Особенности процессов биотехнологии

В технологической схеме БТС осуществляются последовательно процессы подготовки питательного субстрата и среды для культивирования микроорганизмов, собственно процесс ферментации, обеспечивающий получение биомассы или биологически активных продуктов метаболизма клеток, процессы выделения клеток или клеточных компонентов и получения готового продукта микробиологического синтеза. Часть типовых процессов биотехнологии аналогичны по своим рабочим характеристикам и аппаратурному оформлению процессам химических производств, однако во многих случаях особенности физико-химических и биохимических свойств питательных сред и биологически активных веществ определяют характер технологического и аппаратурного оформления биотехнологических схем. Рассмотрим некоторые из них. [c.45]

Спектр продуктов, образующихся методами биотехнологии, необычайно широк и разнообразен. Целевыми продуктами биотехнологических производств могут быть интактные клетки. Одноклеточные организмы используют для получения биомассы, являюшейся источником кормового белка. Клетки, особенно в иммобилизованном состоянии, выступают в роли биологических катализаторов для процессов биотрансформации. [c.32]

БИОХИМИЧЕСКИЕ ПРОИЗВОДСТВА 6.3.1. Особенности процессов биотехнологии [c.426]

В чем заключается специфика и особенности процессов биотехнологии по сравнению с процессами химической технологии [c.432]

Биотехнология тесно связана с технической микробиологией и биохимией. В биотехнологии применяются многие методы химической технологии, особенно на конечных этапах производственного процесса, при выделении веществ из культуральной жидкости или из биомассы микроорганизмов. [c.3]

Разработка биотехнологических процессов связана с большими капиталовложениями. Внедрение новейших биотехнологий особенно перспективно в тех случаях, когда продукт не может быть получен другими способами или может быть получен в недостаточных количествах, по более высокой цене. Исследования в этом направлении в основном сосредоточены на производстве фармакологических препаратов, диагностикумов. [c.4]

Современный уровень развития биотехнологии обусловлен общим прогрессом науки и техники, особенно — в течение последних 50 лет Достаточно отметить лишь такие события, как установление структуры и функций нуклеиновых кислот, обнаружение ферментов рестрикции ДНК и выявление их значения в жизни клеток с последующим использованием в генно-инженерных работах, создание гибридом и получение моноклональных антител, внедрение ЭВМ и компьютерной техники в биотехнологические процессы и т д [c.9]

Развитие промышленной биотехнологии создает ряд экологических проблем, которые должны приниматься во внимание при эксплуатации существующих предприятий и создании новых производств. Особенностью микробиологического синтеза является отсутствие или очень небольшое образование твердых отходов при одновременном использовании больших объемов воды и воздуха (в аэробных процессах). На любом промышленном предприятии в биотехнологии постоянно решаются аве взаимо- [c.30]

Большие возможности совершенствования промышленной биотехнологии заключены в развитии и интенсификации не только основной стадии — ферментации, но и последующих этапов разделения, очистки и получения товарных форм препаратов. Здесь прогресс крупнотоннажного микробиологического синтеза связан с грамотным применением и модификацией известных процессов химической технологии, таких, как разделение суспензий, выпарка, сушка, ионный обмен, кристаллизация, экстракция и особенно мембранные методы ультрафильтрации, обратного осмоса, диализа и т. п. Отметим, однако, что биотехнология должна и уже начала развивать свои специфические методы выделения биологически активных веществ, основанные на биологических взаимодействиях. Например, чрезвычайно перспективна хроматография культуральных жидкостей на носителях, несущих антитела к имеющемуся в растворе антигену, что позволяет выделить чистый биопрепарат из растворов практически любой концентрации и сложности. [c.139]

Во второй части учебника изложены основные представления о биотехнологии, базирующейся на использовании биообъектов микробного, растительного и животного происхождения. В сравнительном плане можно подчеркнуть следующие особенности таких биотехнологий во-первых, имеется много аналогий при реализации биотехнологических процессов, в которых биообъекты используются на молекулярном и клеточном уровнях во-вторых, только некоторые виду биотехнологий, осуществляемые с применением клеток, могут быть подведены под рубрику технологий на организменном уровне" (микробная биотехнология) в-третьих, лишь при использовании в биотехнологии микроскопических организмов необходимо специальное аппаратурное оформление процессов, тогда как в случаях выращивания макроорганизмов (растений и животных) в естественных, или природных условиях этого делать не требуется, и, следовательно, посевы и сборы урожаев, выращивание сельскохозяйственных животных в целях получения [c.373]

