Биохимический процесс ферментации

Биохимический процесс ферментации [c.288]

Биореактор. Аппараты для проведения процессов культивирования микроорганизмов — биореакторы — можно рассматривать как технические системы, предназначенные для преобразования необходимых материальных и энергетических потоков в процессе роста и размножения клеток. Биохимические реакторы представляют собой основное технологическое оборудование, элементы схемы производства в целом, а эффективность их функционирования определяет в основном технико-экономические показатели биотехнологической системы. Многообразие форм конструктивного оформления биореакторов определяется технологическими и микробиологическими требованиями осуществляемого процесса ферментации. Так, схема на рис. 1.4 иллюстрирует различные процессы микробиологического синтеза, осуществляемые в промышленных биореакторах, а также основные условия их проведения. В биореакторе необходимо поддержание заданной температуры культивирования 1, давления Р, pH среды, окислительно-восстановительного потенциала еН, уровня растворенного кислорода Со времени ферментации т и концентрации лимитирующего субстрата 5. Для обеспечения заданных физико-химических параметров протекания процесса в биореакторе должны быть выдержаны необходимые условия тепло- и массообмена, аэрации среды и режима гидродинамического перемешивания. Рассмотренные на схеме процессы осуществляются в результате глубинного культивирования микроорганизмов в условиях аэрации и перемешивания среды. Известны также биореакторы для осуществления процесса путем поверхностного культивирования клеток с использованием микробиологических пленок и флокул, а также биореакторы для процессов с иммобилизованными на носителях ферментами [22]. [c.12]

Условия функционирования узла следующие. В биореактор поступают потоки питательной среды /.], нейтрализующего агента 2 и культуральной жидкости L (после сепарационного разделения последний содержит определенное количество клеток микроорганизмов). В отводимом из сепаратора потоке Ц находятся концентрированная биомасса микроорганизмов и некоторое количество неутилизированной питательной среды (субстрата). Поток суспензии микроорганизмов из биореактора в сепаратор обозначим з. Биореактор имеет систему охлаждения II, обеспечивающую поддержание заданной температуры процесса ферментации в условиях выделения тепла при реакции биосинтеза. Суспензия микроорганизмов при сепарации дополнительно подогревается. Биореактор представлен в виде трех операторов — I — смешение , II — теплообмен , III — биохимический синтез , а сепаратор в виде двух операторов — IV — теплообмен и V — разделение . [c.19]

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]

В процессе ферментации для микробиологического и биохимического контроля развития культуры отбирают пробы (с соблюдением условий стерильности) вначале через 24 ч после засева, а затем через каждые 12 ч роста. Готовая культура должна иметь активность не менее по.а-амилазе 4—5 ед./мл и по глюкоамилазе — [c.166]

В процессе ферментации ведется строгий микробиологический н биохимический контроль за культурой. Для этого при соблюдении [c.74]

Основные научные работы связаны с исследованиями механизма процессов биосинтеза. Изучал синтез амидов в растениях, азотистый и углеводный обмен, роль зольных элементов в питании растений в связи с ферментативными процессами, биохимические основы процесса сушки зерна. Предложил метод контроля процесса ферментации табака, [22] [c.467]

Биохимия как самостоятельная наука выделилась из общего комплекса биологических и химических наук во второй половине XIX в., но ее элементы были известны еще в глубокой древности. Например, в доисторические времена были известны и практически использовались процессы ферментации брожение виноградного сока, варка пива, приготовление спиртных напитков из меда. Однако, все эти биохимические процессы были объяснены и изучены значительно позднее. [c.5]

Последняя группа промышленных стимуляторов ферментации— это вещества, включающие молочнокислые бактерии и/или ферменты, известные в совокупности как микробные или биологические силосные добавки. Появление таких добавок обязано обилию исследований микробиологических и биохимических процессов, происходящих в ходе ферментации силоса, проведенных за последние несколько лет. [c.292]

В результате автолитических процессов происходит ферментация мяса — оно приобретает приятный специфический вкус и аромат. Процесс ферментации мяса связан со сложными биохимическими изменениями. При пониженной температуре биохимические изменения протекают менее энергично, что удлиняет срок хранения мяса в охлажденном состоянии. [c.146]

В среде для ферментации окситетрациклина после стерилизации должно содержаться не более 0,006% минерального фосфора, так как избыток его резко снижает биосинтез окситетрациклина. Таким образом, при помощи биохимических анализов контролируют правильность приготовления среды. Биохимические анализы проводятся по общепринятым методикам. В пробах культуральной жидкости в процессе ферментации определяют содержание углеводов и накопление биомассы (сухой вес мицелия или количество клеток). [c.147]

В некоторых биохимических процессах изучение изменений окислительного потенциала позволяет судить о механизме биохимических реакций. Так, например, измерение окислительного потенциала при ферментации чая позволяет изучать механизм окисления [108]. [c.107]

