Файл: нерксіптік биотехнологияны шикізаттары. Микроорганизмдерді сіру дістері.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.04.2024
Просмотров: 11
Скачиваний: 0
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
№2 дәріс тезисі
ӨНЕРКӘСІПТІК БИОТЕХНОЛОГИЯНЫҢ ШИКІЗАТТАРЫ. МИКРООРГАНИЗМДЕРДІ ӨСІРУ ӘДІСТЕРІ
Дәріс жоспары:
1. Биологиялық өндірісте қолданылатын шикізаттар. Биотехнология өндірісіндегі шикізаттардың негізгі түрлерінің сипаттамасы
2. Қоректік орталарды дайындау және залаласыздандыру. Ауаның өнеркәсіптік тазартылуы мен заласыздандырылуы . Қоректік орта мәзірін (рецептурасын) құру.
3. Микроорганизмдерді өсінділеу әдістері
Биологиялық өндірісте қолданылатын шикізаттар
Биотехнологтар назарын органикалық шикізаттар ішінде жасұнықөзіне көбірек аударады, алайда микроорганизмдермен оның ассимиляциясы үшін амилолитикалық ферменттердің күрделі кешені қажет етіледі, ал оларға тек кейбір микроорганизм түрлері ғана ие. Этанол өндірісіне, сонымен қатар, фруктозалы сироптар дайындау үшін жасұнықкөп шығындалады. Алайда құрамындажасұнық бар шикізаттар қоры шектелген, сондықтан, меласса, метанол, этанол және глюкоза шикізаты кеңінен пайдаланылады.
Құрамында 50% дейін сахароза болатынмеласса қант өндірісінің қалдығы, ол микробиологиялық синтезде кеңінен пайдаланылады, себебі ақуыздың көптеген өнім көздері мен ББЗ мелассадан көмсірсуларын тамаша өтелдейді. Құрамында көміртегі бар шикізаттар микробтық синтездің негізгі шикізаты болып табылады. Оларға мұнайдың парафиндік көмірсулары, табиғи газдың құрамдас бөлігі метан, өсімдік шикізатының гидролизаттары, этанол, сірке қышқылы т.б. жатады. Төменмолекулалы спирттерді (метанол мен этанол) микробиологиялық шикізаттардың келешектік түрлеріне жатқызуға болады, себебі олардың ресурстары химиялық синтез технологияларының табысты дамуының арқасында айтарлықтай ұлғаюда.
Жанама өнімдерді пайдаланудың мысалы ретінде жасұнық сығындысын, сульфитті сілті, дәнді және картоп бардасын, меласса, сүт сарысуын, сірке қышқылын т.б. атауға болады.
Шикізатты таңдау кезінде таңдалынған өнім көзінің физиологиялық қажеттіліктерімен қатар, шикізат бағасын да ескеру керек.
Биотехнология өндірісіндегі шикізаттардың негізгі түрлерінің сипаттамасы
Көміртегі мен энергияның кең таралған көзі ретінде мұнай мен табиғи газдың құрамдас бөліктерін атауға болады. Шикі мұнай құрамына парафиндік, нафтенді жәнеароматты көмірсулар кіреді, олардың құрамында көп немесе аз мөлшерде оттегі немесе күкіртті қосылыстар болады. Мұнай шығу орнына байланысты әртүрлі кластағы мұнайда көмірсулар қатынасы алуан қилы болып ауытқиды. Мұнайдың ең көп таралған сұрыптарында 50-60% нафтендер, 20-30% парафиндер және 15-30% ароматты көмірсулар болады. Парафиндік көмірсуларының көзі, құрылымы мен молекулярлық салмағы оларды бактериялар мен ашытқылар тұтынуна қатысты тұрғыдан алғанда оптималды, мұнайды өңдеу өнімі – дизельдік фракция, оның құрамында 15% кем емес парафиндер болады. Алынған сұйық парафиндердің төмендегідей құрамы болады: n-алкандар (парафиндік көмірсулар), олардыңкөміртекті атомдарының саны 10 нан 20-98% дейін, ароматты көмірсулар – 0,2% және күкірт – 0,05% және олар микроорганизмдерді өсіру үшін жарамды.