Падение потока случается и независимо от правильности выбора способа фильтрации как неотъемлемая часть процесса, и необходимо периодически очищать мембрану. Отсюда вытекает дополнительное требование к выбору материала мембраны, который не должен разрушаться при очистке. Например, в качестве химического агента, наиболее часто использующегося для чистки мембран, служит активный хлор, по отношению к которому многие полимеры неустойчивы. Другим требованием химической инертности является устойчивость в широком интервале pH. Использование мембран в ряде технологий, особенно в биотехнологии, требует устойчивости материала к стерилизующему пару. Это требование распространяется на весь модуль, как на внешние, так и на внутренние материалы. [c.290]

В данном издании изложены основные понятия о биотехнологическом процессе, об особенностях объектов биотехнологии, их культивировании и использовании. Предназначено для студентов биологического факультета по направлению G31 01 01 03 Биотехнология . [c.2]

Несмотря на множество привлекательных свойств, датчики с иммобилизованными ферментами пока редко используют в серийно выпускаемых приборах. До сих пор число нашедших применение систем с ферментными электродами весьма невелико. Стремительное развитие биотехнологии приводит к увеличению потребности в проточных анализаторах для контроля технологических процессов, непрерывного мониторинга ферментационных процессов и анализа в потоке. В этой области иммобилизованные ферменты несомненно найдут широкое применение, поскольку они позволяют осуществлять высокоизбирательные определения в потоке. Иммобилизация ферментов снижает их стоимость и повышает стабильность работы. Особенно удобны термические проточные анализаторы, позволяющие анализировать мутные, содержащие взвешенные частицы или окращенные пробы. Кроме того, в их основе лежит наиболее общий принцип детектирования, а именно детектирование теплоты реакции. Это позволяет применять их для большинства ферментативных реакций. Тепла, [c.470]

Отходы животноводства являются опасными загрязнителями окружающей природной среды, создающими напряженную санитарно-гигиеническую обстановку и могущими отрицательно влиять на здоровье населения. Ежегодно в республике образуется более 25 млн. тонн этих отходов, которые при полном использовании в качестве органических удобрений позволили бы внести на каждый гектар посевной площади более 6 тонн органики. Животноводческие отходы, особенно жидкие, во время ливневых дождей и весеннего паводка смываются в водоемы, приводя к гибели водной флоры и фауны. Учитывая непрерывность образования отходов животноводства и процессов загрязнения ими водных объектов, а также возможность их использования в биотехнологиях в качестве сырья, было бы целесообразно [c.119]

Особенности конфигурации биореактора, используемого в биотехнологическом процессе, определяются биохимическими и биофизическими свойствами избранного биокатализатора. От его природы зависит также и способ дальнейшей переработки полученного продукта. В этой связи при разработке процесса особое значение приобретает улучшение свойств катализатора методами генетической инженерии, например изменения тех физических параметров, которые определяют его способность работать в определенной среде, специфичность и производительность, а также локализацию синтезируемого продукта (вспомним о внеклеточном образовании некоторых веществ клетками растений). Более подробно роль генетических методов в решении задач биотехнологии разбирается в гл. 7. [c.185]

В предыдущих разделах данной главы относительно подробно обсуждались ключевые аспекты применения химической техно логии к биотехнологическим, преимущественно микробиологическим, процессам, а также теория и экономика промышленных технологических систем. К сожалению, данных, необходимых для дальнейшего развития биотехнологии, удручающе мало-. Так, нам практически ничего не известно о физических свойствах микроорганизмов. Вместе с тем за последние сто лет огромных успехов достигли гидродинамика, химия поверхностей и процессов на границе раздела фаз а также молекулярная биология, имеющие решающее значение для разработки биотехнологических процессов. Такое несоответствие совершенно недопустимо, особенно если учесть, что существует много методов, позволяющих получить необходимые физические данные о микроорганизмах, но ими просто не пользуются. [c.464]

