Mikroorganizmi se koriste u industrijskoj proizvodnji 1 vitamina. Područja primjene mikroorganizama

Suvremena biotehnologija temelji se na dostignućima prirodnih znanosti, tehnike, tehnologije, biokemije, mikrobiologije, molekularne biologije i genetike. Biološkim metodama se suzbijaju onečišćenja okoliša i štetnici biljnih i životinjskih organizama. Dostignuća biotehnologije također uključuju korištenje imobiliziranih enzima, proizvodnju sintetskih cjepiva i korištenje stanične tehnologije u uzgoju.

Hibridomi i monoklonska protutijela koja proizvode naširoko se koriste kao dijagnostički i terapijski lijekovi.

Bakterije, gljive, alge, lišajevi, virusi i protozoe imaju značajnu ulogu u životu čovjeka. Od davnina su ih ljudi koristili u procesima pečenja kruha, proizvodnje vina i piva te u raznim industrijama. Trenutno, zbog problema dobivanja vrijednih proteinskih tvari, povećanja plodnosti tla, čišćenja okoliša od zagađivača, dobivanja bioloških proizvoda i drugih ciljeva i zadataka, opseg proučavanja i korištenja mikroorganizama značajno se proširio. Mikroorganizmi pomažu ljudima u proizvodnji učinkovitih proteinskih hranjivih tvari i bioplina. Koriste se pri primjeni biotehničkih metoda pročišćavanja zraka i otpadnih voda, pri korištenju bioloških metoda za uništavanje poljoprivrednih štetočina, pri dobivanju ljekovitih lijekova i pri uništavanju otpadnih materijala.

Neke vrste bakterija koriste se za regeneraciju vrijednih metabolita i lijekova, koriste se za rješavanje problema biološke samoregulacije i biosinteze te za pročišćavanje vodenih tijela.

Mikroorganizmi, a prije svega bakterije, klasičan su objekt za rješavanje općih problema genetike, biokemije, biofizike i svemirske biologije. Bakterije se široko koriste za rješavanje mnogih problema u biotehnologiji.

Mikrobiološke reakcije zbog svoje visoke specifičnosti imaju široku primjenu u procesima kemijskih transformacija spojeva biološki aktivnih prirodnih spojeva. Postoji oko 20 vrsta kemijskih reakcija koje provode mikroorganizmi. Mnogi od njih (hidroliza, redukcija, oksidacija, sinteza itd.) uspješno se koriste u farmaceutskoj kemiji. Za izvođenje ovih reakcija koriste se različite vrste bakterija, aktinomiceta, gljiva sličnih kvascima i drugih mikroorganizama.

Stvorena je biotehnološka industrija za proizvodnju antibiotika, enzima, interferona, organskih kiselina i drugih metabolita koje proizvode mnogi mikroorganizmi.

Neke gljive iz rodova Aspergillus i Fusarium (A.flavus, A.ustus, A.oryzae, F.sporotrichiella) mogu hidrolizirati srčane glukozide, ksilozide i ramnozide, kao i glikozide koji sadrže glukozu, galaktozu ili arabinozu kao konačni šećer. . Nikotinska kiselina se dobiva pomoću A.terreus.

U farmaciji se mikrobiološkim pretvorbama dobivaju fiziološki djelotvornije tvari ili poluproizvodi, čija se sinteza čisto kemijskim putem postiže vrlo teško ili uopće nije moguća.

Mikrobiološke reakcije koriste se u proučavanju metabolizma ljekovitih tvari, mehanizma njihova djelovanja, kao i za razjašnjavanje prirode i djelovanja enzima.

Mnoge protozoe su proizvođači biološki aktivnih tvari. Konkretno, protozoe koje žive u buragu preživača proizvode enzim celulazu, koji potiče razgradnju vlakana (celuloze).

Protozoe su proizvođači ne samo enzima, već i histona, serotonina, lipopolisaharida, lipopolipeptidoglukana, aminokiselina, metabolita koji se koriste u medicini i veterini, prehrambenoj i tekstilnoj industriji. Oni su jedan od objekata koji se koriste u biotehnologiji.

Uzročnik južnoameričke tripanosomijaze, Trypanosoma cruzi, proizvođač je lijeka protiv raka krucina i njegovog analoga tripanoze. Ovi lijekovi imaju citotoksični učinak na stanice malignih tumora.

Trypanosoma lewisi, Crithidia oncopelti i Astasia longa također su proizvođači inhibitora antiblastoma.

Lijek astalizid, kojeg proizvodi Astasia longa, ima ne samo antiblastomski učinak, već i antibakterijski učinak (protiv E. coli i Pseudomonas aeruginosa), kao i antiprotozoalni učinak (protiv Leischmania).

Protozoe se koriste za proizvodnju višestruko nezasićenih masnih kiselina, polisaharida, histona, serotonina, enzima, glukana za upotrebu u medicini, kao iu prehrambenoj i tekstilnoj industriji.

Herpetomonas sp. A Crithidia fasciculate proizvodi polisaharide koji štite životinje od Trpanosoma cruzi.

Budući da biomasa protozoa sadrži do 50% bjelančevina, slobodnoživuće protozoe koriste se kao izvor bjelančevina u hrani za životinje.

Enzimski pripravci Aspergillus oryzae koriste se u pivarskoj industriji, a enzimi A. niger u proizvodnji i bistrenju voćnih sokova i limunske kiseline. Pečenje pekarskih proizvoda poboljšava se upotrebom enzima A.oryzae i A.awamori. U proizvodnji limunske kiseline, octa, stočne hrane i pekarskih proizvoda, proizvodni pokazatelji se poboljšavaju korištenjem Aspergillus niger i aktinomiceta u tehnološkom procesu. Korištenje pročišćenih pripravaka pektinaze iz micelija A. niger pri dobivanju sokova pomaže povećati njihov prinos, smanjiti viskoznost i povećati bistrenje.

Bakterijski enzimi (Bac.subtilis) koriste se za očuvanje svježine konditorskih proizvoda i tamo gdje je nepoželjna duboka razgradnja proteinskih tvari. Primjena enzimskih pripravaka iz Bac.subtilis u slastičarskoj i pekarskoj proizvodnji pomaže u poboljšanju kvalitete i usporavanju procesa rđanja proizvoda. Enzimi

Bac.mesentericus aktivira uklanjanje kožnih sirovina.

Mikroorganizmi se široko koriste u prehrambenoj industriji i industriji fermentacije.

Mliječni kvasac ima široku primjenu u mliječnoj industriji. Uz njihovu pomoć pripremaju se kumi i kefir. Enzimi ovih mikroorganizama razlažu mliječni šećer na alkohol i ugljični dioksid, zbog čega se poboljšava okus proizvoda i povećava njegova probavljivost u tijelu. U proizvodnji mliječno-kiselih proizvoda u mliječnoj industriji naširoko se koristi kvasac koji ne fermentira mliječni šećer i ne razgrađuje bjelančevine i masti. Pomažu u očuvanju ulja i povećavaju vitalnost bakterija mliječne kiseline. Filmski kvasac (mikoderma) pospješuje zrenje mliječno kiselih sireva.

Gljive Penicillum roqueforti koriste se u proizvodnji sira Roquefort, a gljive Penicillum camemberi koriste se u procesu zrenja snack sira.

U tekstilnoj industriji naširoko se koristi pektinska fermentacija, koju osigurava enzimska aktivnost Granulobacter pectinovorum, Pectinobacter amylovorum. Pektinska fermentacija je temelj početne obrade vlaknastog lana, konoplje i drugih biljaka koje se koriste za izradu pređe i tkanina.

Gotovo sve prirodne spojeve razgrađuju bakterije zbog svoje biokemijske aktivnosti, ne samo u oksidativnim reakcijama koje uključuju kisik, već i anaerobno s takvim akceptorima elektrona kao što su nitrat, sulfat, sumpor, ugljični dioksid. Bakterije sudjeluju u ciklusima svih biološki važnih elemenata i osiguravaju kruženje tvari u biosferi. Mnoge ključne reakcije u kruženju tvari (na primjer, nitrifikacija, denitrifikacija, fiksacija dušika, oksidacija i redukcija sumpora) provode bakterije. Uloga bakterija u procesima razaranja je odlučujuća.

Mnoge vrste i sorte kvasca imaju sposobnost fermentacije različitih ugljikohidrata u alkohol i druge proizvode. Imaju široku primjenu u pivarstvu, vinarstvu i pekarstvu. Tipični predstavnici takvih kvasaca su Saccharomyces cerevisial, S.ellipsoides.

Mnogi mikroorganizmi, uključujući gljivice slične kvascima i neke vrste mikroskopskih gljivica, odavno se koriste u transformaciji različitih supstrata za proizvodnju raznih vrsta prehrambenih proizvoda. Primjerice, korištenje kvasca za proizvodnju šupljikavog kruha od brašna, korištenje gljivica iz roda Rhisopus, Aspergillus za fermentaciju riže i soje, proizvodnja mliječno-kiselih proizvoda pomoću bakterija mliječne kiseline, kvasca itd.

