- •Лекція № 1. Основні напрями розвитку біотехнології
- •Біоенергетика
- •Біотехнологія обробки стоків і контроль забруднення води важкими металами
- •Сільськогосподарська біотехнологія
- •Біогеотехнологія
- •Біоелектроніка
- •Біотехнологія в медицині
- •Біотехнології в харчовій промисловості
- •Біотехнологія молочних продуктів
- •Виробництво спиртів і поліолів
- •Виробництво вторинних метаболітів
- •Біотрансформація
- •Виробництво ферментів
- •Виробництво амінокислот, органічних кислот, вітамінів
- •Біоконверсія лігноцелюлозних об'єктів
- •Використання грибів у біотехнології
- •Найпростіші в біотехнології
- •Водорості
- •Рослини в біотехнології
- •Стадії біотехнологічного виробництва
- •Технологія виготовлення поживного середовища для біосинтезу
- •Підтримка чистоти культури
- •Ферментація, будова ферментера
- •Загальні принципи розділення речовин
- •Одержання готових товарних форм препаратів
- •Субстрати для культивування мікроорганізмів з метою одержання білка
- •Лекція № 6. Технологія одержання мікробних ліпідів
- •Мікроорганізми – продуценти ліпідів
- •Лекція № 7. Технологія одержання ферментних препаратів
- •Глибинний метод виробництва ферментів
- •Виробництво ферментів при поверхневому культивуванні продуцентів
- •Іммобілізація ферментів
- •Класифікація носіїв для ферментів
- •Методи іммобілізації ферментів
- •Застосування іммобілізованих ферментів
- •Іммобілізація клітин
- •Ентомопатогенні препарати грибів
- •Вірусні ентомопатогенні препарати
- •Бактеріальні добрива на основі бульбочкових бактерій
- •Виробництво азотобактерину
- •Бактеріальне добриво фосфобактерин
- •Антибіотики для сільського господарства
- •Лекція № 9. Культура клітин рослин
- •Сфери застосування культур рослинних клітин
- •Культури клітин вищих рослин. Історія методу
- •Морфофізіологічні характеристика каллусних тканин
- •Фактори, що впливають на морфогенез in vitro
- •Генетичні механізми, що обумовлюють диференціювання клітин у культурі
- •Суспензійні культури
- •Методики культивування одиночних рослинних клітин
- •Необхідність іммобілізації рослинних клітин, методи
- •Фізіологічні основи переваги іммобілізованих рослинних клітин перед традиційними способами культивування
- •1. Клітини, іммобілізовані в або на інертному субстраті, утворюють біомасу набагато повільніше, ніж зростаючі в рідких суспензійних культурах.
- •2. Крім повільного росту іммобілізація клітин дозволяє їм рости в тісному фізичному контакті одине з одним, що сприятливо позначається на хімічних контактах.
- •Системи культивування іммобілізованих клітин
- •Застосування ізольованих протопластів
- •Способи отримання і культивування протопластів
- •Способи культивування протопластів
- •Злиття протопластів (парасексуальная гібридизація)
- •Види соматичних гібридів
- •Конструювання клітин
- •Клітинна селекція. Методи клітинної селекції
- •Генетичні основи застосування культури клітин в селекційних цілях
- •Типи клітинних культур, які використовуються в селекції
- •Переваги клітинної селекції перед традиційними селекційними методами
- •Мікроклональне розмноження і оздоровлення рослин
- •Фактори, впливають на процес клонального мікророзмноження
- •Етапи мікроклонального розмноження рослин
- •Методи клонального мікророзмноження
- •Оздоровлення посадкового матеріалу від вірусів методами хіміотерапії і термотерапії
- •Створення штучних асоціацій клітин вищих рослин
- •Підвищення продуктивності сільськогосподарських рослин
- •Ендосимбіотичні асоціації
- •Екзосимбіотичні асоціації з водоростями, грибами, азотфіксаторами
- •Методи збереження генофонду. Методика кріоконсервації, способи уповільнення росту
- •Безклітинні системи в біотехнології. Мембрани хлоропластів
- •Одержання фотогальванічних елементів з використанням бактеріальних мембран
- •Безклітинні білоксинтезуючі системи (ббсс)
- •Лекція № 10. Біотехнологія одержання культури тваринних клітин і тканин
- •Культивування клітин. Історія методу
- •Введення клітин у культуру, їхнє походження
- •Характеристика клітин, що культивуються in vitro
- •Поживні середовища й умови культивування
- •Системи культивування клітин
- •Використання культури клітин людини
- •Культивування клітин і тканин безхребетних
- •Культивування органів
- •Гібридизація тваринних клітин. Історія методу
- •Методи створення експериментальних химер
- •1. Агрегаційний – був запропонований практично одночасно й незалежно один від одного Тарковським у Варшаві та Мінц у Філадельфії (1961-1962 р.).
- •2. Ін’єкційний – був розроблений р. Гарднером у 1968 р.