Напротив, кинетика биотехнологических процессов в большинстве случаев хорошо изучена и в последние годы широко использовалась для развития технологии. Но даже в этом случае еще не решены проблемы, возникающие при использовании полученных в лаборатории данных для анализа промышленных процессов и создания технологических схем. Остаются спорными вопросы, связанные с вариабельностью данных и с теми предельными значениями величин, которые можно использовать для систем, отличных от тех, для которых эти величины были получены. Например, вариация в коэффициентах выхода или конверсии в 15% может привести как к значительным коммерческим выгодам, так и к полному краху. Однако лишь немногие микробиологи, занимающиеся биотехнологией, могут дать более точные оценки этих коэффициентов, особенно если анализ процесса или разработка технологии должны быть осуществлены за короткие сроки. Другие типичные примеры того [c.464]

Получение ферментов и их использование в различных технологических процессах составляет сегодня один из важнейших разделов современной биотехнологии. Установлено [556], что титан обладает высокой коррозионной стойкостью в средах получения пектиназы, щелочной протеиназы, глюкоамилазы и др. Кроме того, при биосинтезе в контакте с титаном активность ферментов возрастает на 25—35%, тогда как нержавеющие стали при достаточно высокой коррозионной стойкости уменьшают ферментативную активность на 8—10 /о [556]. Это делает особенно привлекательным использование титана для изготовления основных видов оборудования (ферментеров), так как сулит увеличение объема производства на существующих площадях. [c.218]

Влияние значительного числа факторов резко усложняет ведение биохимической очистки в оптимальном режиме. В последнее время наметился определенный прогресс в управлении биохимическими процессами, по-видимому, в связи с бурным развитием биотехнологии и в первую очередь промышленного культивирования микроорганизмов. Тем не менее сложности ведения биотехнологических процессов, в том числе культивирования микроорганизмов активного ила на сточных водах, в ряде случаев не устранены. Особенно это относится к управлению такими сложными процессами, как флокуляция микроорганизмов активного ила, отделение его от воды и последующее сгущение. Определенные преимущества перед другими способами сгущения имеет флотация, применение которой для уплотнения избыточного активного ила получает все большее распространение. При этом флотацию используют, как правило, на первой стадии сгущения активного ила перед его последующим центрифугированием либо фильтрованием. [c.4]

Значительные трудности практического применения ультрафильтрационных методов в биотехнологии обусловлены загрязнением мембран. При работе на неочищенных препаратах аппарат может выйти из строя в течение нескольких дней или даже часов работы. Загрязнение мембраны могут вызывать коллоидные и взвешенные частицы, микроорганизмы, органические соединения и малорастворимые компоненты растворов, которые осаждаются на мембране в процессе концентрирования [48, 49]. Среди взвесей наибольший вклад в загрязнение мембраны вносят частицы размером порядка долей микрона, приводящие к снижению как удельной производительности, так и селективности мембраны. Загрязнение мембраны зависит от многих факторов размера и концентрации частиц, наличия на них заряда, pH и ионной силы раствора, условий проведения процесса и др. Микроорганизмы, подобно коллоидным частицам, оседая на поверхности мембраны, создают дополнительное гидравлическое сопротивление потоку фильтрата. С другой стороны, многие из них могут привести к биодеструкции мембран. Особенно нестойки в этом отношении ацетатцеллюлозные мембраны, которые нельзя к тому же подвергать термической стерилизации. [c.38]