Auksotrofni mutanti Candide guillermondii koriste se za proučavanje flavinogeneze. Hifne gljive dobro apsorbiraju ugljik iz nafte, parafina, n-hekasdekana i dizelskog goriva.

Za različite stupnjeve pročišćavanja ovih tvari koriste se vrste iz rodova Mucorales, Penicillium, Fusarium i Trichoderma.

Sojevi Penicilliuma koriste se za iskorištavanje masnih kiselina, a sekundarni masni alkoholi se bolje obrađuju u prisutnosti sojeva Penicillium i Trichoderma.

Vrste gljiva Aspergillus, Absidia, Cunningham, Ella, Fusarium, Mortierella, Micor, Penicillium, Trichoderma, Periconia, Spicaria koriste se u zbrinjavanju parafina, parafinskog ulja, dizelskog goriva, aromatskih ugljikovodika, polihidričnih alkohola, masnih kiselina.

Penicillium vitale koristi se za dobivanje pročišćenog pripravka glukozooksidaze koji inhibira razvoj patogenih dermatomiceta Microsporum lanosum, Achorion gypseum, Trichophyton gypseum, Epidermophyton kaufman.

Industrijska uporaba mikroorganizama za dobivanje novih prehrambenih proizvoda pridonijela je stvaranju takvih vrsta industrije kao što su pekarstvo i mliječna industrija, proizvodnja antibiotika, vitamina, aminokiselina, alkohola, organskih kiselina itd.

Primjena pravih bakterija mliječne kiseline (Bact.bulgaricum, Bact.casei, Streptococcus lactis i dr.) ili njihovih kombinacija s kvascem u prehrambenoj industriji omogućuje dobivanje ne samo mliječne kiseline, već i proizvoda od mliječne kiseline i kiselog povrća. Tu spadaju jogurt, matsoni, fermentirano pečeno mlijeko, kiselo vrhnje, svježi sir, kiseli kupus, kiseli krastavci i rajčice, sirevi, kefir, kiselo tijesto za kruh, kvas za kruh, koumiss i drugi proizvodi. Za pripremu jogurta i svježeg sira koriste se Str.lactis, Str.diacetilactis, Str.paracitrovorus, Bact.acidophilum.

Pri pripremi ulja koriste se bakterije arome i streptokoki mliječne kiseline Str.lactis, Str.cremoris, Str.diacetilactis, Str.citrovorus, Str.paracitrovorus.

U procesima siliranja zelene krme sudjeluju lažne bakterije mliječne kiseline (E. coli commune, Bact. Lactis aerogenes i dr.).

Među metabolitima mikrobne stanice posebno mjesto zauzimaju tvari nukleotidne prirode, koje su međuprodukti u procesu biološke oksidacije. Ove tvari su vrlo važne sirovine za sintezu derivata nukleinskih kiselina, vrijednih antimikrobnih i antiblastomskih lijekova te drugih biološki aktivnih tvari za mikrobiološku industriju i poljoprivredu.

Mikrobiološka sinteza u osnovi predstavlja reakcije koje se odvijaju u živim stanicama. Za izvođenje takve sinteze koriste se bakterije koje su sposobne fosforilirati purinske i pirimidinske baze, njihove nukleozide ili sintetske analoge niskomolekularnih komponenti nukleinskih kiselina.

Takve sposobnosti imaju E.coli, S.typhimurium, Brevibacterium liguefaciens, B.ammonia genes, Mycobacterium sp., Corynebacterium flavum, Murisepticum sp., Arthrobacter sp.

Osim urana, iz otopina se mogu ispirati i drugi metali, uključujući zlato. Bakterijsko ispiranje metala zbog oksidacije sulfida sadržanih u rudi omogućuje ekstrakciju metala iz loše uravnoteženih ruda.

Vrlo isplativ i energetski učinkovit način pretvaranja organske tvari u gorivo je metanogeneza uz sudjelovanje višekomponentnog mikrobnog sustava. Bakterije koje stvaraju metan zajedno s acetonogenom mikroflorom pretvaraju organske tvari u smjesu metana i ugljičnog dioksida.

Mikroorganizmi se mogu koristiti ne samo za proizvodnju plinovitog goriva, već i za povećanje proizvodnje nafte.

Mikroorganizmi mogu stvarati površinski aktivne tvari koje smanjuju površinsku napetost na granici između ulja i vode koja ga istiskuje. Svojstva istiskivanja vode rastu s povećanjem viskoznosti, što se postiže korištenjem bakterijske sluzi koja se sastoji od polisaharida.

S postojećim metodama razvoja naftnih polja, ne dobiva se više od polovice geoloških rezervi nafte. Uz pomoć mikroorganizama moguće je ispiranje nafte iz formacija i oslobađanje iz bitumenskog škriljevca.

Bakterije koje oksidiraju metan smještene u uljnom sloju razgrađuju naftu i doprinose stvaranju plinova (metan, vodik, dušik) i ugljičnog dioksida. Kako se plinovi nakupljaju, njihov pritisak na ulje se povećava, a osim toga, ulje postaje manje viskozno. Kao rezultat toga, nafta iz bušotine počinje šikljati.

Treba imati na umu da korištenje mikroorganizama u bilo kojim uvjetima, uključujući i geološke, zahtijeva stvaranje povoljnih uvjeta za složeni mikrobni sustav.

Korištenje mikrobiološke metode za povećanje proizvodnje nafte uvelike ovisi o geološkoj situaciji. Razvoj bakterija koje reduciraju sulfate u formaciji može dovesti do prekomjernog stvaranja sumporovodika i korozije opreme, a umjesto povećanja poroznosti, bakterije i njihova sluz mogu zatvoriti pore.

Bakterije pridonose ispiranju metala iz starih rudnika iz kojih se bira ruda i s deponija otpada. U industriji se postupcima mikrobiološkog ispiranja koriste za dobivanje bakra, cinka, nikla i kobalta.

U rudarskom području, uslijed oksidacije sumpornih spojeva u rudnicima mikroorganizmima, dolazi do stvaranja i nakupljanja kiselih rudničkih voda. Sumporna kiselina ima destruktivan učinak na materijale, strukture, okoliš, a sa sobom nosi i metale. Možete pročistiti vodu, ukloniti sulfate i metale i učiniti reakciju alkalnom pomoću bakterija koje reduciraju sulfate.

Biogena formacija sumporovodika može se koristiti za pročišćavanje vode iz metalurške proizvodnje. Anaerobne fotosintetske bakterije uzrokuju duboku razgradnju organske tvari.

Pronađeni su bakterijski sojevi sposobni za preradu plastičnih proizvoda.

Unošenje viška antropogenih tvari dovodi do poremećaja uspostavljene prirodne ravnoteže.

U ranim fazama razvoja industrije bilo je dovoljno raspršiti zagađivače u vodotoke iz kojih su se uklanjali prirodnim samopročišćavanjem. Plinovite tvari raspršene su u zraku kroz visoke cijevi.

U današnje vrijeme zbrinjavanje otpada preraslo je u vrlo ozbiljan problem.

Predstavnici mikrobne mješavine pridonose intenziviranju prirodnih procesa pročišćavanja vode. Ali treba imati na umu da je uvjet za održivi rad mikrobne zajednice postojanost sastava okoliša.

Bakterije, fito- i zooplankton koriste se za pročišćavanje otpadnih voda kako bi se održala kvaliteta površinskih i podzemnih voda. Biološko pročišćavanje otpadnih voda može se provoditi na različitim razinama - prije ispuštanja u rezervoar, u samim površinskim vodama, u podzemnim vodama tijekom procesa samopročišćavanja.

Mikroorganizmi se široko koriste u biološkom pročišćavanju morske vode od naftnih derivata.

Proces mora biti osiguran dovodom kisika u dovoljnim količinama pri konstantnoj temperaturi.

Jedan od zadataka biotehnologije je razvoj tehnologije dobivanja proteina pomoću mikroorganizama iz različitih vrsta biljnih supstrata, iz metana i pročišćenog vodika, iz smjese vodika i ugljikovog monoksida, iz teških naftnih ugljikovodika pomoću metilotrofnih kvasaca ili bakterija Candida tropicalis. , bakterije koje oksidiraju metan i razgrađuju celulozu te drugi mikrobi.

Korištenje aktivnih sojeva mikroskopskih gljivičnih vrsta pridonosi obogaćivanju proteina i aminokiselina u hrani kao što su hrana za životinje, pulpa i mekinje. U tu svrhu koriste se odabrane netoksične brzorastuće vrste termo- i mezofilnih mikromiceta Fusarium sp., Thirlavia sp., kao i neke vrste viših gljiva.

Drugi primjer industrijske uporabe gljiva u biotehnologiji je uzgoj entomopatogenih gljivičnih vrsta, posebice Beanvtria bassiana i Entomophthora thaxteriana za pripremu pripravaka boverina i afedina za suzbijanje fitopatogenih lisnih uši.

