Стадии биотехнологических производств

1. Подготовительные стадии:

Подготовительные стадии - служат для приготовления и подготовки необходимых видов сырья биотехнологической стадии. На стадии подготовки могут быть использованы следующие процессы: Приготовление среды, обычно жидкой, включающей необходимые компоненты питания для биотехнологической стадии.

1. Приготовление среды 2. Стерилизация среды 3. Подготовка и стерилизация газов (воздуха) 4. Подготовка посевного материала 5. Приготовление биокатализатора 6. Предварительная обработка сырья.

2. Биотехнологические стадии:

Основной стадией является собственно биотехнологическая стадия, на которой с использованием того или иного биологического агента (микроорганизмов, изолированных клеток, ферментов или клеточных органелл) происходит преобразование сырья в тот или иной целевой продукт. Обычно главной задачей биотехнологической стадии является получение определенного органического вещества. Однако биотехнологическая стадия, как правило, включает в себя не только синтез новых органических соединений, но и ряд других биотехнологических процессов, перечисленных ранее.

1. Ферментация 2. Биотрансформацвия 3. Биокатализ (реакции с ферментами) 4. Биоокисление 5. Метавовое брожение 6. Биокомпостирование 7. Биосорбция 8. Бактериальное выщелачивание 9. Биодеградация

3. Разделение жидкости и биомассы:

Чаще всего целевой продукт находится либо в самой биомассе, либо в жидкости. В обоих случаях необходимо сначала разделить эти две фазы, В зависимости от свойств биомассы и жидкости для этих целей могут быть использованы различные процессы.
1. Отстаивание 2. Фильтрация 3. Сецарация 4. Центрифугирование 5. Микрофильтрация 6. Ультрафильтрапия 7. Коатуляция 8. Флотания

4. Выделение вне-внутриклеточных продуктов:

Эта стадия имеет определенные отличия, связанные с тем, являются продукты внеклеточными или внутриклеточными.

1. Экстракция и экстрагирование 2. Осаждевие Цевтрифугировавие 3. Адсорбция 4. Ионцый обмен 5. Оттонка, ректификацця 6. Деэиятеграшiя 7. Гидролиз 8. Ферментолиз 9. Ультрафильтрация

5. Очистка продукта

На стадии выделения продукта главная задача – отделить основную часть продукта. Поэтому необходимо получать биопродукты высокой кондиции, добавляют еще стадию очистки продукта. Задача этой стадии убрать примеси, сделать продукт максимально чистым.

1. Экстракция 2. Осождение 3. Адсорбция 4. Ионный обмен 5. Храмотография 6. Диализ 7. Ультрофильтрация 8. Обратный осмос 9. Ферментолиз 10. Кристаллизация 11. ректификация

6. Концентрирование продукта

После очистки продукта он часто находится все-таки в растворе с небольшими концентрациями примесей. Дальнейшая задача — обеспечить его концентрирование.
Необходимо рассмотреть, как обычно меняется концентрация целевого продукта от биотехнологической стадии до готовой формы продукта.

 

1. Выпаривание 2. Сушка 3. Осаждение 4. Кристаллизация 5. Фильтрация 6. Ультрафильтрация 7. Нанофильтрация

7. Изготовление готовой формы продукта

На завершающей стадии производства продукт приобретает товарную форму за счет проведения процессов гранулирования (формирование гранул из порошка или прямо из раствора), дражирования, таблетирования (формирование драже, таблеток), розлива или фасовки, амвулирования (затаривания в ампулы).

1. Гранулирование 2. Дражирование 3. Таблетирование 4. Розлив 5. Фасовка 6. Ампулирование

 

Сырье для процессов ферментации. Основные понятия

Сырье для процессов ферментации прежде всего решает проблему формирования питательных сред, в которых должны содержаться необходимые элементы для построения биомассы микро- организмов; среда является также средой обитания микроорганизмов.

Мы уже касались вопросов элементного состава биомассы микроорганизмов, главным образом основных элементов, составляющих до 95--96% сухой массы клеток. Это углерод (50%), водород (8%), кислород (20%), азот (14%), фосфор (3%) и сера (1%).

Кроме того, в клетках содержится 3—4% макроэлементов — таких, как калий (до 1%), натрий (до 1%), кальций (до 0,5%), магний (до 0,5%) и железо (до 0,2%). Их содержание в биомассе сравнительно велико.

Микроэлементы входят в биомассу в следовых количествах (в целом до 0,3%), в том числе марганец, кобальт, медь, молибден, цинк, бор и др. Повышенные концентрации этих элементов оказывают ингибирующее действие на развитие микроорганизмов, но без их микродоз обойтись нельзя.

Витамины требуются для развития многих микроорганизмов ауксогетеротрофоов — неспособных синтезировать их самостоятельно. Чаще всего необходим комплекс витаминов группы В - тиамин, никотиновая кислота, пантотеновая кислота, пиридоксин, инозит и биотин (последнего недостает чаще всего). Но количество витаминов требуется довольно малое (тысячные доли миллиграмма в литре среды), они могут находиться в натуральном сырье.

Потребности микроорганизмов в питании разнообразны, они идут от физиологии и являются основой рецептуры сред. Универсальных сред нет.

По физическому состоянию среды могут быть твердые (агар-агар, желатин и т. д.), жидкие и сыпучие (увлажненные отруби, зерно, солома, опилки).

П о с о с т а в у среды могут быть натуральными или синтетическими. Натуральные среды включают в себя продукты животного или растительного происхождения, сложные и непостоянные по составу. Синтетические среды составляются из определенных

химических соединений, обычно из небольшого числа веществ. Они более дороги и менее продуктивны. В них-то и необходимо вносить макро- и микроэлементы, а также витамины.

Сырье представляет собой имеющиеся в распоряжении конкретные вещества, чистые или комплексные, которые содержат необходимые питательные компоненты. Они должны быть доступными и не очень дорогими и не содержать вредных примесей. Поэтому на каждый вид используемого сырья (в том числе и натурального) должны быть стандарты, определяющие его качество.

Вода — по массе самый значительный вид сырья, хотя и самый дешевый. Например, на 1 т пекарских дрожжей при производстве расходуется 150—180 м3 воды. Многие виды продуктов биотехнологии определяются качеством воды (взять хотя бы пиво, вино). Рассмотрим основные требования к этому виду сырья.

Вода должна быть биологически чистой (не более 100 микроорганизмов в 1 мл воды), бесцветной, без привкуса и запаха, не должна давать осадка. Сухой остаток воды после выпаривания — не более 1 г/л, общая жесткость — не более 7 мг-экв/л. Слишком жесткая вода неблагоприятно влияет на процессы ферментации. По содержанию вредных примесей введены следующие ограничения:

свинец —до 0,1 мг/л;

мышьяк — до 0,05 мг/л;

фтор—до 1,5мг/л;

цинк — до 5,0 мг/л;

медь — до 3,0 мг/л.