- •Механізм злиття клітин
- •Моноклональні антитіла. Функціональна структура антитіл
- •Одержання моноклональних антитіл
- •Методи аналізу: імуноферментний (іфа), імунолюмінесцентний, імунорадіологічний
- •Радіоактивні мітки
- •Застосування моноклональних антитіл
- •Клонування тваринних клітин. Історія клонування
- •Методи трансплантації ядер
- •Клонування ссавців. Історія клонування
- •Регулювання відтворення сільськогосподарських тварин
- •Суперовуляція
- •Аеробне очищення стічних вод
- •Анаеробні системи очищення
- •Показники забруднення стічних вод
- •Перелік питань які виносяться на підсумковий контроль
- •Література
Виробництво спиртів і поліолів
Етиловий спирт використовується для технічних потреб – для виробництва синтетичного каучуку, як розчинник, для синтезу інших речовин, а також на виготовлення напоїв і медичні потреби. Спиртове бродіння – найбільш вивчений біохімічний процес. Спиртове бродіння викликають найчастіше дріжджі, рідше деякі бактерії (Sarcina) і цвілеві гриби (Mucor). У промисловості дріжджі класифікують на верхівкові й низові. Верхівкові дріжджі інтенсивно ведуть бродіння й складно осаджуються. До них належать спиртові й хлібопекарські дріжджі Saccharomyces cerevisiae, а також винні дріжджі з виду Saccharomyces elipsoideus. До низових дріжджів відносяться види, які використовуються в пивоварній промисловості. У виробництві процес бродіння ведуть 2 – 3 доби.
У ході бродіння вуглеводи розпадаються в кінцевому результаті до етилового спирту, вуглекислого газу й води. Проміжний продукт – ацетальдегід. Якщо до поживного середовища додати сульфіти, які зв'язують ацетальдегід, при бродінні можна одержати значну кількість гліцерину, що й застосовується в промисловості. У цьому випадку основний кінцевий продукт бродіння – трьохатомний спирт гліцерин. У процесі спиртового бродіння можуть накопичуватися ізоаміловий, аміловий та ізобутиловий спирти (сивушні масла). Деякі дріжджі й бактерії здатні продукувати бутанол, а також 2,3-бутандіол. Ці продукти, як правило, синтезують із нафти, однак мікробне одержання етанолу й інших спиртів викликає все більший інтерес.
У більшості країн світу етанол добувають мікробіологічним шляхом з рослинної сировини. Сировиною можуть бути гідролізати деревини, меляса, крохмаль, молочна сироватка. Відходи виробництва етанолу містять білки, вуглеводи, рибофлавін та інші вітаміни, і можуть використовуватися як кормова добавка.
При одержанні спирту з деревини перед гідролізом деревину роздрібнюють до стружок товщиною 3 мм, шириною 10 – 70 мм і довжиною 25 мм. Гідроліз здійснюють у великих (до 50 кубометрів) гідролізних апаратах, які наповнюють стружкою, додають 0,5%-ний розчин Н2SО4 і вводять водяну пару під тиском 1 – 1,2 МПа. Варіння триває 40 – 50 хв. Вихід цукру 45 – 48% від сухої маси деревини. Реакція середовища отриманого гідролізату кисла, рН 1,8 – 2,2, тому його нейтралізують вапняним молоком, у якому міститься 1,1 – 1,2 кг/л вапна; у гідролізаті порівняно мало азоту й фосфору, тому попередньо до кожного кубічного метра гідролізату додають 0,3 кг суперфосфату й 0,15 кг сульфату амонію. При температурі 85°С через гідролізат продувають повітря, рН середовища 5 – 6. Гіпс осаджують, а прозору частину гідролізату після охолодження використовують для зброджування.
Спирт одержують і з меляси. Попередня підготовка поживного середовища дуже проста – мелясу розбавляють і додають поживні солі. Для готування напоїв використовують спирт, отриманий тільки з харчової сировини. Для технічних потреб використовують спирт, отриманий з гідролізатів деревини, сульфітного лугу.
Однак, знайдено бактерій Zymomonas mobilis, які вдвічі ефективніше зброджують вуглеводи в етанол, ніж дріжджі. У Бразилії виробництво паливного спирту вносить найбільший вклад в енергобаланс країни й становить мільярди літрів.
Ферментація меляси різними видами Clostridium acetobutilicum, іншими бактеріями, які викликають маслянокисле бродіння, може бути використана для одержання не тільки етанолу, але й ацетальдегіду, оцтової кислоти, етилацетату й діетилового ефіру. Субстратом для такого бродіння є зернові, мелясно-зернові відходи або меляса. Якщо середовище готують із зерна, наприклад, кукурудзи, то спочатку одержують борошно, змішують із водою з розрахунку 6 – 8 кг борошна на 100 л води. Потім закваску варять 2 години під тиском 0,2 МПа й стерилізують. Охолоджену до 37 – 42°С масу зброджують протягом 2 діб, рН середовища 5 – 7. У процесі бродіння із глюкози утворюється суміш, яка містить 6 частин бутилового спирту, 1 частину етилового спирту й 3 частини ацетону. Розроблено методи одержання ацетону й бутилового спирту із сульфітного лугу й гідролізатів деревини. При ацетоно-бутиловому бродінні на першому етапі утворюється оцтова й масляна кислоти, виділяється водень і вуглекислий газ. Потім масляна кислота відновлюється до бутилового спирту.
Штами-продуценти первинних метаболітів одержують шляхом індукованого мутагенезу, тому що в природі мутації, які ведуть до надмірної продукції одного з метаболітів шкідливі. Порушення в обміні речовин призводять до зниження конкурентноздатності й життєздатності мікроорганізмів. Первинні метаболіти синтезуються природними мікроорганізмами в кількостях, необхідних лише для задоволення їхніх потреб. Мутантні форми мікроорганізмів можуть синтезувати амінокислоти аж до концентрації 100 г/л (для порівняння – організми дикого типу накопичують амінокислоти в кількостях, які виражаються міліграмами).