Odabrani sojevi Trichoderma viride koriste se u industrijskoj proizvodnji hektara na bazi lijeka trichodermin za suzbijanje fitopatogenih gljivica, posebno pri uzgoju biljaka u stakleničkim uvjetima (fuzarioza krastavaca, bolesti cvjetnih biljaka).

Fosfobakterin, dobiven iz Baccilus megathrtium, učinkovito je sredstvo za povećanje prinosa stočne repe, kupusa, krumpira i kukuruza. Pod utjecajem ovog lijeka povećava se sadržaj topljivog fosfora u tlu rizosfere, kao i fosfora i dušika u zelenoj masi.

Najvažniji uvjet za visoku produktivnost mahunarki je poboljšanje sinteze dušičnih tvari u mahunarkama na račun dušika iz zraka. Kvržični mikrobi iz rodova Rhizobium, Eubacteriales, Actinomycetales, Mycobacteriales, Azotobacter chroococcum, vrsta Clostridium pasterium igraju glavnu ulogu u apsorpciji atmosferskog dušika od strane biljaka.

Iz stanica Clostridium pasterium, Rhodospirillum rubrum, Bac.polymixa, bakterija iz roda Chromatium i Klebsiella dobiveni su pripravci za fiksiranje dušika koji pospješuju apsorpciju dušika iz zraka u biljkama.

U poljoprivredi se za povećanje produktivnosti koriste bakterijska gnojiva kao što su Azotobacterin (pripremljeno iz Azotobactera), Nitragin (iz kvržičnih bakterija), Phosphobacterin (iz Bac. Megatherium).

Poljoprivreda koristi gnojiva i pesticide. Kada dospiju u prirodni okoliš, te tvari negativno utječu na prirodne odnose u biocenozama, au konačnici, duž hranidbenog lanca, negativno utječu na zdravlje ljudi. Aerobni i anaerobni mikroorganizmi imaju pozitivnu ulogu u razgradnji ovih tvari u vodi.

U poljoprivredi se koristi biološka zaštita biljaka od štetnika. U tu svrhu koriste se različiti organizmi - bakterije, gljive, virusi, protozoe, ptice, sisavci i drugi organizmi.

Ideju o mikrobiološkoj metodi borbe protiv štetnih insekata prvi je iznio Mečnikov 1879. godine.

Danas se proizvode mikrobiološki pripravci koji uništavaju mnoge štetne insekte.

Uz pomoć enterobacterina, možete se boriti protiv gotovo svih gusjenica leptira. Među štetočinama voćaka i bobičastog bilja su jabučni moljac, glog, čipka, prstenasta svilena buba, uvijač lišća itd.

Virusni lijek Virin vrlo je učinkovit protiv gusjenica koje oštećuju šumsko drveće.

Mikroorganizmi u tlu jedna su od najvećih ekoloških skupina. Imaju važnu ulogu u mineralizaciji organske tvari i stvaranju humusa. U poljoprivredi se mikroorganizmi tla koriste za proizvodnju gnojiva.

Neke vrste mikroorganizama tla - bakterije, gljive (uglavnom askomicete), protozoe ulaze u složene asocijacije (asocijacije) s algama, koje su sastavni dijelovi biocenoza vode i tla.

Alge, kao aktivne komponente mikroflore tla, imaju važnu ulogu u biološkom ciklusu elemenata pepela.

Alge se, uz druge mikroorganizme, koriste u biotehnologiji.

Procese koji uključuju bakterije, kvasce i plijesni ljudi koriste stotinama godina za proizvodnju hrane i pića te za obradu tekstila i kože, no sudjelovanje mikroorganizama u tim procesima jasno je prikazano tek sredinom 19. stoljeća.

U 20. stoljeću industrija je iskoristila raznolikost izvanrednih biosintetskih sposobnosti mikroorganizama, a fermentacija sada zauzima središnje mjesto u biotehnologiji. Uz njegovu pomoć dobivaju se razne kemikalije i lijekovi visoke čistoće, proizvodi pivo, vino i fermentirana hrana. U svim slučajevima, proces fermentacije podijeljen je u šest glavnih faza.

Stvaranje okruženja.

Prije svega, potrebno je odabrati odgovarajući medij kulture. Mikroorganizmi za rast zahtijevaju izvore organskog ugljika, odgovarajući izvor dušika i razne minerale. Pri proizvodnji alkoholnih pića medij mora sadržavati ječmeni slad, kominu voća ili bobica. Primjerice, pivo se obično proizvodi od sladovine, a vino od soka od grožđa. Osim vode i eventualno nekih dodataka, ovi ekstrakti čine medij za rast.

Okruženja za proizvodnju kemikalija i lijekova mnogo su složenija. Najčešće se kao izvor ugljika koriste šećeri i drugi ugljikohidrati, ali često i ulja i masti, a ponekad i ugljikovodici. Izvor dušika najčešće su amonijak i amonijeve soli, kao i razni proizvodi biljnog i životinjskog podrijetla: sojina sačma, sojino zrno, sačma od sjemenki pamuka, sačma od kikirikija, nusproizvodi kukuruznog škroba, klaonički otpad, riblje brašno, ekstrakt kvasca. Formuliranje i optimizacija podloga za uzgoj vrlo je složen proces, a recepture za industrijske podloge su ljubomorno čuvana tajna.

Sterilizacija.

Medij mora biti steriliziran kako bi se uništili svi kontaminirajući mikroorganizmi. Sam fermentor i pomoćna oprema također se steriliziraju. Postoje dvije metode sterilizacije: izravno ubrizgavanje pregrijane pare i zagrijavanje pomoću izmjenjivača topline. Željeni stupanj sterilnosti ovisi o prirodi procesa fermentacije. Trebao bi biti maksimalan kada primate lijekove i kemikalije. Zahtjevi za sterilnost u proizvodnji alkoholnih pića su manje strogi. Za takve procese fermentacije kaže se da su “zaštićeni” jer su uvjeti stvoreni u okolišu takvi da u njima mogu rasti samo određeni mikroorganizmi. Na primjer, u proizvodnji piva, medij za rast se jednostavno kuha, a ne sterilizira; Fermentor se također koristi čist, ali ne sterilan.

Kultura primanja.

Prije početka procesa fermentacije potrebno je dobiti čistu, visokoproduktivnu kulturu. Čiste kulture mikroorganizama pohranjuju se u vrlo malim količinama i pod uvjetima koji osiguravaju njihovu održivost i produktivnost; to se obično postiže skladištenjem na niskim temperaturama. U fermentor može stati nekoliko stotina tisuća litara hranjive podloge, a proces započinje unošenjem kulture (inokuluma) koja čini 1-10% volumena u kojem će se odvijati fermentacija. Stoga početnu kulturu treba uzgajati u fazama (s potkulturama) dok se ne postigne razina mikrobne biomase koja je dovoljna da se mikrobiološki proces odvija uz potrebnu produktivnost.

Apsolutno je potrebno cijelo to vrijeme održavati čistoću kulture, sprječavajući njezinu kontaminaciju stranim mikroorganizmima. Održavanje aseptičkih uvjeta moguće je samo uz pažljivu mikrobiološku i kemijsko-tehnološku kontrolu.

Rast u industrijskom fermentoru (bioreaktoru).

Industrijski mikroorganizmi moraju rasti u fermentoru pod optimalnim uvjetima za nastanak potrebnog proizvoda. Ti su uvjeti strogo kontrolirani kako bi se osiguralo da omogućuju rast mikroba i sintezu proizvoda. Dizajn fermentora trebao bi vam omogućiti reguliranje uvjeta rasta - stalnu temperaturu, pH (kiselost ili lužnatost) i koncentraciju kisika otopljenog u mediju.

Konvencionalni fermentor je zatvoreni cilindrični spremnik u kojem se mehanički miješaju medij i mikroorganizmi. Zrak, ponekad zasićen kisikom, pumpa se kroz medij. Temperatura se kontrolira pomoću vode ili pare koja prolazi kroz cijevi izmjenjivača topline. Ovaj fermentor s miješanjem koristi se kada proces fermentacije zahtijeva puno kisika. S druge strane, neki proizvodi nastaju u uvjetima bez kisika iu tim se slučajevima koriste fermentori drugačije izvedbe. Dakle, pivo se kuha pri vrlo niskim koncentracijama otopljenog kisika, a sadržaj bioreaktora se ne prozračuje niti miješa. Neki pivovari još uvijek tradicionalno koriste otvorene spremnike, ali u većini slučajeva proces se provodi u zatvorenim, neprozračenim cilindričnim spremnicima koji se sužavaju prema dnu, što omogućuje taloženje kvasca.

Proizvodnja octa temelji se na oksidaciji alkohola u octenu kiselinu pomoću bakterija. Acetobacter. Proces fermentacije odvija se u spremnicima zvanim acetatori s intenzivnim prozračivanjem. Zrak i medij se usisavaju rotirajućom miješalicom i dovode do stijenki fermentora.

Izolacija i pročišćavanje proizvoda.

