Вакцины
-
Антибиотики
-
Витамины
-
Инсулин
-
Гормоны роста
-
Иммуномодуляторы
-
Иммунодепрессанты
-
Кровезаменители
ПИЩА
-
Витамины
-
Спирт
-
Глюкозо-фруктозные сиропы
-
Пищевой белок
-
Ферменты
-
Пищевые красители
-
Консерванты
-
Загустители
-
Вино, пиво, квас
-
Хлеб
-
Кисломолочные продукты
-
Уксус
-
Лимонная кислота
-
Другие орг. кислоты
-
Глутамат
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
-
Вакцины
-
Антибиотики
-
Кормовые витамины
-
Ростовые гормоны
-
Кормовой белок
-
Кормовые аминокислоты
-
Силосные закваски
-
Пробиотики
-
Энтомопатогенные препараты
-
Бактериальные удобрения
-
Безвирусная рассада
-
Феромоны
-
Корм для рыб
ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
-
Очистка стоков
-
Биосорбция металлов
-
Биокомпостирование твёрдых отходов
-
Метановое брожение твёрдых отходов
-
Биологическая очистка газовых выбросов
-
Стиральные порошки с ферментами
-
Биодеградация нефтезагрязнений
-
Обессеривание угля
-
Борьба с метаном
-
Обогащение воздуха кислородом
-
Биоразлагаемые полимеры
-
Вермикультивирование и копрокультивирование
БИОЭНЕРГЕТИКА
-
Если бы на 0,1% поверхности Земли собирали солнечную энергию и утилизировали её с к.п.д. 10% -- все потребности в энергии были бы удовлетворены
-
Растения и микроводоросли способны запасать энергию Солнца с к.п.д. 1–2%
ПРИМЕРЫ ЭНЕРГОБИОТЕХНОЛОГИЙ
-
Получение биогаза
-
Получение биоэтанола
-
Получение углеводородов микроорганизмами
-
Получение водорода биофотолизом воды
ТИПОВАЯ СХЕМА И ОСНОВНЫЕ СТАДИИ БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ
-
Подготовительные стадии
-
Биотехнологические стадии
-
Разделение жидкости и биомассы
-
Выделение продуктов биосинтеза
-
Очистка продуктов
-
Концентрирование продуктов
-
Изготовление готовой формы продуктов
БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СТАДИИ
-
Ферментация
-
Биотрансформация
-
Биокатализ
-
Биоокисление
-
Метановое брожение
-
Биокомпостирование
-
Биосорбция
-
Бактериальное выщелачивание
ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫЕ СТАДИИ
-
Приготовление среды
-
Стерилизация среды
-
Очистка и компримирование воздуха
-
Подготовка посевного материала
-
Подготовка биокатализатора
-
Предварительная обработка сырья
РАЗДЕЛЕНИЕ ЖИДКОСТИ И БИОМАССЫ
-
Отстаивание
-
Коагуляция – осаждение с помощью реагентов
-
Фильтрация тканевая
-
Микро- и ультрафильтрация
-
Сепарация и центрифугирование
-
Флотация
ВЫДЕЛЕНИЕ ПРОДУКТОВ БИОСИНТЕЗА
-
Дезинтеграция клеток – разрушение клеточных оболочек при выделении внутриклеточных продуктов
-
Гидролиз – разрушение клеточных оболочек под действием химических реагентов и температуры
-
Ферментолиз – то же под действием ферментов
-
Автолиз – то же под действием собственных ферментов микробных клеток
ПРОЦЕССЫ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ПРИ ВЫДЕЛЕНИИ ПРОДУКТОВ
-
Экстракция – перевод целевого продукта из водной фазы в органическую жидкость (экстрагент)
-
Экстрагирование - то же из биомассы в жидкую фазу
-
Осаждение – выделение целевого продукта путём добавления к жидкости реагента, взаимодействующего с растворённым продуктом и переводящего его в твёрдую фазу
ПРОЦЕССЫ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ПРИ ВЫДЕЛЕНИИ ПРОДУКТОВ
-
Адсорбция – перевод растворённого в жидкости продукта в твёрдую фазу путём его сорбции на микропористых сорбентах
-
Ионный обмен – то же, что и адсорбция, но не целых молекул, а ионов
-
Отгонка, ректификация
-
Ультра-, микро- и нанофильтрация
-
Центрифугирование и ультрацентрифугирование
ОЧИСТКА ПРОДУКТА
-
Цель – убрать примеси, сделать продукт максимально чистым
-
Традиционные процессы – экстракция и экстрагирование, адсорбция, ионный обмен, ультрафильтрация и обратный осмос, ректификация и ферментолиз
-
Хроматография – процесс десорбции с разделением близких по структуре веществ
-
Диализ через полупроницаемую перегородку
-
Кристаллизация и перекристаллизация
КОНЦЕНТРИРОВАНИЕ ПРОДУКТА
-
Цель – увеличить концентрацию целевого вещества в продукте
-
«Отжим» растворителя из раствора осуществляется с помощью процессов выпаривания, сушки, осаждения, кристаллизации, ультрафильтрации, нанофильтрации, обратного осмоса
-
Концентрация целевого продукта после ферментации не превышает 1 – 5%, а на выходе стадии концентрирования – 90–100 %
ПОЛУЧЕНИЕ ГОТОВОЙ ФОРМЫ ПРОДУКТА
-
На завершающей стадии производства продукт приобретает товарную форму за счёт процессов:
-
Гранулирование
-
Дражирование
-
Таблетирование
-
Ампулирование
-
Розлив или фасовка
ОЧИСТКА СТОКОВ И ВЫБРОСОВ
-
На некоторых стадиях производства имеются стоки и выбросы в атмосферу
-
По существу очистка стоков – это отдельное биотехнологическое производство, включающее почти все типовые стадии.
-
В некоторых случаях удаётся создать замкнутый цикл и использовать очищенную воду в основном производстве. Реже удаётся создать замкнутый цикл по воздуху.
КЛАССИФИКАЦИЯ БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОДУКТОВ
-
Газы со стадии ферментации
-
Культуральная жидкость или твёрдый субстрат с микроорганизмами (кефир, сыр…)
-
Концентрат культуральной жидкости (кормовые антибиотики, лизин…)
-
Жидкость после отделения биомассы (пиво, вино, квас…)
-
Концентраты этой жидкости
КЛАССИФИКАЦИЯ БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОДУКТОВ
-
Инактивированная биомасса (кормовые дрожжи…)
-
Биопрепарат - жизнеспособная биомасса микроорганизмов (пекарские дрожжи, силосные закваски, биодеструкторы нефтяных загрязнений …)
-
Ослабленная биомасса микроорганизмов (живые вакцины…)
КЛАССИФИКАЦИЯ БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОДУКТОВ
-
Внеклеточный биопродукт – легкокипящая жидкость (этанол…)
-
Внеклеточный биопродукт, растворённый в водной фазе (антибиотики, аминокислоты…)
-
Внутриклеточный продукт (витамины, антибиотики, нуклеотиды)
-
Переработанная биомасса микроорганизмов (гидролизаты, ферментолизаты, сорбенты из клеточных оболочек …)
КЛАССИФИКАЦИЯ БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОДУКТОВ
-
Очищенная твёрдая фаза (от нефтяных загрязнений и т. п. ….)
-
Очищенная жидкая среда (сточные воды и т. п. …)
-
Жидкость с выщелоченной из твёрдой фазы компонентами (выщелачивание металлов из руд …).
-
Увеличение объёма среды за счёт выделения газов (хлеб, сыр, пиво …)