3.2. Отличия биотехнологических процессов от химических. Обобщенные схемы основных производств микробиологического синтеза.
В БТ производствах:
1. Исп-ся более сложная форма материи- биологическая, клетка, популяция или др. автономная саморегулирующая система. Хим. Природа осуществляемых процессов сложна и не до конца изучена.
2. Процессы осущ-ся в узком интервале температур при относительно низких концентрациях субстрата и получаемых продуктах порой в вязких жидкостях часто образующих пену
3. Для популяции м-ов часто хар-на гетерогенность по возрасту, размеру, физиологич. ативности
4. В ходе процесса проис-т изменение св-в среды ( изменяется вязкость, состав среды)
5. Часто процессы проис-ят в гетерогенной системе
6. возможность получения специфических и уникальных природ в-ев , часть из которых (например белки , ДНК) еще не удается получить хим путем
7. Проведение БТ процессов при относительно невысоких тем-рах и давлениях
8. М/О имеют значительно более высокие скорости роста и накопления кл массы, чем др организмы
9. В кач-ве сырья в БТ можно исп-ть дешевые отходы с-х и пром-ти
10. БТ процессы по сравнению с хим-кими более экологичны, имеют меньше вредных отходов, близкиз к протекающим в природе естественным процессам
11. Как правило технология и аппаратура в БТ производствах более просты и дешевы
Стадии БТ производств
1. Подготовительные стадии
- Приготовление среды
- Стерилизация среды
- Подготовка и стерилизация газов (воздуха) очистка от пыли и влаги,обеспечение требуемой тем-ры и очистке от присутвующих в воздухе м-ов, включая споры
- Подготовка посевного материала
- Приготовление биокат-ра, либо ыермент в свободном или закрепленном на носителе виде, либо биомассу м-ов, выращенную предварительно до состояния, в котором проявляется ее ферм-ая активность
- Предварительна обработка сырья ( например, при получении спирта пшеницу сначала дробят, затем подвергают ферментативному процессу осахаривания, после чего осахаренное сусло на БТ стадии путем ферментации превращается в спирт)
2.БТстадии ( выд-ся газ)
- Ферментация – процесс осущ-ый с помощью культивирования м-о
- Биотрансфорация –процесс изм-я хим стр-ры кл-ок под действием ферментов
- Биокатализ- хим превращение в-ва, протекающие с исп-ем биокат-ров-фер-ов
- Биоок-ие- потребление загрязняющих в-ев с помощью м-ов или ассоциации м-ов в аэробных условиях
- Метановое брожение- переработка орг отходов с помощью ассоциации метаногенных м-ов в анаэробных условиях
- Биокомпостирование- снижение содержания вредных орг в-ев ассоциацией м-ов в тв отходах, которым придана спец взрыхленная структура для обеспечения доступа воздуха и равномерного увлажнения.
- Биосорбция- сорбция вредных примесей из газов или жидкостей м-ами, обычно закрепленных на спец ТВ носителях
- Бактериальное выщелачивание- процесс перевода нерастворимых в воде соединений металлов в растворенное состояние под действием спец м-ов
- Биодеградация- деструкция вред соед-ий под воздействием м-ов-деструкторов
Обычно БТ стадия имеет в кач-ве выходных потоков один Ж поток и один Газовый, иногда только один жидкостной. В случае если процесс протекает в ТВ фазе(созревание сыра или биокомпостирование отходов), выходом является поток переработанного ТВ прод-та
3. Разделение Ж и биомассы. Целевой про-т нах-ся либо в самой биомассе либо в Ж.надо разделить. В зав-ти от св-в биомассы и Ж исп-т различные процессы
Отстаивание- под действием грав-ых сил (при очистке СВ)
Фильтрация- пропуск-ие суспензии чз филтр матер, на кот задер-ся частицы ТВ фазы-биомасса (про-во антибиотиков)
Сепарация, центрифугирование под действ центробежных сил(отделение дрожжей или бактерий в пр-ве кормовой биомассы)
Микрофильтрация, ультрафильтрация- пропускание суспензии чз мембраны с весьма малым размером пор, обесмпеч удерж Кл м-ов на мембране и получение р-ра, свобод от взвеш Кл
Коагуляция-добавл в суспенз реагентов, способ обр-ю и осаж более круп Кл агломератов и отделению их от Ж путем отстаивания
Флотация- захват биомассы м-ов пузврьками пены и выд-ие ее из пенной фракции
4. Выд-ие прод биосинтеза
Для внутриклеточных продуктов сначала надо разрушить Кл оболочку одим из метод:
Дезинтеграция кл-ок (физ мет, путем замораживания и продавливания, ультразвуком,резким сбросом давл,или хим и БТ методами), гидролиз (хим методами и темпер),ферментолиз(ферментами при повыш темпер)
После разрушения исп-ся методы общие для внекл и внутрикл прод-ов
Экстракция- переход цел пр-та из вод фазы в несмеш-ся с водой орг ж-ть(экстрагент), осаждение- выд-е цел пр-та путем добавл к ж-ти реагента, взаим-его с раст-ым пр-ом и переводящим его в ТВ фазу, адсорбцияперевод раст в жид-ти прод-та в ТВ фазу путем его соббции на спец ТВ носителях-сорбентах, ионный обмен,отгонка,ректиф-я, ценртрифуг-ие
5. Очистка пр-та-убрать примеси (исп-ся экстракция,адсорбция, ионный обмен,, ультрафильтр-я ,обрат осмос, рект-я, ыерментолиз а также хроматография-похож на адсорбцию, на ТВ сорбенте собир-ся раств в-ва, несколько, часто близких по стр-ре, например смеси белков,нуклеотидов, сахаров,и они выходят из сорбента кА-бы по очереди, что позволяет их разделять а значит и очищать друг от друга, диализ-чз полупроницаемую перегородку могут переходить низкомолекулярные в-ва, а высокомолек в-ва остаются( очистка вакцин и фер-ов от низкомолек раств-ых примесей,кристаллизация-баз-ся на различ рас-ти в-ев при раз-ой тем-ре, медл охлаж-ие позволяет фор-ть крист-лы из р-ров цел-ых продуктов (вся грязь остается в маточном р-ре, так получают кристаллы пенициллина)
6. Концентрирование пр-та. Выпаривание, сушка, осаждение,крист-я с фильтр-ей получив-ся крист-ов, ультрафильтр-я, гиперфильтр-я, обеспеч-ие как-бы отжим р-ля из р-ра
7. Получение готовой формы продукта. Гранулирование,дражирование,таблетирование, розлив, фасовка, ампулирование.
Принципиальные схемы основных производств продуктов микробного синтеза.
Аэробный биосинтез в условиях чистой культуры (получение антибиотиков, аминокислот медицинского назначения, ферментов):
Анаэробный биосинтез в условиях чистой культуры, выделение, очистка и сушка продукта (витамин В12, производство ацетона, бутанола, плазмазаменителя):
Аэробный биосинтез в условиях чистой культуры, выделение и сушка биомассы (антибиотики, вакцины, бак. Препараты для с/х):
Аэробный биосинтез (преимущественно получение кормовых дрожжей):
1 – атмосферный воздух;
2 – сжатие и тонкая очистка воздуха;
3 – стерильный воздух;
4 – питательная среда;
5 – стерилизация;
6 – стерильная среда;
7 – культивирование, биосинтез;
8 – культуральная жидкость;
9 – предварительная обработка и фильтрация;
10 – нативный раствор или биомасса;
11 – выделение;
12 – очистка;
13 – сушка;
14 – готовый продукт.