Po završetku fermentacije bujon sadrži mikroorganizme, neiskorištene nutritivne komponente medija, razne otpadne produkte mikroorganizama, te proizvod koji se želio proizvoditi u industrijskim razmjerima. Stoga je ovaj proizvod pročišćen od ostalih komponenti juhe. Kod proizvodnje alkoholnih pića (vina i piva) dovoljno je jednostavno odvojiti kvasac filtracijom i filtrat dovesti do kondicije. Međutim, pojedinačne kemikalije proizvedene fermentacijom ekstrahiraju se iz složene juhe. Iako su industrijski mikroorganizmi posebno odabrani zbog svojih genetskih svojstava tako da je prinos željenog proizvoda njihovog metabolizma maksimalan (u biološkom smislu), njegova koncentracija je još uvijek mala u odnosu na onu koja se postiže u proizvodnji temeljenoj na kemijskoj sintezi. Stoga je potrebno pribjeći složenim metodama izolacije – ekstrakciji otapalom, kromatografiji i ultrafiltraciji.

Recikliranje i zbrinjavanje otpada od fermentacije.

Svaki industrijski mikrobiološki proces stvara otpad: bujon (tekućina koja ostaje nakon ekstrakcije proizvodnog proizvoda); stanice korištenih mikroorganizama; prljava voda koja se koristi za pranje instalacije; voda koja se koristi za hlađenje; voda koja sadrži tragove organskih otapala, kiselina i lužina. Tekući otpad sadrži mnogo organskih spojeva; ako se ispuste u rijeke, potaknut će intenzivan rast prirodne mikrobne flore, što će dovesti do osiromašenja riječnih voda kisikom i stvaranja anaerobnih uvjeta. Stoga se otpad prije odlaganja podvrgava biološkoj obradi kako bi se smanjio sadržaj organskog ugljika.

INDUSTRIJSKI MIKROBIOLOŠKI PROCESI

Industrijski mikrobiološki procesi mogu se podijeliti u 5 glavnih skupina: 1) uzgoj mikrobne biomase; 2) dobivanje metaboličkih produkata mikroorganizama; 3) dobivanje enzima mikrobnog porijekla; 4) dobivanje rekombinantnih proizvoda; 5) biotransformacija tvari.

Mikrobna biomasa.

Same mikrobne stanice mogu poslužiti kao krajnji proizvod proizvodnog procesa. U industrijskim razmjerima proizvode se dvije glavne vrste mikroorganizama: kvasac, potreban za pečenje, i jednostanični mikroorganizmi, koji se koriste kao izvor proteina koji se mogu dodavati hrani za ljude i životinje. Pekarski kvasac se u velikim količinama uzgaja od početka 20. stoljeća. a korišten je kao prehrambeni proizvod u Njemačkoj tijekom Prvog svjetskog rata.

Međutim, tehnologija za proizvodnju mikrobne biomase kao izvora prehrambenih proteina razvijena je tek početkom 1960-ih. Brojne europske tvrtke skrenule su pozornost na mogućnost uzgoja mikroba na supstratu poput ugljikovodika za dobivanje tzv. protein jednoćelijskih organizama (SOO). Tehnološki trijumf bila je proizvodnja proizvoda koji se dodaje stočnoj hrani, a sastoji se od osušene mikrobne biomase uzgojene u metanolu. Proces se odvija kontinuirano u fermentoru radnog volumena 1,5 milijuna litara. Međutim, zbog rasta cijena nafte i njenih prerađevina, ovaj projekt je postao ekonomski neisplativ, ustupivši mjesto proizvodnji sojinog i ribljeg brašna. Krajem 80-ih godina prošlog stoljeća demontirana su postrojenja za proizvodnju biološki aktivnog otpada, čime je prekinuto brzo, ali kratko razdoblje razvoja ove grane mikrobiološke industrije. Drugi proces pokazao se više obećavajućim - dobivanje gljivične biomase i gljivičnog proteina mikoproteina korištenjem ugljikohidrata kao supstrata.

produkti metabolizma.

Nakon dodavanja kulture u hranjivu podlogu, uočava se lag faza kada ne dolazi do vidljivog rasta mikroorganizama; ovo se razdoblje može smatrati vremenom prilagodbe. Zatim se stopa rasta postupno povećava, dostižući konstantnu, maksimalnu vrijednost za dane uvjete; Ovo razdoblje maksimalnog rasta naziva se eksponencijalna ili logaritamska faza. Postupno se rast usporava, a tzv stacionarna faza. Tada se broj stanica sposobnih za život smanjuje i rast prestaje.

Slijedeći gore opisanu kinetiku, stvaranje metabolita može se pratiti u različitim fazama. U logaritamskoj fazi nastaju produkti koji su vitalni za rast mikroorganizama: aminokiseline, nukleotidi, proteini, nukleinske kiseline, ugljikohidrati itd. Zovu se primarni metaboliti.

Mnogi primarni metaboliti su od značajne vrijednosti. Dakle, glutaminska kiselina (točnije, njezina natrijeva sol) uključena je u mnoge namirnice; lizin se koristi kao dodatak hrani; fenilalanin je prekursor zamjene za šećer aspartama. Primarne metabolite sintetiziraju prirodni mikroorganizmi u količinama potrebnim samo za zadovoljenje njihovih potreba. Stoga je zadatak industrijskih mikrobiologa stvoriti mutirane oblike mikroorganizama - superproducente odgovarajućih tvari. U tom je području postignut značajan napredak: na primjer, bilo je moguće dobiti mikroorganizme koji sintetiziraju aminokiseline do koncentracije od 100 g/l (za usporedbu, organizmi divljeg tipa nakupljaju aminokiseline u količinama izračunatim u miligramima).

U fazi usporavanja rasta iu stacionarnoj fazi neki mikroorganizmi sintetiziraju tvari koje se ne stvaraju u logaritamskoj fazi i nemaju jasnu ulogu u metabolizmu. Te se tvari nazivaju sekundarni metaboliti. Ne sintetiziraju ih svi mikroorganizmi, već uglavnom filamentozne bakterije, gljive i bakterije koje stvaraju spore. Dakle, proizvođači primarnih i sekundarnih metabolita pripadaju različitim taksonomskim skupinama. Ako je pitanje fiziološke uloge sekundarnih metabolita u stanicama proizvođačima bilo predmet ozbiljne rasprave, onda je njihova industrijska proizvodnja od nedvojbenog interesa, budući da su ti metaboliti biološki aktivne tvari: neki od njih imaju antimikrobno djelovanje, drugi su specifični inhibitori enzima. , a drugi su čimbenici rasta. , mnogi imaju farmakološku aktivnost. Proizvodnja takvih tvari poslužila je kao osnova za stvaranje niza grana mikrobiološke industrije. Prva u tom nizu bila je proizvodnja penicilina; Mikrobiološka metoda za proizvodnju penicilina razvijena je 1940-ih i postavila je temelje moderne industrijske biotehnologije.

Farmaceutska industrija je razvila visoko sofisticirane metode za probir (masovno testiranje) mikroorganizama na sposobnost proizvodnje vrijednih sekundarnih metabolita. Isprva je svrha probira bila dobivanje novih antibiotika, no ubrzo je otkriveno da mikroorganizmi sintetiziraju i druge farmakološki aktivne tvari. Tijekom 1980-ih uspostavljena je proizvodnja četiri vrlo važna sekundarna metabolita. To su bili: ciklosporin, imunosupresiv koji se koristi za sprječavanje odbacivanja implantiranih organa; imipenem (jedna od modifikacija karbapenema) je tvar s najširim spektrom antimikrobnog djelovanja od svih poznatih antibiotika; lovastatin je lijek koji snižava razinu kolesterola u krvi; Ivermektin je anthelmintik koji se koristi u medicini za liječenje onkocerkoze ili "riječnog sljepila", a također i u veterini.

Enzimi mikrobnog porijekla.

U industrijskim razmjerima, enzimi se dobivaju iz biljaka, životinja i mikroorganizama. Korištenje potonjeg ima prednost jer omogućuje proizvodnju enzima u velikim količinama korištenjem standardnih tehnika fermentacije. Osim toga, puno je lakše povećati produktivnost mikroorganizama nego biljaka ili životinja, a korištenje tehnologije rekombinantne DNA omogućuje sintetiziranje životinjskih enzima u stanicama mikroorganizama. Enzimi dobiveni na ovaj način uglavnom se koriste u prehrambenoj industriji i srodnim područjima. Sinteza enzima u stanicama kontrolirana je genetski, pa su postojeći industrijski mikroorganizmi-producenti dobiveni kao rezultat ciljanih promjena u genetici mikroorganizama divljeg tipa.

rekombinantnih proizvoda.

