Сделай Сам Свою Работу на 5

Типовая схема, основные стадии и реализующие их технологические процессы в биотехнологических производствах





Лекция 2

Принципы организации биотехнологических производств

1. Сырьевая база биотехнологии

2. Подготовительные и вспомогательные стадии биотехнологических производств

3. Собственно биотехнологическая стадия

4. Постферментационные стадии

Сырьевая база биотехнологии

Основным компонентом питательной среды для культивирования микроорганизмов считается тот, который служит источником углерода и энергии. Такие компоненты называют субстратом, а все остальные – вспомогательными веществами.

Классификация сырья

· дорогое, пищевое – мука кукурузная, соевая, пшеничная; крахмал, пищевой сахар, глюкоза, лактоза, растительные масла;

· отходы пищевой промышленности – меласса, зелёная патока, молочная сыворотка, рыбно-костная мука, гидролизаты кукурузных кочерыжек, соломы, подсолнечной лузги. Они более дешёвые;

· специально получаемое сырье – гидролизаты древесины и торфа, парафины нефти, метан, этанол и др.

 

Источники углеродного питания:

· сахара – глюкоза, сахароза, лактоза;

· полисахараиды – целлюлоза, гемицеллюлоза, крахмал;

· жидкие углеводороды (С5-С13);



· газы – метан, этан, пропан, бутан;

· спирты – метанол и этанол;

· уксусная кислота;

· жиры и масла – подсолнечное, соевое, арахисовое, льняное, рапсовое, касторовое, кокосовое масла.

 

Источники азотного питания:

Источники неорганического азота – сульфат аммония (чаще всего); нитрат аммония; карбамид; аммиачная вода.

Источники органического азота (натуральные продукты растительного и животного происхождения) – кукурузный экстракт, соевая мука, мука семян хлопка, мука семян льна, сухое обезжиренное молоко, желатин, дрожжевые гидролизаты, мясной и рыбный пептоны.

Источники фосфорного питания – кукурузный экстракт, соевая мука, аммофос (смесь моно-, ди- и триаммонийфосфата).

 

Побочные продукты производства –отходы пивоварения (пивная дробина и солодовые ростки), пшеничные отруби, молочная сыворотка, свекловичный жом, гидролизаты древесины, сульфитные щелока, отходы спиртового производства (картофельная или зерновая барда), гидролизаты торфа, сок растений, картофельный сок.



Подготовительные и вспомогательные стадии биотехнологических производств

Подготовительные стадии служат для приготовления и подготовки необходимых видов сырья биотехнологической стадии.

 

1) Приготовление среды. Основу питательных сред для культивирования микроорганизмов составляют источники углерода. Кроме углерода клетки микроорганизмов в процессе роста испытывают потребность в азоте, фосфоре, макро- и микроэлементах. Все вещества этого рода находятся в питательных средах в виде солей, исключение составляют среды, где азот и фосфор могут усваиваться растущими культурами из органических источников, например, автолизатов или гидролизатов микробного или животного происхождения.

 

2) Стерилизация среды (для асептических биотехнологических процессов).

 

Асептика – это комплекс мероприятий, направленных на предотвращение попадания в среду или на объект посторонних микроорганизмов, так как они:

· потребляют компоненты питательной среды и при этом выделяют метаболиты, тормозящие рост основной культуры;

· влияют на рост и развитие основной культуры;

· затрудняют выделение целевого продукта и снижают его качество.

 

Методы борьбы с микробами-контаминантами:

Физические методы - стерилизующая фильтрация воздуха и жидкостей, герметизация технологического оборудования и коммуникаций.

Термическая стерилизация:

· насыщенный водяной пар – пустые аппараты и коммуникации;

· нагревание под давлением – питательные среды;

· сухой горячий воздух – для материалов и предметов, которые могут быть испорчены при обработке паром (безводные жиры, масла, порошки, предметы, подверженные коррозии и т.п.).



Химическая стерилизация (формальдегид, оксид этилена, перекись водорода, щелочи, спирты, кислоты, b-пропионолактон) – для элементов оборудования, которые не выдерживают нагревания до 110 - 130 ºС (датчики, фильтры воздуха и т.п.).

 

Радиационная стерилизация вызывает гибель микроорганизмов за счет воздействия ионизирующего излучения.

 

3) Подготовка и стерилизация газов (обычно воздуха).