Мұнай жайлы аталған мәліметтердің бәрі дерлік табиғи газға да қатысты деуге болады – органикалық (көмірсулар мен олардың туындылары) жәнебейорганикалық заттардың күрдлеі қоспасы. Оның құрамында көмірсулардың булары болады, олар газ конденсаты – метан түрінде ажыратылады, метан табиғи газдың құрамдас бөлігі оның концентрациясы 100% жақындайды. Айта кетері, метандытікелей өтелдей алатын микроорганизмдер – метанотрофтар көлемі біршама шектелген, ал пайдаланылатын табиғи газ ферментерге жіберер алдында жасуша өсуіне кедергі келтіретін қосылыстардан қосымша тазартуды талап етеді. Мұнай мен газ ресурстарының шектеулі болуы биотехнологтарды жаңа, ең алдымен жаңартылатын шикізат түрлерін іздестіруге мәжбүрлейді. Осы орайдаөсімдік массаларының әр түрлеріне назар аудару ұсынылады: тұқымдарға, шырындарға, түйнектерге, шөп массасына, ағашқа. Ауылшаруашылығы, ағаш өнеркәсібі мен қағаз өндірісі қалдықтары қолданылады, бұл биотехнология көмегімен шығынсыз өндіріс принципін жүзеге асыру мүмкіндігін береді.
Кептірілген өсімді биомассасының жартысын ең көп таралған биополимер - целлюлоза құрайды. Целлюлозаполисахарид ретінде көміртегі мен эжнергияның құнды қайнар көзі болып табылады. Бұл шикізаттың басты бөлігі полисахаридтер (целлюлоза, гемицеллюлоза, пектин заттары) – 40-75% мен лигнин – оның көлемі 15 тен 60% дейінгі аралықта ауытқиды. Лигнин – гидролиз кезіндеерімейтін өсімдік шикізатының қалдығы – оның қолданысы шектеулі, балласт болып табылады.
Өсімдік шикізатын гидролиздеудің негізгі әдісі жоғары қысым мен температурадакүкірт қышқылымен перколяциялық гидролиздеу. Осы әдіс бойынша ыстық араластырылған қышқыл (сұйық саты) үздіксіз түрде жылжымайтын толығымен сұйықтыққа малынған қатты саты (майдаланған өсімдік шикізаты) арқылы ағып тұрады. Гидролизаттарда зат алмасуын, микроорганизмдер өсуі мен дамуын тежейтін негізгі қоспа фурфурол (0,02% жоғары) және оксиметилфурфурол (0,1% жоғары) болып табылады. Биологиялық белсенді сапалы гидролизаттар алу үшін қышқылдарды бейтараптау, тұнбалар мен коллоидты бөлшектерді бөлу, 30 °С дейін суыту, зиянды ұшқыш қоспаларды алып тастау сынды операциялардан құқралатын өңдеу жұмысы өткізіледі.
Этанолдың негізгі көзі мұнайлы химиялық синтездеу. Сонымен қатар, өсімдік шикізаттары гидролизаттарында болатын гексоздарды ашыту арқылы алынатын «гидролиздік спирт» өнеркәсіптік тәсілдер мен жасұнықды ферментативтік гидролиздегенде моносахаридтерді ашыту барысында түзілетін жоғары сапалы «тағамдық» этанол алу тәсілдері де мәлім. Синтетикалық этил спиртін өндіру этиленді күкірт қышқылды гидратациялауға немесе этиленді су буымен тікелей гидратациялауға негізделеді. Тауарлық өнім алу үшін этанол-шикізаты ректификацияға жүгіндіріледі. Құрамында аз мөлшерде ингибирлеуші қоспалары болатын (0,005% көп емес)азеотроп (96% этанол және 4% су) түрінде алынған этанол микроорганизмдерді өсінділеу үшін дайын субстрат болып табылады.
Соңғы жылдары сірке қышқылы биотехнология үшін өте келешегінен зор үміт күттіретін субстрат екендігі айқындалды: онда микробтық ақуыз көзі ретінде ашытқылар жақсы дамиды, алайда сірке қышқылын лизинді биосинтездеу кезінде қолданудың пайдасы бұдан да көп. Сірке қышқылын аса көп мөлшерде пайдалану қажеттілігі туындалатынына орай осы ірітоннажды әдіспен алған тиімді, атап айтқанда этиленнен ацетальдегид немесе карбонилирленген метаноларқылы химиялық синтездеу түрінде алу керек. Тағамдық сірке қышқылын ертеден бері Acetobacterтұқымы бактерияларымен этанолды тотықтыру арқылы алынады.