Tehnologija rekombinantne DNA, poznatija kao genetski inženjering, omogućuje ugradnju gena viših organizama u genom bakterija. Kao rezultat toga, bakterije stječu sposobnost sintetiziranja "stranih" (rekombinantnih) proizvoda - spojeva koje su prije mogli sintetizirati samo viši organizmi. Na temelju toga stvoreni su mnogi novi biotehnološki procesi za proizvodnju ljudskih ili životinjskih proteina koji su prije bili nedostupni ili su se koristili uz velike zdravstvene rizike. Sam pojam "biotehnologija" postao je popularan 1970-ih u vezi s razvojem metoda za proizvodnju rekombinantnih proizvoda. Međutim, ovaj koncept je puno širi i uključuje sve industrijske metode koje se temelje na korištenju živih organizama i bioloških procesa.

Prvi rekombinantni protein proizveden u industrijskim razmjerima bio je ljudski hormon rasta. Za liječenje hemofilije koristi se jedan od proteina sustava zgrušavanja krvi, odnosno faktor VIII. Prije nego što su razvijene metode za proizvodnju ovog proteina putem genetskog inženjeringa, bio je izoliran iz ljudske krvi; uporaba takvog lijeka bila je povezana s rizikom od infekcije virusom humane imunodeficijencije (HIV).

Dugo se vremena dijabetes melitus uspješno liječio životinjskim inzulinom. Međutim, znanstvenici vjeruju da bi rekombinantni proizvod stvarao manje imunoloških problema kada bi se mogao dobiti u čistom obliku, bez nečistoća drugih peptida koje proizvodi gušterača. Osim toga, očekivalo se da će se broj ljudi s dijabetesom s vremenom povećavati zbog čimbenika kao što su promjene u prehrambenim obrascima, poboljšana medicinska skrb za trudnice s dijabetesom (i posljedično povećanje incidencije genetske predispozicije za dijabetes) i, konačno, očekivano produženje životnog vijeka dijabetičara. Prvi rekombinantni inzulin pojavio se u prodaji 1982. godine, a do kraja 1980-ih praktički je zamijenio životinjski inzulin.

Mnogi drugi proteini se sintetiziraju u ljudskom tijelu u vrlo malim količinama, a jedini način da se proizvedu u dovoljnoj količini za kliničku upotrebu je tehnologija rekombinantne DNK. Ovi proteini uključuju interferon i eritropoetin. Eritropoetin, zajedno s čimbenikom koji stimulira mijeloične kolonije, regulira stvaranje krvnih stanica kod ljudi. Eritropoetin se koristi za liječenje anemije povezane sa zatajenjem bubrega i može se koristiti kao pojačivač trombocita u kemoterapiji raka.

Pošaljite svoj dobar rad u bazu znanja jednostavno je. Koristite obrazac u nastavku

Studenti, diplomanti, mladi znanstvenici koji koriste bazu znanja u svom studiju i radu bit će vam vrlo zahvalni.

Domaćin na http://www.allbest.ru

Uvod

Dostignuća genetike i genetičkog inženjerstva temelj su razvoja biotehnologije – znanosti nastale na razmeđu biologije i tehnologije. Suvremena biotehnologija temelji se na dostignućima prirodnih znanosti, tehnike, tehnologije, biokemije, mikrobiologije, molekularne biologije i genetike. Suvremena biotehnologija koristi biološke metode u borbi protiv onečišćenja okoliša i štetnika biljnih i životinjskih organizama. Dostignuća biotehnologije također uključuju korištenje imobiliziranih enzima, proizvodnju sintetskih cjepiva i korištenje stanične tehnologije u uzgoju.

Glavna veza biotehnološkog procesa je biološki objekt sposoban izvršiti određenu modifikaciju sirovine i formirati jedan ili drugi potrebni proizvod. Takvi biotehnološki objekti mogu uključivati stanice mikroorganizama, životinja i biljaka, transgene životinje i biljke, gljive, kao i višekomponentne enzimske sustave stanica i pojedinačnih enzima. Temelj najsuvremenije biotehnološke proizvodnje je mikrobna sinteza, odnosno sinteza različitih biološki aktivnih tvari uz pomoć mikroorganizama. Nažalost, predmeti biljnog i životinjskog podrijetla, iz niza razloga, još nisu našli tako široku primjenu. Stoga je u budućnosti preporučljivo mikroorganizme smatrati glavnim objektima biotehnologije.

Trenutno je poznato više od 100 tisuća različitih vrsta mikroorganizama. To su prvenstveno bakterije, aktinomicete i cijanobakterije. Uz tako veliku raznolikost mikroorganizama, vrlo važan i često težak problem je pravilan izbor upravo onog organizma koji je sposoban dati traženi proizvod, tj. služe u industrijske svrhe.

1. Mikroorganizmi kao glavni objekti biotehnologije

Trenutno mikroorganizmi pomažu ljudima u proizvodnji učinkovitih hranjivih proteina i bioplina. Koriste se pri primjeni biotehničkih metoda pročišćavanja zraka i otpadnih voda, pri korištenju bioloških metoda za uništavanje poljoprivrednih štetočina, pri dobivanju ljekovitih lijekova i pri uništavanju otpadnih materijala. Neke vrste bakterija koriste se za regeneraciju vrijednih metabolita i lijekova, koriste se za rješavanje problema biološke samoregulacije i biosinteze te za pročišćavanje vodenih tijela. Mikroorganizmi, a prije svega bakterije, klasičan su objekt za rješavanje općih problema genetike, biokemije, biofizike i svemirske biologije. Bakterije se široko koriste za rješavanje mnogih problema u biotehnologiji.

Uloga mikroorganizama u biotehnologiji.

1. Jednostanične organizme u pravilu karakteriziraju veće stope rasta i sintetskih procesa od viših organizama. Međutim, to nije karakteristično za sve mikroorganizme. Neki od njih rastu izuzetno sporo, ali su od posebnog interesa jer su sposobni proizvesti različite vrlo vrijedne tvari.

2. Kao objekti biotehnološkog razvoja od posebnog su interesa fotosintetski mikroorganizmi koji u svom životu koriste energiju sunčeve svjetlosti. Neke od njih (cijanobakterije i fotosintetski eukarioti) koriste CO2 kao izvor ugljika, a neki predstavnici cijanobakterija, uz sve navedeno, imaju sposobnost asimilacije atmosferskog dušika (tj. izrazito su nepretenciozni prema hranjivim tvarima). Fotosintetski mikroorganizmi obećavaju kao proizvođači amonijaka, vodika, proteina i niza organskih spojeva. No napredak u njihovoj uporabi, zbog ograničenih temeljnih spoznaja o njihovoj genetskoj organizaciji i molekularno biološkim mehanizmima života, po svemu sudeći ne treba očekivati u skoroj budućnosti.

3. Određena pozornost posvećena je takvim biotehnološkim objektima kao što su termofilni mikroorganizmi koji rastu na 60-80°C.

Ovo svojstvo je gotovo nepremostiva prepreka razvoju strane mikroflore tijekom relativno nesterilnog uzgoja, tj. pruža pouzdanu zaštitu od kontaminacije. Među termofilima pronađeni su proizvođači alkohola, aminokiselina, enzima i molekularnog vodika. Osim toga, njihova stopa rasta i metabolička aktivnost su 1,5-2 puta veći od mezofila. Enzime koje sintetiziraju termofili karakterizira povećana otpornost na toplinu, neka oksidirajuća sredstva, deterdžente, organska otapala i druge nepovoljne čimbenike. U isto vrijeme, oni su malo aktivni na uobičajenim temperaturama. Tako su proteaze jednog od predstavnika termofilnih mikroorganizama 100 puta manje aktivne na 20°C nego na 75°C. Potonje je vrlo važno svojstvo za neku industrijsku proizvodnju. Na primjer, enzim Tag polimeraza iz termofilne bakterije Thermus aquaticus našao je široku primjenu u genetskom inženjerstvu.

2. Mikroorganizmi u farmaciji

Stvorena je biotehnološka industrija za proizvodnju antibiotika, enzima, interferona, organskih kiselina i drugih metabolita koje proizvode mnogi mikroorganizmi.

U farmaciji se mikrobiološkim pretvorbama dobivaju fiziološki djelotvornije tvari ili poluproizvodi, čija se sinteza čisto kemijskim putem postiže vrlo teško ili uopće nije moguća. Mikrobiološke reakcije koriste se u proučavanju metabolizma ljekovitih tvari, mehanizma njihova djelovanja, kao i za razjašnjavanje prirode i djelovanja enzima. Mnoge protozoe su proizvođači biološki aktivnih tvari. Konkretno, protozoe koje žive u buragu preživača proizvode enzim celulozu, koji potiče razgradnju vlakana. Protozoe su proizvođači ne samo enzima, već i histona, serotonina, lipopolisaharida, lipopolipeptidoglukana, aminokiselina, metabolita koji se koriste u medicini i veterini, prehrambenoj i tekstilnoj industriji. Oni su jedan od objekata koji se koriste u biotehnologiji.