 

Отводимый из лабораторных и производственных помещений отработанный воздух также должен подвергаться очистке от присутствующих в нем микроорганизмов и контролироваться на чистоту.

 

Например, на гидролизно-дрожжевом заводе, при обследовании воздуха, выбрасываемого из ферментера, было выявлено от 16∙103 до 316∙103 клеток микроорганизмов на м2, а на заводе по производству белково-витаминных концентратов – (200 - 436)∙103 клеток на 1 м³.

 

Большая запыленность воздуха белковыми и другими продуктами микробного синтеза отмечается на стадиях сушки, упаковки и погрузки в вагоны. Значительная запыленность воздуха питательными солями и сырьем (опилки, отруби, мука и др.) имеет место в отделениях и цехах приготовления питательных сред.

 

Пути снижения выбросов микроорганизмов в окружающую среду:

· герметизация ферментеров, флотаторов и оборудования узла сепарации;

· скрубберы Вентури;

· фильтры грубой и тонкой очистки;

· сжигание;

· совершенствование технологии.

 

Подготовка посевного материала

Посевным материалом (инокулятом) называют чистую культуру микроорганизма, которую получают путем ее последовательного пересева из пробирки в колбу, а затем в аппараты увеличивающегося объема до количества, необходимого для промышленного производства. Сначала чистую культуру размножают в лаборатории, затем в цехе чистых культур и инокуляции, далее направляют на культивирование.

Передачу чистых культур из одного аппарата в другой осуществляют в конце логарифмической фазы роста. Качество полученного посевного материала контролируют путем микроскопирования.

 

Биообъекты применяются в виде чистых и смешанных культур. Предприятия получают культуры из коллекций в пробирках на агаризованных питательных средах или в ампулах. При длительном хранении чистых культур могут происходить случайные нерегулируемые мутации. Для избежания мутаций следует соблюдать правила хранения и поддержания исходной культуры, периодически проводить пересев культуры и проверку ее однородности по морфологическим, так и по физиологическим признакам.

Подготовка биокатализатора

Для процессов биотрансформации или биокатализа необходимо предварительно подготовить биокатализатор – либо фермент в свободном или закрепленном на носителе виде, либо биомассу микроорганизмов, выращенную предварительно до состояния, в котором проявляется ее ферментативная активность.

6) Предварительная обработка сырья. Например, при получении спирта пшеницу сначала дробят, а затем подвергают ферментативному процессу «осахаривания».

Собственно биотехнологическая стадия

Продукты биотехнологии получают по индивидуальным технологиям со своими биологическими агентами, сырьем, числом стадий производства и их технологическими режимами.

 

Обобщенная типовая схема биотехнологических производств следующая:

 

Типовая схема, основные стадии и реализующие их технологические процессы в биотехнологических производствах

 

Основной стадией является собственно биотехнологическая стадия. На этой стадии с помощью биологического агента (микроорганизмов, изолированных клеток, ферментов или клеточных органелл) сырье преобразуется в тот или иной целевой продукт.

 

Биотехнологическая стадия включает в себя следующие процессы:

 

1. Ферментация– процесс, осуществляемый с помощью культивирования микроорганизмов.

2. Биотрансформация.

3. Биокатализ– химические превращения вещества, которые протекают с использованием биокатализаторов – ферментов.

4. Биоокисление – потребление загрязняющих веществ с помощью микроорганизмов в аэробных условиях.

5. Метановое брожение – переработка органических отходов с помощью ассоциации метаногенных микроорганизмов в анаэробных условиях.

6. Биокомпостирование– снижение содержания вредных органических веществ микроорганизмами в твердых отходах, которым придана специальная взрыхленная структура для обеспечения доступа воздуха и равномерного увлажнения.

7. Биосорбция– сорбция вредных примесей из газов или жидкостей микроорганизмами, обычно закрепленными на специальных твердых носителях.

8. Бактериальное выщелачивание.

9. Биодеградация – деструкция вредных соединений под воздействием микроорганизмов-биодеструкторов.

 

Обычно биотехнологическая стадия имеет в качестве выходных потоков один жидкостной поток и один газовый, иногда только один – жидкостной. Если процесс протекает в твердой фазе (например, созревание сыра или биокомпостирование отходов), выходом является поток переработанного твердого продукта.

 

 








Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.