Количество подаваемого на. производственную ферментацию посевного материала обычно колеблется в пределах 1—5%, с повышением дозы посевного материала выше экономический коэффициент, короче лаг-фаза и меньше время получения производственной культуры. Поскольку скорость роста клеток и максимум скорости биосинтеза лизина между собой не совпадают, практически вся биомасса образуется в первые 12—18 ч, а лизин начинает синтезироваться в заметных количествах лишь тогда, когда рост биомассы замедляется. С началом образования лизина связано уменьшение в размере клеток продуцента. Наиболее характерным признаком начала биосинтеза лизина является почти полное потребление из среды дефицитных для ауксотрофного мутанта аминокислот, например треонина. Эти факторы могут учитываться при организации микробиологического и биохимического контроля процесса ферментации. [c.38]

Булевы модели строятся на основе дискретной (логической) информации и представляют собой логико-математические модели. Следует отметить, что исходные данные в процессах ферментации представлены, как правило, непрерывными (аналоговыми) значениями, которые описывают параметры процесса на биохимическом, морфологическом, физиологическом и других языках. Для построения булевой модели необходимо осуществить перевод этих разнообразных значений в дискретные числа таким образом, чтобы уровень каждого фактора задавался лишь двумя или несколькими значениями поддиапазонов, в которых находится действительное значение фактора. [c.20]

Теплообменные процессы в биохимическом производстве протекают практически на всех технологических стадиях. На стадии приготовления питательной среды в теплообменных аппаратах осуществляют тепловую стерилизацию солевых потоков воды, повторно используемой культуральной жидкости. Выносные и встроенные теплообменники используются на стадии ферментации для снятия биологического тепла. Тепловая обработка суспензий микроорганизмов используется для улучшения условий концентрирования клеток. Тепловое воздействие или термообработку микроорганизмов применяют для уничтожения живых клеток, для охла- [c.121]

В то же время, используя рассмотренный выше подход к моделированию процесса аэробной ферментации, можно сформулировать технологические требования к массообменной обстановке в биохимическом реакторе. В установившемся режиме работы реактора скорость сорбции кислорода из газовой фазы в ферментационную среду равна скорости его потребления микроорганизмами. Поэтому для аппарата полного перемешивания можно записать [c.143]

Искусство изготовления силоса как способ сохранения сочных кормов было известно тысячи лет, хотя сложные биохимические и микробиологические изменения, которые происходят при процессах силосования, становятся понятны только сейчас. Британские фермеры убирают травы, пока они еще находятся в относительно ранней стадии роста, с высоким содержанием ферментируемых сахаров (водорастворимых углеводов—ВРУ) и низким содержанием волокон. Собирают ли культуру немедленно либо оставляют на поле вянуть несколько часов, зависит от погодных условий во время покоса, но в идеале фермер хочет закладывать на силос культуру с содержанием сухого вещества 25—30 %. Во многих странах с умеренным климатом, таких как Великобритания, дожди поздней весной и ранним летом не всегда позволяют подсушить траву, и поэтому при силосовании трав, содержащих менее 25 % СВ, всегда используются силосные добавки, чтобы достичь хорошей ферментации и уменьшить потери силоса. При хранении силоса в буртах, силосных ямах или больших тюках при достаточном уплотнении и плотно закрытым для поддержания анаэробных условий естественный процесс силосования проходит различные стадии. Вначале захваченный атмосферный кислород в сырье используется растительными ферментами в еще дышащих растениях, но кислород вскоре кончается, и далее брожение происходит в анаэробных условиях [574]. В это время молочнокислые бактерии, присутствующие вначале в небольшом количестве [575], начинают быстро размножаться до концентрации 10 —10 ° клеток/г, исполь- [c.286]

Биохимические реакции, вызываемые микроорганизмами — брожение, ферментация. На начальной стадии процесса его скорость возрастает в связи с интенсивным размножением микроорганизмов. В конце процесс замедляется вследствие недостатка пищи. [c.137]

Техническая биохимия получила мощное развитие в нашем государстве лишь со времени Великой Октябрьской социалистической революции. Обширная сеть специальных институтов изучает биохимическую сторону таких, например, производств, как спиртовое, сахарное, чайное, табачное технологию консервирования, хлебопечения, кожевенного дела и пр. Биохимическим институтом Академии наук СССР достигнуты ценные результаты в области рационализации процессов хлебопечения, ферментации чая и табака, хранения овощей и др. (Опарин, Рубин, Смирнов). [c.432]

Превращение биомассы в топлива, пригодные для непосредственного использования, осуществляется термохимическими или биохимическими процессами. К термохимическим процессам переработки относятся прямое сжигание, пиролиз, газификация и экстракция масел, к биохимическим — ферментация и анаэробное разложение. Перед переработкой биомасса обычно проходит стадии подготовки, включающие измельчение, сущку и др. При переработке биомассы в моторные топлива наибольший интерес представляет газификация с получением синтез-газа (преобразуемого затем в метанол или углеводороды), а также ферментация с получением этанола. Процесс получения синтез-газа во многом аналогичен газификации угля (см. раздел 3.2). При газификации древесины при 300 °С в присутствии кислорода образуется в основном диоксид углерода. При повышении температуры до 600 °С получают смесь, в которой помимо СОг присутствуют водород, оксид углерода, метан, пары спиртов, органических кислот и высших углеводородов. Выход газообразных продуктов при этом не превышает обычно 40% (масс.) на сырье. В связи с меньшими энергетической плотностью и теплотой сгорания биомассы газификация ее менее эффективна, чем газификация угля. Поэтому, несмотря на проводимые во многих странах исследовательские и конструкторские [c.121]