Құрамында 50% дейін сахароза болатынмеласса қант өндірісінің қалдығы саналады да микробиологиялық синтезде кеңінен қолданылады, өйткені ақуыздың және биологиялық белсенді заттардың көптеген өнім көздерімеласса көмірсуларын жақсы өтелдейді (кәдеге жаратады). Қант қызылшасы зауытына келіп түсетін қызылша тазартылады, сосын қызылша кесу құрылғысына түседі де жаңқаға айналады. Осылайынша алынған қызылша жаңқасы ісіндірілу және диффузиялық шырынды экстракциялауүшін арнайы ыдыстарға жіберіледі. Сүзгіленген соң диффузиялық шырын булау құрылғысына жіберіледі, осы жерде ол 60-65% құрайтын құрғақ заттарға дейін қоюланады. Кейіннен сироптың 95-98% құрғақ заттарға дейінгі қоюлануы вакуум-аппараттаөтеді (сахарозаның кристалдануы). Жабысқақ сұйықтық – меласса – өндіріс қалдығы ретінде қоймаларға жөнелтіледі.
Қоректік орталарды дайындау және залаласыздандыру
Микроорганизмдерді өсінділеу үшін қоректік орталар негізін көміртегі көздері құрайды. Көміртегімен қатар, микроорганизмдер жасушалары өсу барысында азот, фосфор, макро- және микроэлементтерге деген қажеттілік танытады. Осы тұрғыдағы барлық заттектер қоректік орталарда тұздар түрінде болады, бұл заңдылық тек өсінділер азот пен фосфорды органикалық көздерден тұтынатын қоретік орталарға жатпайды, мысалы,микробтық немесе жануар текті автолизаттар немесе гидролизаттар.
Қоректік орта дайындайтын бөлім қатты және сұйық қоректік заттарды сақтайтын сыйымды бөліктерден, оларды тасымалдау заттарынан және ерітінділер, суспензиялар немесе сығындылар дайындауға арналған араластырғыштары бар аппараттардан тұрады. Осы кезде қоректік тұздар әдетте, қатты күйінде сақталады, ал олардың қоспаларын тиісті қатынаста құрамдас бөліктерін айқындап, дайындау араластырғышы бар аппаратта өткізіледі, бұл аппаратқа қажетті мөлшерде қатты құрамдас бөліктер салынып, кейіннен олар ерітіледі. Кейде алдын ала дайындалатын ерітінділер қосылып, араластырылады. Көміртегінің сұйық және қатты көздерін дайын қоректік ортаға ферментациялау алдында салып, енгізеді, осылай жасау олардың бөгде микрофлорамен ластануының алдын алады, ал жұқтырылу ықтималдығы дайын қоректік ортаны ұсақтау барысында ұлғаяды.
Кезеңді түрде ферментациялағанда үдерістің басында инокулятты (микроорганизмдердің себілетін мөлшері) барлық құрамдас бөліктері бар дайын қоректік ортаға енгізеді. Сол себептен көміртегі көздерін тікелей себер алдында енгізеді немесе ортаның жекелеген құрамдас бөліктерін оларды өсінді тұтынуына орай ферментерде олардың біршама оптималды концентрациясын ұстана отырып, енгізеді, ал оптималды концентрация шамасы ферментациялаудың әртүрлі сатыларында белгілі бір заңдылыққа қарай өзгеріп отыруы мүмкін. Қоректік орталарды дайындаудың маңызды бір кезеңі асептика заңдылықтарын ұстану (биореакторға енгізіліп отыратын барлық газды және сұйық ағыстар мен биореактордың өзін толық залалсыздандыру).
Заласыздандыру, стерильдеу (лат. sterilis – ұрпақсыз) – әртүрлі заттарды тірі микроорганизмдерден толығымен арылту. Заласыздандыру биотехнологиялық және микробиологиялық практиканың маңызды да қажетті тәсілі. Организмдерді өсінділеу міндетті түрде заласызданған жағдайда өткізіледі. Заласыздандыру мен залалдау дегеніміз қоректік орталарда, ыдыстарда, құрғақ материалдарда, құрал-жабдықтарда және зертхана бұйымдарының өзге заттарында тірі микроорганизмдер мен олардың босаңсып тұратын түрлерін (спораларын) толығымен жою. Әрекет ету сипатына орай биотехнологияда залалсыздандыру әдістерін физикалық, механикалық және химиялық деп бөледі.
Ауаның өнеркәсіптік тазартылуы мен заласыздандырылуы
Газ ағыстарын, ең алдымен ауаны залалсыздандыру үшін арнайы талшықты сүзгілер арқылы сүзгілеу әдісі қолданылады. Ауада 109шамаға шейін қалқымалы бөліктер, соның ішінде 1 м3шаққанда0,8×103-104микроорганизмдер болатыны мәлім.