В области биотехнологии молекулярная генетика создает фундаментальные основы для создания продуцентов различного рода веществ по двум направлениям. Во-первых, в ходе идентификации новых генов человека и других организмов выявляются все новые биорегуляторы и их рецепторы, которые можно использовать в качестве лекарственных препаратов для ветеринарии и медицины. Во-вторых, совершенствуются системы экспрессии различного рода генов в разнообразных клетках и организмах, что в свою очередь создает две перспективы создание клеток (бактериальных и эукариотических) и организмов (растений и животных), продуцирующих различного рода вещества, которые далее могут использоваться как лекарства, пищевые добавки, ферменты в заводских процессах или компоненты диагностикумов или вакцин, а также для создания организмов с улучшенными свойствами, например, трансгенных растений, устойчивых к засухам или имеющих повышенную переносимость к засоленным почвам, или животных, устойчивых к инфекциям. Наиболее впечатляющим достижением в области создания новых продуцентов можно назвать создание живых ферментеров - животных, секретирующих лекарственные препараты в молоко. Развитие технологий создания трансгенных животных делает процедуру создания такого ферментера достаточно рутинной. Эти технологии базируются на достижениях генетики соматических клеток и в последнее время намечается тенденция использования для этих целей систем клонирования животных. Можно сказать, что развитие молекулярной генетики перевело биотехнологию на уровень целых организмов, заложило предпосылки экологически чистых технологических процессов и интенсивных сельскохозяйственных технологий. Это особенно важно ввиду намечающихся демографических и экологических кризисов перенаселенной планеты. [c.8]

В самом ближайшем будущем биотехнология станет играть все возрастающую роль и при добыче нефти. Поскольку цены на нефть растут, добыча ее из сложных в эксплуатации залежей становится все более экономически выгодной. Здесь могут оказаться полезными микроорганизмы. Во-первых, некоторые образуемые ими полимеры, особенно производные ксантана, можно использовать в качестве компонентов закачиваемых в пласт растворов, обладающих нужными реологическими характеристиками, для добычи остаточной нефти (гл. 5). Во-вторых, в нефтяной промышленности используются поверхностно-активные вещества микробного происхождения. С экономической точки зрения производство таких веществ будет особенно выгодным, если их удастся получать путем микробиологической переработки отходов, содержащих нефть. Как правило, экономические характеристики биотехнологических процессов улучшаются, если удается совместить переработку отходов с производством полезного продукта. [c.22]

В настоящей книге не затронуты многие другие биотехнологические процессы, которые внедряются или уже внедрены в народнохозяйственную практику, но выходят за рамки рассматриваемых в книгах 5 и 6 данной серии вопросов. Можно лишь упомянуть об огромном значении таких микробиологических процессов, как выщелачивание металлов из руд, в особенности забалансовых, обессеривание угля и нефти, повышение питательной ценности кормов путем поверхностного культивирования дрожжей и грибов на отходах земледелия, получение пищевого белка из растительной, микробной и грибной биомассы, борьба с метанообразованием в угольных пластах и т. д. Уже этот далеко не полный перечень показывает какое разнообразие и эффективное применение может найти биотехнология и сколь неожиданны результаты, которые она позволяет получить. [c.140]

Отметим некоторые особенности современного этапа и перспективы развития средств автоматизации биотехнологических процессов. Одно из основных направлений биологического приборостроения, имеющих тенденцию к дальнейшему развитию, — это применение для отображения информации, ее обработки и формирования управляющих воздействий агрегатных комплексов и средств вычислительной техники. Оно обусловлено увеличением числа контролируемых параметров, интенсификацией биотехнологических процессов. В результате роста объема информации и повышения требований к скорости ее обработки тенденция применения автоматизированных средств закономерна и должна обусловить значительное уменьшение использования традиционного оборудования. Важным направлением автоматизации биотехнологии является широкое применение при разработке АСНИ, АСУ ТП и АРМ перспективных изделий электронной техники, мик- [c.108]

Некоторые функциональные особенности клеток и клеточных систем Биотехнология базируется на практической реализации метаболической активности клеток, выделенных из природных субстратов или экспериментально созданных в лабораторных условиях В зависимости от целевого продзгк-та, получаемого при реализации биотехнологического процесса, поддерживают соответствующий уровень метаболической активности биообъекта Если речь идет о каком-либо метаболите, тогда задают такие параметры культивирования, которые обеспечивают максимальный выход данного вещества Если же конечным продзгктом является биомасса клеток [c.138]

