Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь КАТЕГОРИИ:  Археология Биология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия ЭкологияТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву 
Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Традиционные источники углерода
Углеродсодержащее сырье является основным сырьем микробного синтеза. Наиболее широко применяемые в производственных условиях источники углерода перечислены в табл. 2. Большинство микроорганизмов хорошо ассимилирует углеводы. При катаболизме большое значение имеют строение углеродного скелета молекул (прямой, разветвленный или циклический) и степень окисления углеродных атомов. Легкодоступными считаются сахара, особенно гексозы, за ними следуют многоатомные спирты (глицерин, маннит и др.) и карбоновые кислоты. До недавнего времени существовало мнение, что органические кислоты малодоступны для большинства микроорганизмов, однако на практике довольно часто встречаются микроорганизмы, успешно утилизирующие органические кислоты, особенно в анаэробных условиях. Низкомолекулярные спирты (метанол, этанол) можно отнести к числу перспективных видов микробиологического сырья, так как их ресурсы существенно увеличиваются благодаря успешному развитию технологии химического синтеза. Многие дрожжи родов Candida, Hansenula, Rhodosporidium, Endomycopsis и др. способны ассимилировать этанол. Дрожжи родов Pichia, Candida, Torulopsis и др. и бактерии, принадлежащие родам Methy-lomonas, Protaminobacter, Flavobacterium и др., используют в качестве единственного источника углерода метанол и образуют биомассу с высоким содержанием белков (60—70%). В 1939 г. В. О. Таусоном была установлена способность разных видов микроорганизмов использовать в качестве единственного источника углерода и энергии н-алканы и некоторые фракции нефти. Отличительной особенностью углеводородов по сравнению с другими видами микробиологического сырья является низкая растворимость в воде. Этим объясняется тот факт, что только некоторые виды микроорганизмов в природе способны ассимилировать углеводороды. Максимальная растворимость н-алканов в воде около 60 мл/л при длине молекул от С2 до С4, но при увеличении цепи растворимость снижается.
Таблица 2. Источники углерода, применяемые для микробного синтеза
Кристаллическая глюкоза Техническая сахароза Техническая лактоза Гидрол Крахмал Уксусная кислота Спирт этиловый синтетический Узкая фракция жидкого парафина
99,5 % Сахарозы не менее 99,75 % Лактозы не менее 92% РВ не менее 70 % в пересчете на СВ СВ не менее 80 % Уксусной кислоты не менее 60 % Этанола не менее 92% н-Алканов 87—93 % Содержит до 9 % воды, до 0,07 % зольных веществ, в том числе железа не более 0,004 % Влажность до 0,15 %, зольных веществ не более 0,03 % Влажность до 3 %, зольных веществ не более 2 % и 1 % молочной кислоты Сиропообразная жидкость, РВ представлены главным образом глюкозой, зольных веществ до 7 %, рН 4,0 Зольных веществ Q.-35—1,2 % в пересчете на СВ (Содержит формальдегид и до 1,0 % муравьиной кислоты Содержит до 0,21 % изопропилового спирта и до 15 мг/л органических кислот Содержит до 0,5 % ароматических углеводородов и до 0,5 % серы Побочные продукты производства Многие ценные виды побочной продукции раньше считались отходами производства. В канализацию спускали воду после замачивания кукурузных зерен при их переработке в крахмал и глюкозу. Теперь эту воду упаривают, получая экстракт, и используют в микробиологической промышленности. Успешно используют отходы химического производства (смесь карбоновых кислот — янтарной, кетоглутаровой, адипиновой) и др.; сульфитный щелок, зерновую и картофельную барду, мелассу, гидрол и т. д. Таблица.3. Химический состав свекловичной мелассы
Лизин 41 Алании Гистидин 24 Цистин Аргинин 26 Валин Аспарагиновая кислота 251 Метионин Треонин 41 Изолейцин 118 Следы 89 120 13
Комплексное использование всей побочной продукции производства далеко от совершенства. В нашей стране ежегодно остается неиспользованной или нерационально используется около 1 млн т лактозы, содержащейся в сыворотке и пахте. В США из всего количества молочной сыворотки, образующейся при производстве сыра (ежегодно 20 млн т), половина теряется со сточными водами. В то же время известно, что из 1 т сыворотки можно получить около 20 кг сухой биомассы дрожжей. Кроме того, из сепарированной бражки можно выделить дополнительно около 4 кг протеина. Нерационально используется картофельный сок, выделяемый из картофеля при производстве крахмала, а также альбуминное молоко, получаемое из сыворотки. В микробиологической промышленности широко применяются меласса и гидрол — побочный продукт производства глюкозы из крахмала. Меласса характеризуется высоким содержанием сахаров (43—57%), в частности сахарозы (табл. 3). В микробиологической промышленности используется ряд других побочных продуктов (табл. 4). В дальнейшем необходимо учесть потенциальные возможности постоянно возобновляющихся сырьевых ресурсов — первичных продуктов фотосинтеза, в первую очередь гидролизатов древесины и депротеинизированного сока растений. Таблица 4. Побочные продукты, используемые в микробиологической промышленности в качестве основного сырья