Ауада болатын микроорганизмдер ішінде бактериялар мен олардың споралары, актиномицеттер мен аспоргенді ашытқылар, вирустар мен басқалары кездеседі. Вирустарды санамағанда, ең кіші көлемділерге диаметрі 0,5-2,1 мкм, ұзындығы 26 мкм дейінгі шаманы құрайтын бактерияларды жатқызуға болады. Мұны ауаны заласыздандыру үшін дайындау кезінде ескеру керек. Экономикалық тұрғыдан алғанда тиімді әдіс ретінде ауаны арнайы талшықты, дәндесін немесе кеуекті материалдар арқылы көп сатылы үрлеп, өткізу әдісін атауға болады.
Диаметрі 0,3 мкм дейінгі микробты бөліктерден тазарту үшін тиімді металлкерамикалық сүзгілеу элементтері пайдаланалытыны мәлім. Осы элементтер көмегімен сүзгілеу ерекшелігі сүзгі каналы пішінінің кезеңімен өзгеріп отыратын сүзгі қиындысы диаметрі және осы каналдардағы ауа ағысының қозғалу жылдамдығы арасындағы өзра байланыс болатынында.
Ауаның сүзгі материалы арқылы жылжуы кезінде онда ультрадыбыстық тербелістер бой алып, микроорганизмдер сүзгі қабырғасына тұнып, шөгеді. Сүзгілеуші металлкерамикалық элементтер негізінде ауаны жай және мұқият биологиялық тазартуға арналған жұптасқан автоматты сүзгілеу кешендері құрастырылған. Бұл кешендердің өзіндік ерекшелігі тазартудың кепілді түрдегі микробиологиялық сенімділігі мен жұмыстарының толығымен автоматтандырылуы.
Қоректік орта мәзірін (рецептурасын) құру
Микроорганизмдерді өсінділеу үшін арнайы дайындалған қоректік орталар пайдаланылады. Олар өз құрамы бойынша табиғи (сүт, сарысу, жұмыртқа, өт, картоп, бұршақ, сәбіз т.с.с.) және арнайы рецептер бойынша дайындалатын жасанды деп бөлінеді. Олар жануар текті (ЕПС, ЕПА, ЕПЖ) және өсімдік текті (сыра сірнесі) бола алады.
Қоректік ортаны құрудың басты принципі – микроорганизмдердің физикалық қажеттіліктерін өтеу. Әрбір нақты микробиологиялық үдеріс қоректік орталарды дайындау сатысында өзіндік ерекшеліктерге ие болады, бұл нақты өндіріс барысында қолданылатын көміртегі көзіне қатысты өтеді. Көміртегінің ерігіш көздерін (мысалы, қанттарды) алдын ала суда ерітіп, ерітінділерді шағын араластырғышы бар ашық реактрларда қажетті концентрацияларға жеткізеді, сосын жалпақ түпті жабық бу енгізуге арналғанбарботажды құрылғымен жабдықталған реактор-қоспауышқа жібереді. Көміртегінің ерімейтін көздерін мұқият түрде араластырғышы бар реакторда суда суспензиялап, реактор-қоспауышқа суспензиялауға жібереді. Құрамында жасұнығы бар шикізатты алдын ала клейстерлейді. Минералды тұздарды араластырғышы бар реакторда ерітеді де реактор-қоспауышқа жіберер алдында қалдығын (гипс пен өзге ерімейтін тұнбалар) алып тастау үшін сүзгілейді. Микроэлементтер ерітінділерін, әдетте, бөлек дайындайды.
Қажетті мөлшерде жіберілген барлық құрамдас бөліктер реактор-қоспауышта мұқият араластырылады, орта рН аммиакты су немесе қышқыл жіберу түрінде тиісті шамаға жеткізіледі. Қоректік орта дайындауға арналған реакторлар айтарлықтай қуатты араластырғыштармен, сонымен қатар, сұйықтықтың шырмалаңдануы мен буырқануына жол бергізбейтін көлбеу-жақтаулармен қамтамасыз етілген болуы керек. Пайдаланылатын қоректік орта құрамына байланыстыкөміртегінің түрлі көздерін (қанттардың ерітілуі, мелассаны араластыру, жасұнықды клейстерлеут.с.с.) дайындайтын аппаратарда, сондай-ақ, қоректік ортаныы дайындау үшін реактор-қоспауыштың өзінде де араластырғыш құрылғысының тұрпаты айқындалады.