Одним из перспективных процессов биотехнологии является промышленное культивирование метилотрофов, которые уже сегодня рассматриваются как важный источник белка одноклеточных, а в дальнейшем, очевидно, могут найти еще более широкое применение. Известно, что метилотрофы способны утилизировать таг называемые одноуглеродные соединения, т. е. производные метана — метанол, формальдегид, метиламины и т. д. Важнейшим из этих веществ является метанол, поскольку это один из крупнотоннажных продуктов химической промышленности и, что особенно важно, может быть получен как из нефтехимического метан), так и из углехимического (кокс) сырья. Ряд авторов высказывают точку зрения, что метанол является своего рода веществом будущего , так как позволяет в принципе перестроить многие нефтехимические процессы, основанные сейчас на использовании все более дефицитного этилена. [c.44]

Курс Биохимия и общая молекулярная биология является фундаментальным в системе подготовки специалистов-биотехнологов и базируется на знаниях в области общей биологии, неорганической и органической лимии, химии биологически активных веществ. В рамках курса даются расширенные представления о глубинных биохимических превращениях, идущих в клетке, позволяющих понять и с большей эффективностью использовать эти процессы в биотехнологии как на уровне целых клеток, так и на уровне систем макромолекул. Это особенно актуальным делает вопрос усвоения программного курса студентами-биотехнологами. [c.44]

Растения издавна являются поставщиками химических соединений для самых разных отраслей химической промышленности. Это не только такое сырье, как сахара, но и целый набор сложных вторичных метаболитов, например каучук, кокаин, вещества, использующиеся в качестве красителей, вкусовых добавок и пряностей. Получить такие вещества методом химического синтеза часто бывает невозможно из-за сложности их строения. Сегодня, воодушевленные успехами биотехнологии, ученые вновь обращаются к царству растений. Они не только пытаются отыскать пути к улучшению способов выработки уже освоенной продукции (например, аймалина и кодеина), но и разработать новые принципы биотрансформации и получить новые продукты. Нам предстоит в ближайшие годы заставить гены растений работать в бактериальных клетках сложность этой задачи состоит в том, что мы плохо знаем, как они работают даже в собственных клетках. Кроме того, вторичные метаболиты образуются в результате многоступенчатых процессов, о регуляции которых нам тоже почти ничего не известно. Можно думать, что путем использования культур растительных тканей мы сможем разработать новые подходы к получению ценных химических продуктов, особенно лекарственных веществ, а также улучшить сорта растений. Работая с культурами тканей растений, мы сможем контролировать образование таких веществ и при этом не зависеть от капризов погоды и не думать о вредителях растений, которые так сильно влияют на образование нужных нам веществ. [c.172]

Для всестороннего изучения морфолого-физиологических свойств и продуктов обмена, прежде всего, микробов все ранее предложенные способы их выращивания оказались малопригодными Более того, накопление однородной по возрасту большой массы клеток оставалось исключительно трудоемким процессом Вот почему требовался принципиально иной подход для решения многих задач в области биотехнологии В 1933 году А. Клюйвер и Л X Ц Перкин опубликовали работу "Методы изучения обмена веществ у плесневых грибов", в которой изложили основные технические приемы, а также подходы к оценке и интерпретации получаемых результатов при глубинном культивировании грибов С этого времени начинается третий период в развитии биологической технологии — биотехнический Началось внедрение в биотехнологию крупномасштабного герметизированного оборудования, обеспечившего проведение процессов в стерильных условиях Особенно мощный толчок в развитии промышленного биотехнологического оборудования был отмечен в период становления и развития производства антибиотиков (время второй мировой войны 1939 — 1945 гг, когда возникла острая необходимость в противомикробных препаратах для лечения больных с инфицированными ранами) Все прогрессивное в области биологических и технических дисциплин, достигнутое к тому времени, нашло свое отражение в биотехнологии Следует отметить, что уже в 1869 г Ф Мишер получил "нуклеин (ДНК) из гнойных телец (лейкоцитов), В Оствальд в 1893 г установил каталитическую функцию ферментов, Т Леб в 1897 г установил способность к выживанию вне организма (в пробирках с плазмой или сывороткой крови) клеток крови и соединительной ткани, Г Хаберланд в 1902 г показал возможность культивирования клеток различных тканей растений в простых питательных растворах, Ц Нейберг В 1912 г раскрыл механизм процессов брожения, Л Михаэлис и М Л Ментен в 1913 г разработали кинетику ферментативных реакций, а А Каррел усовершенствовал способ выращивания клеток тканей животных и человека и впервые применил экстракт эмбрионов для ускорения их роста, Г А Надсон и Г С Филлипов в 1925 г доказали мутагенное действие рентгеновских лучей на дрожжи, а в 1937 г Г Кребс открыл цикл трикарбоновых кислот (ЦТК), в 1960 [c.16]

