Биотехнологические способы получения энергоносителей.

Энергоноситель - это вещество или явление, которое может быть использовано для производства механической работы, нагрева, химических реакций, физических процессов. К природным энергоносителям относят: воду гидросферы (при использовании энергии рек, морей, океанов); горячую воду и пар геотермальных источников; воздух атмосферы (при использовании энергии ветра); биомассу; органическое топливо (нефть, газ, уголь и т. д.). Экологически чистую энергиию можно получить путем преобразования солнечной энергии в электр.из биогаза и микробного этанола. Биогаз-смесь метана, СО2, сероводорода, примесей N2, O2, H2, CO. В основе получения биогаза лежит биометаногенез – сл.микробиологич.процесс, где орг.в-во разлагается до диоксида углерода и метана в аэробных условиях. Стадии: 1- под влиянием экстрацеллюлярных ферментов ферментат.гидродизу подвергаются белки, липиды, полисахариды;2 (ацидогенез)- участие 2 групп микроорг-ов (ацетогенные и гомоацетатные) –первые ферментируют моносахариды, спирты и орг.к-ты с образ-ем водорода, угл.газа, низших жирн.к-т (ацетат, спирты), совместное взаимодействие с с водород-продуцирующими и водород-утилизирующими бактериями. Гомоацетатные микроорг-мы усваивают водород, угл.газ, и превращение соединений в ацетат; 3 – образование метана (ч/з стадию восстан-я углек.газа молекулярным водородом или из метильной группы ацетата).В качестве субстрата: формиат, углек.газ, метанол, метиламин, ароматическ.соед-ния. В зав-сти от t протекания процесса метановые бактерии: мезо-(30-40°) и термофильные (50-60°). Для получения биогаза используют отходы с/х, чаще – вторичные (отходы животноводства, сточные воды городов). Обработка осуществляется с помощью реактора. Преимущество биогаза- он является возобновляемым источником энергии. Энергию можно получать и из растений, превращая углеводы в спирт (этанол). Это меласса, маниок, картофель, стебли кукурузы, злаки, топинамбур; а так же из гидролизатов древисины листвен.пород или из сульфитных щелоков – отходов бумажных фабрик. Данный спирт можно смешивать с бензином и заправлять машины. Этанол используют в качестве растворителя, антифриза, экстрагента, субстата для синтеза. При переработке растения, его тщательно давят, жом отделяют от сока, сжигают, сок концентрируют, стерилизуют, подвергают брожению. Раствор отделяют от тв.компонентов и из 8-10% спирт.р-ра путем перегонки получают этанол. Из оставш.ж-сти после перегонки извлекают компоненты удобрений с выходом 2-35. Кубовый остаток используют в кач-ве корма для с/х животных. Существуют новые пути биотрансформации солн.энергии при фотосинтезе. Одна из особенностей Ф-за - ↓эффективности преобразования солнечной энергии при высоких значениях интенсивности света.

 

37. Биомасса микроор-в может обладать высокой питательной ценностью, которая опред-тся белками-они составляют значит. долю сухой массы клеток. Выращивание микробов в пищевых целях представляет интерес по двум причинам. Во-1-х, они растут гораздо быстрее, чем раст. и жив. Во-2-х, в зависимости от выращиваемых микроор-в в качестве субстратов могут использоваться разнообразные виды сырья. 1.1Получение микробного белка на низших спиртах. Культивирование на метаноле. Основное преимущество этого субстрата – высокая чистота и отсутствие канцерогенных примесей, хорошая раст-сть в воде, высокая летучесть. Биомасса, полученная на метаноле, не содержит нежелательных примесей, что дает возможность исключить из технол. схемы стадии очистки.В качестве продуцентов, использующих метанол в конструктивном обмене, были изучены как дрожжевые, так и бактериальные штаммы. Особенности процесса культивирования во многом обусловлены применяемым штаммом-продуцентом и условиями асептики. Кроме метанола, в качестве сырья используют этанол, имеет малую токсичность, хорошую раств-сть в воде, небол. кол-во примесей. 1.2 Получение белковых веществ на углеводном сырье. Одним из первых субстратов, используемых для получения кормовой биомассы, были гидролизаты растит. отходов, предгидрализаты и сульфитный щелок – отходы целлюлозно-бумажной пром-ти. Интерес:оно может служить основой для создания безотходной технологии переработки.