Сульфитный щелок Картофельная барда Зерновая барда Гидрол Солодовое сусло Молочная сыворотка Депротеинизирован-ный сок растений Депротеинизирован-ный картофельный сок Гкдролизат древесных отходов Торфа | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Гидролизат (упаренный)
Пшеничные отруби
СВ 4,0—4,5 %, в том числе РВ 3,3—3,5 % СВ 4,3—4,5 %, в том числе РВ 2,0—2,2 % СВ 7,3—8,1 %, в том числе РВ 2,5—2,9 % СВ 76—78 %, в том числе сбраживаемых Сахаров 50%
СВ 15—20 %, в том числе РВ (мальтоза, декстрины) 8—12 %, витамины СВ 6,5—7,5 %, в том числе лактозы 4,0—4,8 %, белков 0,5—1,0%, жиров 0,05— 0,4 %, витамины СВ 5—8 %, в том числе РВ 0,8—2,0 %, аминокислоты, витамины
СВ 4—5 %, в том числе РВ 0,5—1,0 %, витамины, аминокислоты
СВ 6—9 %, в том числе РВ 3—4 %, органических кислот 0,3—0,4 % СВ 48—52%, в том числе РВ 26—33 % (галактоза, глюкоза, манноза, ксилоза, рамноза); гуминовые вещества
СВ 90—92 %, в том числе экстрактивных веществ 48—50%, крахмала 25— 30%, белков 11 — 13%, жиров 2,5—3,0 %, целлюлозы 15—17 %
| кормовых |
Производство
дрожжей То же
Производство дрожжей, антибиотиков, этанола
Выращивание дрожжей, бактерий, микромицетов
Получение дрожжей, этанола, лактанов
| кормовых |
Выращивание дрожжей
Производство хлебопекарных дрожжей, антибиотиков
Получение кормовых дрожжей
То же
Производство ферментов
Источники минерального питания
Азот. В бактериальных клетках азота до 12 % в пересчете на сухую биомассу, в мицелиальных грибах — до 10%. Микроорганизмы могут использовать как органические, так и неорганические источники азота. Известно, что бактерии более требовательны к источникам азота, чем большинство микромицетов, актиномицетов и дрожжей. У клеток животных и растений особые требования к источникам азота. Продуктивность по биомассе в зависимости от источника азота не всегда совпадает с продуктивностью целевого метаболита и зависит также от условий культивирования (табл. 5). При выращивании биомасс
|
|
Таблица 5. Влияние минеральных источников азота на рост биомассы и биосинтез лимонной кислоты мутантом A. niger при поверхностном и глубинном культивирования (Р. Я- Карклиньш)
| Источник азота | Поверхностное культивирование | Глубинное культивирование | ||
| АСБ, г/л | Лимонная кислота, г/л | АСБ, г/л | Лимонная кислота, г/л | |
| (NH,)2SO4 6,2 (NH4)2HPO4 4,2 NH4C1 5,5 KNO3 5,0 | 40 59 60 30 | 12 15 14 11 9 15 | 82 95 101 30 30 88 | |
| Ca(NO3)2 3,5 NH.CONHs 6,9 | 35 58 | |||
в концентрации 30—40 г/л потребность в добавках азотсодержащих солей обычно не превышает 0,3—0,4 % от объема среды. В периодических режимах культивирования потребление азота заканчивается в первые 6—12 ч роста (в первой половине экспоненциальной фазы). При направленном биосинтезе азотсодержащих метаболитов потребность в азоте существенно возрастает.
Большинство дрожжей хорошо усваивает аммиачные соли -сульфат аммония, фосфат аммония, а также аммиак из водного раствора. Соли азотной кислоты не всегда хорошо усваиваются. Только некоторые виды дрожжей испытывают потребность в нитратах. Часто источником азота в состав сред включают мочевину. При направленном биосинтезе, например, целлюлолитических ферментов грибом Peniophora gigantea наивысшая биохимическая активность клеток наблюдается на средах с органическим азотом (аспарагин, пептон и др.).
Другие минеральные соли. Фосфор, как известно, входит в состав нуклеиновых кислот, фосфолипидов и других важных компонентов клетки. Иногда фосфор накапливается в ней в виде полифосфатов. Небольшая часть усвоенного фосфора существует в форме макроэргических соединений — АТР.
Фосфор является важным компонентом клетки. Микроорганизмы нуждаются еще в 10 минеральных элементах, но в значительно меньших количествах (10~3— 10~4М). Повышенная потребность микроорганизмов в микроэлементах возникает, если целевой метаболит содержит микроэлемент. Так, при биосинтезе витамина В]2 в состав питательной среды включают кобальт; молибден и бор стимулируют биосинтез тиамина в клетках клубеньковых бактерий; медь присутствует в ряде ферментов, переносящих электроны от субстрата к кислороду.
|
|
Минеральный состав питательной среды формирует распределение электрических зарядов на поверхности клеток. Обычно клетки микроорганизмов имеют отрицательный потенциал (16— 20 мВ). При добавлении в среду электролитов он снижается, и тем сильнее, чем выше валентность добавляемого противоиона. Увеличение содержания К+ или Na+ до 500 мг/л уменьшает величину потенциала клеток до 10—12 мВ. Введение в среду 60— 80 мг/л Са2+, Fe2+ или Си2+, равно как и 5 мг/л Аl+3, может привести клетки в электронейтральное состояние. В отличие от бактерий дрожжи и мицелиальные грибы не перезаряжаются и не приобретают положительный потенциал. Изменение электрического потенциала клеток может изменить их физиологическую деятельность, воздействовать на селективность клеточной мембраны, вызвать флокуляцию или флотацию клеток.
