3 Технология ферментационных процессов

При ферментационной технологии можно использовать цельные живые клетки (микробов, клетки животных и растений) или какие-нибудь клеточные компоненты(например, ферменты) с целью физических или химических преобразований органических веществ. Однако недостаточно получать требуемые изменения веществ, метод должениметь преимущества перед другими, применяемыми в настоящее время, технологиями производства этих же самых продуктов.

Преимущества производстваорганических продуктов биотехнологическими способами перед чисто химическими методами достаточно многогранны:

• многие сложные органические молекулы, такие, как белки и антибиотики, не могут практически быть синтезированы химическими способами;

• биоконверсия обеспечивает значительно больший выход целевого продукта;

• биологические системы функционируют при более низких температурах, менее высоких значениях рН (близких к нейтральному) и т. п.;

• каталитические биологические реакции намного специфичнее, чем реакции химического катализа;

• биологические процессы обеспечивают почти исключительно продукцию чистых изомеров одноготипа, а не их смесей, как это часто бывает в реакциях химического синтеза.

Но вместе с тем биологические способы в сравнении с химическими методами обладают рядом явных недостатков:

1. Биологические системы могут легко быть загрязнены посторонней нежелательной микрофлорой.

2. Целевой продукт, синтезируемыйбиологическим способом, присутствует в довольно сложной смеси, что обусловливает необходимость разделения его от примеси ненужных веществ.

3. Биотехнологические производства требуют больших количеств воды, которую в итоге необходимо удалять, сбрасывая в окружающую среду.

4. Биопроцессы обычно идут медленнее в сравнении со стандартными химическими процессами.

Для каждого биотехнологического процесса должна быть разработана подходящая схема, а сам процесс должен постоянно наблюдаться и тщательно контролироваться. Для большинства практических биотехнологических процессов такими системами являются ферменторы или биореакторы, которые обеспечивают необходимые физические условия, способствующие наилучшему взаимодействию катализатора со средой и поставляемым материалом. Биореакторы варьируют от простых сосудов до весьма сложных систем с различным уровнем компьютерного оснащения.

Биореакторы изготавливаются в двух вариантах или типах. Первый тип для нестерильных систем, когда нет абсолютной необходимости оперировать с чистыми культурами микроорганизмов (например, ферментация при пивоварении, производство пекарских дрожжей и т. п.). Биореакторы второго типа предназначены для асептических процессов, обычно используемых в производстве таких соединений как, антибиотики, аминокислоты, полисахариды и одноклеточный бактериальный белок. В реакторах такого типа все посторонние микроорганизмы должны быть исключены, что, естественно, связано со значительными сложностями при их конструировании и разработке самого биотехнологического процесса.

Основное требование к биореакторам любого типа сводится к обеспечению оптимальных условий роста продуцента или накоплению синтезируемого им продукта. Для достижения указанных целей необходимо разрабатывать технологию, призванную оптимизировать процесс, а именно: использовать подходящий источник энергии, набор питательных веществ должен соответствовать питательным потребностям организма-продуцента, из ростовой среды должны быть удалены соединения, ингибирующие его жизнедеятельность, должна быть подобрана соответствующая посевная доза и, наконец, обеспечены все остальные требуемые физико-химические условия. Экономически рентабельные процессы в своей основе весьма сходны, независимо от избранного продуцента, используемой среды и образуемого продукта. Главная задача – получение максимального количества клеток с одинаковыми свойствами при их выращивании в определенных тщательно контролируемых условиях. Фактически один и тот же биореактор (лишь с небольшими изменениями) может быть использован

для производства ферментов, антибиотиков, органических кислот или одноклеточного белка.