В каждом из этих процессов имеются свои специфические особенности, благодаря которым выделяют биотехнологический процесс в самостоятельный С учетом сказанного мы группируем все специальные биотехнологические процессы на микробиологические, фито- и зообиотехнологические Другими словами, мы выделяем микробную биотехнологию, фитобиотехнологию и зообиотехнологию Общие процессы изложены в первой части учебника, специальные - во второй [c.233]

Вопросы термостатирования ферментационного процесса, т. е. подвода или отвода тепла в ходе ферментации, являются очень острыми в целом ряде производств биотехнологии. В аэробных условиях, особенно при производстве белка одноклеточных, микробиологический синтез протекает со значительным тепловыделением, поэтому перед технологами возникает проблема отведения значительных количеств тепла из аппаратов большого объема (сотни и даже тысячи кубометров). Технологические требования к скорости теплоотвода очень жесткие из-за узкого температурного оптимума роста культуры, который укладывается обычно в интервал 2—3°. К сожалению, наиболее приемлемый на практике способ теплоотвода — охлаждение оборотной водой через змеевики, рубашки и другие устройства — осложняется в микробиологической промышленности очень малой разностью температур между содержимым биореактора (32—34°С для дрожжей andida) и охлаждающей водой, которая поступает в теплообменные устройства с градирни с температурой более 20°С, а в жаркое время года — и еще выше. Это заставляет создавать в биореакторе развитую поверхность теплообмена, постоянно бороться со шламообразованием и обрастанием поверхности теплообменных устройств, а также увеличивать скорости движения жидкостей у обеих поверхностей теплообменника за счет большого объема прокачиваемой внутри труб или рубашек охлаждающей воды и интенсивной циркуляции жидкости, находящейся в биореакторе. [c.21]

В биотехнологии получения биогаза должны учитываться особенности метанообразоваиия с целью создания оптимальных условий ведения процесса. Существенное влияние оказывают температура, pH, состав среды и наличие в ней ингибиторов, концентрация и размеры твердых частиц, гидродинамические условия в ферментационной среде и другие факторы. [c.208]

XIX в., особенно его вторую половину, принято называть физиологическим периодом в развитии микробиологии. Этот этап связан с именем Л. Пастера, который стал основоположником медицинской микробиологии, а также иммунологии и биотехнологии. Разносторонне образованный, блестящий экспериментатор, член Французской академии наук и Французской медицинской академии, Л. Пастер сделал ряд вьщающихся открытий. За короткий период с 1857 по 1885 г. он доказал, что брожение (молочнокислое, спиртовое, уксуснокислое) не является химическим процессом, а его вызывают микроорганизмы опроверг теорию самозарождения открыл явление анаэробиоза, т.е. возможность жизни микроорганизмов в отсутствие кислорода заложил основы дезинфекции, асептики и антисептики открыл способ предохранения от инфекционных болезней с помощью вакцинации. [c.14]

Работы великого французского ученого Луи Настера (1822-1895) заложили фундамент практического использования достижений микробиологии и биохимии в традиционных биотехнологиях (пивоварение, виноделие, производство уксуса) и ознаменовали начало нового, научного периода развития биотехнологии. Для этого периода характерно развитие промышленной биотехнологии, в особенности ферментационных процессов в промышленных масштабах. Были разработаны стерильные процессы производства путем ферментации ацетона, глицерина. Интенсивно изучаются основные группы микроорганизмов - возбудителей процессов брожения, исследуются биохимические особенности данных процессов. После открытия Александром Флемингом пенициллина разрабатываются процессы и аппараты ддя глубинного культивирования продуцентов, что резко удешевило производство данного антибиотика, и он стал доступным для широкого использования в клинической практике во время второй мировой войны. [c.10]