3. Mikroorganizmi u prehrambenoj industriji

Enzimski pripravci Aspergillus oryzae koriste se u pivarskoj industriji, a enzimi A. niger u proizvodnji i bistrenju voćnih sokova i limunske kiseline. Pečenje pekarskih proizvoda poboljšava se upotrebom enzima A.oryzae i A.awamori. Bakterijski enzimi (Bac.subtilis) koriste se za očuvanje svježine konditorskih proizvoda i tamo gdje je nepoželjna duboka razgradnja proteinskih tvari. Primjena enzimskih pripravaka iz Bac.subtilis u slastičarskoj i pekarskoj proizvodnji pomaže u poboljšanju kvalitete i usporavanju procesa rđanja proizvoda.

Mikroorganizmi se široko koriste u prehrambenoj industriji i industriji fermentacije. Mliječni kvasac ima široku primjenu u mliječnoj industriji. Uz njihovu pomoć pripremaju se kumi i kefir. Enzimi ovih mikroorganizama razlažu mliječni šećer na alkohol i ugljični dioksid, zbog čega se poboljšava okus proizvoda i povećava njegova probavljivost u tijelu. U proizvodnji mliječno-kiselih proizvoda u mliječnoj industriji naširoko se koristi kvasac koji ne fermentira mliječni šećer i ne razgrađuje bjelančevine i masti. Pomažu u očuvanju ulja i povećavaju vitalnost bakterija mliječne kiseline. Filmski kvasac (mikoderma) pospješuje zrenje mliječno kiselih sireva. Gljive Penicillum roqueforti koriste se u proizvodnji sira Roquefort, a gljive Penicillum camemberi koriste se u procesu zrenja snack sira.

4. Mikroorganizmi u poljoprivredi

U poljoprivredi se koristi biološka zaštita biljaka od štetnika. U tu svrhu koriste se različiti organizmi - bakterije, gljive, virusi, protozoe, ptice, sisavci i drugi organizmi.

5. Ostala svojstva mikroorganizama u biotehnologiji

Mikroorganizmi se također mogu koristiti u vađenju ugljena iz ruda. Litotrofne bakterije (Thiobacillus ferrooxidous) oksidiraju željezni sulfat u željezni sulfat. Željezni sulfat, pak, oksidira četverovalentni uran, uslijed čega se uran taloži u otopinu u obliku sulfatnih kompleksa. Uran se ekstrahira iz otopine hidrometalurškim metodama. Osim urana, iz otopina se mogu ispirati i drugi metali, uključujući zlato. Bakterijsko ispiranje metala zbog oksidacije sulfida sadržanih u rudi omogućuje ekstrakciju metala iz loše uravnoteženih ruda.

Mikroorganizmi se mogu koristiti ne samo za proizvodnju plinovitog goriva, već i za povećanje proizvodnje nafte. Mikroorganizmi mogu stvarati površinski aktivne tvari koje smanjuju površinsku napetost na granici između ulja i vode koja ga istiskuje. Svojstva istiskivanja vode rastu s povećanjem viskoznosti, što se postiže korištenjem bakterijske sluzi koja se sastoji od polisaharida. S postojećim metodama razvoja naftnih polja, ne dobiva se više od polovice geoloških rezervi nafte. Uz pomoć mikroorganizama moguće je ispiranje nafte iz formacija i oslobađanje iz bitumenskog škriljevca. Bakterije koje oksidiraju metan smještene u uljnom sloju razgrađuju naftu i doprinose stvaranju plinova (metan, vodik, dušik) i ugljičnog dioksida. Kako se plinovi nakupljaju, njihov pritisak na ulje se povećava, a osim toga, ulje postaje manje viskozno. Kao rezultat toga, nafta iz bušotine počinje šikljati.

Treba imati na umu da korištenje mikroorganizama u bilo kojim uvjetima, uključujući i geološke, zahtijeva stvaranje povoljnih uvjeta za složeni mikrobni sustav.

Unošenje viška antropogenih tvari dovodi do poremećaja uspostavljene prirodne ravnoteže. U ranim fazama razvoja industrije bilo je dovoljno raspršiti zagađivače u vodotoke iz kojih su se uklanjali prirodnim samopročišćavanjem. Plinovite tvari raspršene su u zraku kroz visoke cijevi. U današnje vrijeme zbrinjavanje otpada preraslo je u vrlo ozbiljan problem.

U sustavima za pročišćavanje, pri pročišćavanju vode od organskih tvari, koristi se biološka metoda koja koristi sustav miješane mikroflore (aerobne bakterije, alge, protozoe, bakteriofagi, gljive), aktivnog mulja, biofilma i oksidirajućih ulaznih tvari. Predstavnici mikrobne mješavine pridonose intenziviranju prirodnih procesa pročišćavanja vode. Ali treba imati na umu da je uvjet za održivo funkcioniranje mikrobne zajednice postojanost sastava okoliša.

6. Izbor biotehnoloških objekata

mikrobiološka metanogeneza organski

Sastavni dio u procesu stvaranja najvrjednijih i najaktivnijih proizvođača, tj. Pri odabiru objekata u biotehnologiji važan je njihov odabir. Glavni način selekcije je svjesno dizajniranje genoma u svakoj fazi selekcije željenog proizvođača. Ova situacija nije se uvijek mogla ostvariti zbog nedostatka učinkovitih metoda za promjenu genoma odabranih organizama. U razvoju mikrobnih tehnologija važnu ulogu imale su metode koje se temelje na odabiru spontano nastalih modificiranih varijanti koje karakteriziraju željena korisna svojstva. Kod takvih metoda obično se koristi postupna selekcija: u svakoj fazi selekcije iz populacije mikroorganizama odabiru se najaktivnije varijante (spontani mutanti) iz kojih se u sljedećoj fazi odabiru novi, učinkovitiji sojevi i tako dalje. Unatoč očitim ograničenjima ove metode, koja se sastoji u niskoj učestalosti pojavljivanja mutanata, prerano je smatrati da su njezine mogućnosti potpuno iscrpljene.

Odabrani sojevi prirodne hipersintetske karotenske gljive Blakeslee trispora koriste se u industrijskoj proizvodnji karotena koji je važan u procesima rasta i razvoja životinja, povećavajući njihovu otpornost na bolesti. Odabrani sojevi Trichoderma viride koriste se u industrijskoj proizvodnji lijeka trichodermin na njihovoj osnovi za suzbijanje fitopatogenih gljivica, posebno pri uzgoju biljaka u stakleničkim uvjetima (fusarium krastavaca, bolesti cvjetnih biljaka). Fosfobakterin, dobiven iz Baccilus megathrtium, učinkovito je sredstvo za povećanje prinosa stočne repe, kupusa, krumpira i kukuruza. Pod utjecajem ovog lijeka povećava se sadržaj topljivog fosfora u tlu rizosfere, kao i fosfora i dušika u zelenoj masi.

Objavljeno na Allbest.ru

Slični dokumenti

Industrijska uporaba bioloških procesa temeljenih na mikroorganizmima, kulturi stanica, tkivima i njihovim dijelovima. Povijest nastanka i faze razvoja biotehnologije. Glavni pravci, zadaće i metode: kloniranje, genetičko i stanično inženjerstvo.

prezentacija, dodano 22.10.2016

Glavni zadaci, dijelovi i pravci suvremene biotehnologije. Proizvodnja proizvoda i biološki aktivnih spojeva potrebnih čovjeku pomoću živih organizama. Studij genetičkog, staničnog i biološkog inženjerstva. Biotehnološki objekti.

prezentacija, dodano 06.03.2014

Značajke uporabe mikroorganizama koji oksidiraju ugljikovodike za rješavanje ekoloških problema. Suvremene metode borbe protiv onečišćenja vode i tla uljem. Transformacije koje provode spore gljiva i aktinomiceta. Kooksidacija i kometabolizam.

kolegij, dodan 01.02.2012

Mikroorganizmi su sićušni organizmi koji se mogu vidjeti samo pod mikroskopom. Metode rekombinacije gena. Mehanizam selekcije mikroorganizama. Tehnologija sintetiziranja gena umjetnim putem i njegovog uvođenja u bakterijski genom. Grane primjene biotehnologije.

prezentacija, dodano 22.01.2012

Alge kao komponente bakterijskih gnojiva i kao biološki indikatori. Vitamini sadržani u njima. Korištenje algi za biološko pročišćavanje otpadnih voda. Njihova upotreba kao aditiva u hrani. Proizvodnja biogoriva iz algi.

prezentacija, dodano 02.02.2017

Fiziološka i biokemijska svojstva halofilnih mikroorganizama. Halofilni mikroorganizmi i njihova primjena u industriji. Izolacija halofilnih mikroorganizama iz uzoraka vode jezera Mramornoe i određivanje njihove brojnosti. Rezultati istraživanja.

kolegij, dodan 05.06.2009

Priroda i procjena utjecaja različitih čimbenika okoliša na mikroorganizme: fizikalnih, kemijskih i mikrobioloških. Značenje mikroorganizama u proizvodnji sira, razvoj relevantnih procesa u proizvodnji finalnog proizvoda, faze zrenja.

sažetak, dodan 22.06.2014

Pregled metoda razmnožavanja bakterija, aktinomiceta, kvasaca i plijesni. Utjecaj energije zračenja i antiseptika na razvoj mikroorganizama. Uloga prehrambenih proizvoda u nastanku bolesti koje se prenose hranom, izvori zaraze, preventivne mjere.

test, dodan 24.01.2012

Mikroflora gotovih oblika doziranja. Objekti sanitarnog i bakteriološkog pregleda u ljekarnama. Određivanje mikrobne kontaminacije biljnih ljekovitih sirovina. Mikrobna kontaminacija lijekova. Određivanje patogenih mikroorganizama.

prezentacija, dodano 06.03.2016

Proučavanje sposobnosti nekih mikroorganizama da uništavaju masne tvari različite kemijske prirode. Proučavanje morfoloških, kulturoloških i fizioloških svojstava nativnih mikroorganizama, analiza i značajke njihovog destruktivnog djelovanja.