 

38. Аминокислоты -орган. соединения, содержащие одновременно щелочную аминную группу (NH2-) и кислотную.По объему производства среди соединений, производимых биотехнологическими способами, а/к стоят на первом месте, а по стоимости – на втором, уступая только антибиотикам.Объем мирового производства а/к составляет более 500 тыс. т. в год. В промышленных масштабах белковые а/к получают:1.Гидролизом природного белковосодержащего сырья.2.Хим синтезом.3.Микробиол синтезом.4. Биотрансформацией предшественников а/к с помощью микроор-мов или выделенных из них ферментов (химико-микробиол. метод).При гидролизе отходы пищевой и молочной промышленности нагревают с растворами кислот или щелочей при 100-105 С в течение 20-48 час. Чаще всего используют 20% р-р соляной к-ты, обеспечивающий глубокий гидролиз белка. Лучшим способом уменьшения потерь белка при гидролизе является проведение его в вакууме или в атмосфере инертного газа, а также соблюдение высокого соотношения количества к-ты, взятой для гидролиза и массы белка (200:1).Перспективен и экон. выгоден микробиологический синтез аминокислот: возможности получения а/к на основе возобновляемого сырья. Стадии производства глутаминовой кислоты:1.Приготовление пит среды: в ее составе должны присутствовать источники углерода и азота, биостимуляторы, витамины (биотин), кукурузный экстракт, экстракт кормовых дрожжей, пептон, сульфаты магния, марганца и железа.2.Производственное культивирование: условия культ-ния – рН 7,8-8, темп 28-30 °C, хорошая аэрация.3.Освобождение целевого продукта из биомассы методом центрифугирования.4.Концентрирование культуральной жидкости в выпарном аппарате до 40–50%абсолютно сухого вещества.5.Кристаллизация и последующее подкисление целевого продукта до рН 3,2 и охлаждение его до 15 °C.

 

39. Биотехнология получения витаминов. Витамины предст. собой группу незаменимых орган.соедин. различн.хим. природы, необход. любому ор-му в ничтожных концентрациях и выполн. в нем каталитические и регуляторные ф-ции. Способностью к синтезу В. облад. автотрофы, в частности растения. Многие микроорганизмы образ. ряд В, поэтому синтез В. с пом. мик­ро-мов стал основой для разработки технологий промыш­ленного производства этих биолог. активных соединений. Получение витамина В₂ (рибофлавин). В наиб. концентрации он присутствует в моркови и печени трески. В 1935 г. обнаружен активный его продуцент — гриб Eremothecium ashbyii, способный при выра­щивании на 1 т питат. смеси синтезировать 25 кг вит. В₂. В с-в среды для роста продуцентов вит. В₂ входят— соевая мука, куку­рузный экстракт, сахароза, карбонат кальция, хлорид натрия, гидрофосфат калия, витамины, технический жир. Перед подачей в ферментер среду подвергают стери­лизации, добавляя к ней антибиотики и антисептики. Подготав­лив. жидкую питат. среду и посевной материал культу­ры дрожжей ферментере и посевном аппа­рате. В качестве посевного материала используют споры Е. ashbyii, выращенные на пшене. После стерили­зации жидкий посевной материал подается в ферментер. Процесс ферментации грибов -3 суток при t 28 — 30 °С.Культуральную жидкость концентри­руют в вакууме, высушивают на распылительной сушилке (влаж­ность 5— 10%) и смешивают с наполнителями. Получение витамина В₁₂ цианокобаламин регулирует углеводн. и липидн. обмен, уча­ствует в метаболизме незаменимых аминокислот, пуриновых пиримидиновых оснований. Ферментацию осуществл.термофильных микро-мы, производ. ме­тановое брожение. Микро-мы вкл. целлюлозоразлагающие, углеводсбраживающие, аммонифицирующие, сульфитвосстанавливающие и метанообразующие бактерии. На 1 фазе процесса (10 — 12 дней) развив. термофильные углеводсбраживающие и аммонифицирующие бактерии. При этом в слабокислой среде (рН 5,0—7,0) орган. соед. пре­вр. в жирные кислоты и аммиак. На 2 фазе(среда рН 8,5)преоблад. мета­нообразующие бактерии, кот. сбраживают возник. на 1 фазе продукты до метана и диоксида углерод.Метанообраз. бактерии - главные продуценты витамина. В питат. среду добавл. соединен. кобальта,низшие жирные к-ты и низшие спирты, что позволяет повысить выход вита­мина. Подготовл. сырье освобождают в декантаторе от взвешен­. частиц и подают в ферментер.Одновременно в ферментер по­ступ. посевной материал культуры микро-мов, предва­рительно выращенный в спец. аппаратах. Для выращив. продуцента требуются облигатно анаэробные условия, Продукт ферментации стаби­лизируют, подкисляя соляной или фосфорной кислотой до рН 6,3 — 6,5 и добавл. 0,2 — 0,25 % сульфита натрия, что предотвра­щает разрушение витамина при тепловой обработке, Экстракция протекает в теч. часа, после чего водный р-р охлажд., нейтрализуют р-ром едкого натра, добавл. коагулянты белка с послед. фильтрованием. Фильтрат упаривают и очищают,после проводят кристаллизацию витамина при t3-4С из одноацетонового раствора.