Mikroorganizmi se široko koriste u prehrambenoj industriji, kućanstvu, mikrobiološkoj industriji za dobivanje aminokiselina, enzima, organskih kiselina, vitamina itd. Klasične mikrobiološke industrije uključuju vinarstvo, pivarstvo, proizvodnju kruha, proizvoda mliječne kiseline i prehrambenog octa. Na primjer, vinarstvo, pivarstvo i proizvodnja tijesta s kvascem nemogući su bez upotrebe kvasca koji je široko rasprostranjen u prirodi.

Povijest industrijske proizvodnje kvasca započela je u Nizozemskoj, gdje je 1870. godine osnovana prva tvornica kvasca. Glavni proizvod bio je prešani kvasac s sadržajem vlage od oko 70%, koji se mogao skladištiti samo nekoliko tjedana. Dugotrajno skladištenje bilo je nemoguće jer su prešane stanice kvasca ostale žive i zadržale svoju aktivnost, što je dovelo do njihove autolize i smrti. Jedan od načina industrijskog konzerviranja kvasca je sušenje. U suhom kvascu pri niskoj vlažnosti, stanica kvasca je u anabiotičkom stanju i može postojati dugo vremena. Prvi suhi kvasac pojavio se 1945. godine. 1972. godine pojavila se druga generacija suhog kvasca, takozvani instant kvasac. Od sredine 1990-ih pojavila se treća generacija suhog kvasca: pekarski kvasac. Saccharomyces cerevisiae, koji kombiniraju vrline instant kvasca s visoko koncentriranim kompleksom specijaliziranih enzima za pečenje u jednom proizvodu. Ovaj kvasac omogućuje ne samo poboljšanje kvalitete kruha, već i aktivno odupiranje procesu ustajalosti.

Pekarski kvasac Saccharomyces cerevisiae također se koriste u proizvodnji etilnog alkohola.

U proizvodnji vina koristi se mnogo različitih sojeva kvasca za proizvodnju jedinstvene marke vina jedinstvenih kvaliteta.

Bakterije mliječne kiseline sudjeluju u pripremi namirnica poput kiselog kupusa, kiselih krastavaca, ukiseljenih maslina i mnogih drugih ukiseljenih namirnica.

Bakterije mliječne kiseline pretvaraju šećer u mliječnu kiselinu, koja štiti hranu od bakterija truljenja.

Uz pomoć bakterija mliječne kiseline priprema se veliki izbor mliječno-kiselih proizvoda, svježeg sira i sira.

Međutim, mnogi mikroorganizmi igraju negativnu ulogu u ljudskom životu, budući da su uzročnici bolesti kod ljudi, životinja i biljaka; mogu izazvati kvarenje hrane, uništavanje raznih materijala i sl.

Za borbu protiv takvih mikroorganizama otkriveni su antibiotici - penicilin, streptomicin, gramicidin itd., koji su metabolički produkti gljivica, bakterija i aktinomiceta.

Mikroorganizmi opskrbljuju čovjeka potrebnim enzimima. Tako se amilaza koristi u prehrambenoj, tekstilnoj i papirnoj industriji. Proteaza uzrokuje razgradnju proteina u različitim materijalima. Na Istoku se proteaza iz gljiva prije nekoliko stoljeća koristila za izradu soja umaka. Trenutno se koristi u proizvodnji deterdženata. Kod konzerviranja voćnih sokova koristi se enzim kao što je pektinaza.

Mikroorganizmi se koriste za pročišćavanje otpadnih voda i otpada od prerade hrane. Anaerobnom razgradnjom organske tvari u otpadu nastaje bioplin.

Posljednjih godina pojavili su se novi proizvodni pogoni. Iz gljiva se dobivaju karotenoidi i steroidi.

Bakterije sintetiziraju mnoge aminokiseline, nukleotide i druge reagense za biokemijska istraživanja.

Mikrobiologija je znanost koja se brzo razvija, čija su dostignuća u velikoj mjeri vezana uz razvoj fizike, kemije, biokemije, molekularne biologije itd.

Za uspješan studij mikrobiologije potrebno je poznavanje navedenih znanosti.

Ovaj kolegij prvenstveno se fokusira na mikrobiologiju hrane. Mnogi mikroorganizmi žive na površini tijela, u crijevima ljudi i životinja, na biljkama, na prehrambenim proizvodima i na svim predmetima oko nas. Mikroorganizmi jedu najrazličitiju hranu i izuzetno se lako prilagođavaju promjenjivim životnim uvjetima: toplini, hladnoći, nedostatku vlage itd. Razmnožavaju se vrlo brzo. Bez poznavanja mikrobiologije nemoguće je kompetentno i učinkovito upravljati biotehnološkim procesima, održavati visoku kvalitetu prehrambenih proizvoda u svim fazama njihove proizvodnje te spriječiti konzumaciju proizvoda koji sadrže uzročnike bolesti i otrovanja hranom.

Posebno treba istaknuti da su mikrobiološka istraživanja prehrambenih proizvoda, ne samo sa stajališta tehnoloških svojstava, već i, ne manje važno, sa stajališta njihove sanitarne i mikrobiološke ispravnosti, najsloženiji predmet sanitarne mikrobiologije. . To se objašnjava ne samo raznolikošću i obiljem mikroflore u prehrambenim proizvodima, već i upotrebom mikroorganizama u proizvodnji mnogih od njih.

S tim u vezi, u mikrobiološkoj analizi kakvoće i sigurnosti hrane treba razlikovati dvije skupine mikroorganizama:

– specifična mikroflora;

– nespecifična mikroflora.

Specifično– to su kulturne rase mikroorganizama koje se koriste za pripremu određenog proizvoda i bitna su karika u tehnologiji njegove proizvodnje.

Ova se mikroflora koristi u tehnologiji proizvodnje vina, piva, kruha i svih fermentiranih mliječnih proizvoda.

Nespecifičan su mikroorganizmi koji ulaze u prehrambene proizvode iz okoliša i onečišćuju ih. Među ovom skupinom mikroorganizama razlikuju se saprofitni, patogeni i oportunistički mikroorganizmi te mikroorganizmi koji uzrokuju kvarenje hrane.

Stupanj kontaminacije ovisi o mnogim čimbenicima, koji uključuju pravilnu nabavu sirovina, njihovo skladištenje i preradu, poštivanje tehnoloških i sanitarnih režima za proizvodnju proizvoda, njihovo skladištenje i transport.

Od više od 100 tisuća poznatih mikroorganizama, samo nekoliko stotina vrsta koristi se u industriji, budući da industrijski soj mora ispunjavati niz strogih zahtjeva:

1) rasti na jeftinim podlogama;

2) imaju visoku stopu rasta ili daju visok prinos proizvoda u kratkom vremenu;

3) pokazuju sintetičku aktivnost prema željenom proizvodu; stvaranje nusproizvoda treba biti nisko;

4) biti stabilan u pogledu produktivnosti i zahtjeva uvjeta uzgoja;

5) biti otporan na fage i druge vrste infekcija;

6) biti neškodljiv za ljude i okoliš;

7) poželjni su termofilni, acidofilni (ili alkofilni) sojevi, jer je s njima lakše održati sterilnost u proizvodnji;

8) interesantni su anaerobni sojevi, jer aerobni sojevi stvaraju poteškoće tijekom uzgoja - zahtijevaju prozračivanje;

9) proizvedeni proizvod mora imati ekonomsku vrijednost i biti lako prepoznatljiv.

U praksi se koriste sojevi četiri skupine mikroorganizama:

- kvasac;

– nitaste gljive (plijesni);

– bakterije;

– askomicete.

Pojam "kvasac" u strogom smislu nema taksonomsko značenje. To su jednoćelijski eukarioti koji pripadaju trima razredima: Ascomycetes, Basidiomycetes, Deuteromycetes.

U askomicete spadaju prije svega Saccharomyces cerevisiae, čiji se pojedini sojevi koriste u pivarstvu, vinarstvu te proizvodnji kruha i etilnog alkohola.

Askomicete Saccharomyces lipolytica razgrađuju ugljikovodike ulja i koriste se za dobivanje proteinske mase.

Deuteromycete Candida utilis koristi se kao izvor proteina i vitamina, a uzgaja se na neprehrambenim sirovinama: sulfitnim tekućinama, hidrolizatima drva i tekućim ugljikovodicima.

Deuteromycete Trichosporon cutaneum oksidira mnoge organske spojeve, uključujući otrovne (na primjer, fenol), te se koristi u pročišćavanju otpadnih voda.

Upotreba filamentnih gljiva:

– u proizvodnji organskih kiselina: limunske (Aspergillus niger), glukonske (Aspergillus niger), itakonske (Aspergillus terreus), furmarne (Rhizopus chrysogenum);

– u dobivanju antibiotika (penicilina i cefalosporina);

– u proizvodnji posebnih vrsta sireva: Camembert (Penicillium camamberti), Roquefort (Penicillium roqueforti);

– uzrokuju hidrolizu u krutim medijima: u škrobu riže pri proizvodnji sakea, u zrnu soje pri proizvodnji tempeha, misa.

Korisne bakterije klasificiraju se kao eubakterije.

Bakterije mliječne kiseline iz rodova Lactobacillus, Leuconostoc i Lactococcus već se dugo koriste u industriji.

Bakterije octene kiseline iz rodova Acetobater i Gluconobacter pretvaraju etanol u octenu kiselinu.

Bakterije iz roda Bacillus koriste se za proizvodnju toksina štetnih za insekte, kao i za sintezu antibiotika i aminokiselina.

Za proizvodnju aminokiselina koriste se bakterije iz roda Corynebacterium.

Od aktinomiceta najzastupljeniji su rodovi Streptomyces i Micromonospora, koji se koriste kao proizvođači antibiotika. Rastući na čvrstim podlogama, aktinomicete stvaraju tanki micelij s nadzemnim hifama koje se diferenciraju u lance konidiospora.

Trenutno se pomoću mikroorganizama sintetiziraju sljedeći spojevi:

– alkaloidi,

- aminokiseline,

– antibiotici,

– antimetaboliti,

– antioksidansi,

– bjelančevine,

– vitamini,

– herbicidi,

– inhibitori enzima,

– insekticidi,

– ionofori,

– koenzimi,

– lipidi,

- nukleinske kiseline,

– nukleotidi i nukleozidi,

– oksidirajuća sredstva,

– organske kiseline,

– pigmenti,

– površinski aktivne tvari,

– polisaharide,

– antihelmintici,

– antitumorska sredstva,

– otapala,

– hormoni rasta biljaka,

- šećer,

– steroli i pretvorene tvari,

– čimbenici transporta željeza,

- farmaceutske supstance

– enzimi,

– emulgatori.

2 PROIZVODNJA JEDNOSTANIČNIH PROTEINA

ORGANIZMI

2.1 Izvedivost korištenja mikroorganizama za

proizvodnja proteina

U skladu s nutricionističkim standardima, osoba bi s hranom trebala dobiti od 60 do 120 g cjelovitih bjelančevina dnevno.

Za održavanje vitalnih funkcija organizma, izgradnju stanica i tkiva neophodna je stalna sinteza različitih proteinskih spojeva. Dok biljke i većina mikroorganizama mogu sintetizirati sve aminokiseline iz ugljičnog dioksida, vode, amonijaka i mineralnih soli, ljudi i životinje ne mogu sintetizirati neke aminokiseline (valin, leucin, izoleucin, lizin, metionin, treonin, triptofan i fenilalanin). Ove aminokiseline nazivamo esencijalnim. Moraju doći iz hrane. Njihov nedostatak uzrokuje teške bolesti ljudi i smanjuje produktivnost domaćih životinja.

Trenutno je globalni deficit proteina oko 15 milijuna tona. Najviše obećava mikrobiološka sinteza. Ako je za goveda potrebno 2 mjeseca da se udvostruči masa proteina, za svinje - 1,5 mjeseci, za piliće - 1 mjesec, zatim za bakterije i kvasce - od 1 do 6 sati. Svjetska proizvodnja prehrambenih proteinskih proizvoda zahvaljujući mikrobnoj sintezi iznosi više od 15 tisuća tona godišnje.

Razmotrimo primjer: vrijeme udvostručenja E. coli je 20 minuta, zatim nakon 20 minuta iz jedne stanice nastaju dvije stanice kćeri, nakon 40 minuta - četiri "unuke", nakon 60 minuta - osam "praunuka", nakon 80 minuta - 16 “pra-pra-unuka”. Nakon 10 sati i 40 minuta iz jedne bakterije nastat će preko 6 milijardi bakterija, što odgovara broju stanovnika Zemlje, a nakon 44 sata iz jedne bakterije mase 1 10 -12 g nastat će biomasa u količini od 6 10 24 g, što odgovara masi Zemlje.

Korištenje različitih mikroorganizama kao izvora proteina i vitamina posljedica je sljedećih čimbenika:

A) mogućnost korištenja raznih kemijskih spojeva, uključujući industrijski otpad, za uzgoj mikroorganizama;

B) relativno jednostavna tehnologija proizvodnje mikroorganizama, koja se može provoditi tijekom cijele godine; mogućnost njegove automatizacije;

C) visok sadržaj proteina (do 60 ... 70%) i vitamina, kao i ugljikohidrata, lipida u mikrobnim pripravcima;

D) povećan sadržaj esencijalnih aminokiselina u odnosu na biljne proteine;

D) mogućnost usmjerenog genetskog utjecaja na kemijski sastav mikroorganizama u cilju poboljšanja proteinske i vitaminske vrijednosti proizvoda.

Industrijska proizvodnja prehrambenih proizvoda na bazi mikroorganizama zahtijeva temeljita biomedicinska istraživanja. Takvi proizvodi moraju proći sveobuhvatna ispitivanja kako bi se identificirali kancerogeni, mutageni i embriotropni učinci na ljude i životinje. Toksikološke studije, probavljivost proizvoda mikrobne sinteze glavni su kriteriji za izvedivost tehnologije njihove proizvodnje.

Za proizvodnju proteina koriste se kvasci, bakterije, alge i filamentozne gljive.

Prednost kvasca u odnosu na druge mikroorganizme je njihova proizvodnost: otpornost na infekcije, lakoća odvajanja od okoline zbog velike veličine stanica. Oni mogu akumulirati do 60% proteina, bogatih lizinom, treoninom, valinom i leucinom (ove aminokiseline su rijetke u biljnoj hrani). Maseni udio nukleinskih kiselina iznosi do 10%, što štetno djeluje na organizam. Kao rezultat njihove hidrolize nastaju mnoge purinske baze, koje se zatim pretvaraju u mokraćnu kiselinu i njezine soli, što uzrokuje urolitijazu, osteohondrozu i druge bolesti. Optimalna količina dodavanja mase kvasca u hranu za domaće životinje je od 5 do 10% suhe tvari. Kvasac se koristi za hranu i stočnu hranu.

Prednosti bakterija su njihova visoka stopa rasta i sposobnost sintetiziranja do 80% proteina. Dobiveni protein sadrži mnoge manjkave aminokiseline: metionin i cistein. Nedostaci su mala veličina stanica i njihova niska koncentracija u mediju kulture, što komplicira proces izolacije. Neki bakterijski lipidi mogu sadržavati toksine. Maseni udio nukleinskih kiselina do 16%. Koristi se samo za hranidbu.

Prednosti algi su visok sadržaj proteina s kompletnim sastavom aminokiselina, koji se akumulira u količini od 65%, lako izdvajanje algi iz medija kulture, nizak sadržaj nukleinskih kiselina - 4% (za usporedbu - u višim biljkama 1 ...2%). Alge se koriste za hranu i stočnu hranu.

Nitaste gljive tradicionalno se koriste kao prehrambeni proizvod u afričkim zemljama, Indiji, Indoneziji, Kini itd. One nakupljaju do 50% proteina, čiji je aminokiselinski sastav blizak proteinima životinjskog podrijetla, a bogate su vitaminima B skupine. Stanične stijenke su tanke i lako probavljive u gastrointestinalnom traktu.crijevni trakt životinja. Maseni udio nukleinskih kiselina je 2,5%.

Od 1985. godine mikrobni protein se koristi u prehrambenoj industriji za izradu raznih proizvoda i poluproizvoda.

Postoje tri glavna oblika mikrobne upotrebe proteina u proizvodnji hrane:

1) cijela masa (bez razaranja staničnih stijenki);

2) djelomično pročišćena biomasa (omogućeno je uništavanje staničnih stijenki i uklanjanje nepoželjnih komponenti);

3) proteini izolirani iz biomase (izolati).

WHO (Svjetska zdravstvena organizacija) je zaključila da se proteini mikroorganizama mogu koristiti u hrani, ali dopuštena količina nukleinskih kiselina unesenih zajedno s proteinima u prehranu odrasle osobe ne smije biti veća od 2 g dnevno. Uvođenje mikrobnog proteina ne uzrokuje negativne posljedice, ali se javljaju alergijske reakcije, želučane bolesti itd.

Kategorije

Izbor urednika