Технологическую основу БТС составляет процесс культивирования микроорганизмов — ферментация. При этом биофаза потребляет продукты питания — минеральную питательную среду и субстрат, перерабатывает их клеткой и выделяет в среду метаболиты. В результате обмена веществ происходит синтез внутриклеточных веществ, рост клетки (увеличение биомассы) и ее развитие (морфологические и физиологические изменения). Рост и развитие популяции микроорганизмов являются результатом сложнейшей совокупности физиологических, биохимических, генетических и других внутриклеточных процессов. Кроме того, важное место занимают процессы физической природы — перенос массы, энергии, количества движения из окружающей среды к клеткам и обратно. Таким образом, процесс ферментации можно рассматривать как определенным образом организованное развитие популяции микроорганизмов во взаимодействии с окружающей средой (ферментационной средой). Ферментационная среда, содержащая микробные клетки, компоненты минерального питания, субстрат, продукты клеточного метаболизма представляет собой многофазную систему, в которой протекают физиолого-биохимические и физико-химиче-ские процессы. К особенности данной среды относится сложный характер взаимодействий между ее составляющими. [c.51]

Особенности массообменных эффектов в БТС связаны с процессами ферментации, когда одновременно с ростом и развитием популяции микроорганизмов осуществляется перенос массы (транспорт питательных веществ и продуктов метаболизма) и энергии (поглощение и выделение тепла при биохимических превращениях в многофазной системе). Модели, описывающие процессы массообмена в биохимическом реакторе, являются макросоставляющими общей математической модели биореактора в целом. Скорость потребления питательных веществ в процессе роста микроорганизмов определяется, с одной стороны, скоростью их биохимического превращения, а с другой,— скоростью переноса веществ к клеткам. [c.82]

Институтом биохимии им. А. И. Баха АН СССР разработана и предложена новая технологическая схема производства черного чая. Она основана на принципе рационального регулирования биохимических процессов путем сочетания ферментативных и фжзи-ко-химжческих процессов при переработке сырья. При этой технологии применяют укороченную ферментацию и термическую обработку недоферментированного полуфабриката [19]. Этот способ предусматривает прекращение ферментативных процессов путем сушки скрученного листа при высокой температуре (95—98°), когда степень окисления танина составляет только 30—35%, в результате чего обеспечивается сохранение в полуфабрикате 60— 70% танина и 7з катехинов исходного сырья. В то же время при обычной технологии в полуфабрикате черного чая остается лишь около 40% танина, а катехины в нем практически отсутствуют. [c.222]

В последнее время интенсивно развивается прикладная Б. Для земледелия и растениеводства важно знание особенностей обмена веществ в культурных растениях, а также внешних факторов (температуры, влажности, условий питания и т. д.), которые оказывают влияние на отдельные звенья обмена веществ и в конечном счете влияют на изменчивость химического состава растений. Знание этих процессов и условий дает возможность управлять развитием растений и получать высокие урожаи хорошего качества. Важное значение имеет Б. и при выведении новых сортов растений, где требуется изучение качества урожая, чтобы получать сорта с высоким содержанием белка, сахара, крахмала, жира, витаминов и др. Задачей ее является изучение обмена веществ, биохимических закономерностей индивидуального развития организмов, питания животных и птиц, высокой продуктивности, наследственности и изменчивости. Очень велико значение Б. в животноводстве, где вместе с физиологией она является теоретической основой зоотехнии и ветеринарии. Зная процессы обмена веществ в организмах животных и потребность их в отдельные периоды жизни в различных соединениях, можно найти условия, при которых достигается наивысшая продуктивность животных с минимальной затратой кормов. Важное значение имеют биохимические исследования и для разработки способов хранения с.-х. продуктов. Огромные массы продуктов, закладываемые на хранение, являются ншвыми организмами, в их клетках и тканях во время хранения происходят биохимические процессы. Чтобы создать наиболее правильный режим хранения этих продуктов, необходимо знать процессы обмена веществ в хранящихся клубнях, овощах, плодах, зерне и г. д. и влияние внешних условий на эти процессы. Исключительно велика роль Б. в пищевой промышленности. Ферментация табака, технология чайного производства, мукомольная и хлебопекарная промышленность, витаминная промышленность, виноделие и пивоварение и т. д. улучшаются и развиваются на основе биохимических исследований. Важную роль имеют биохимические исследоваиия и при заготовке кормов, в частности при сушке сена и силосовании. [c.46]

ФЕРМЕНТАЦИЯ. Биохимический процесс превращения веществ при переработке растительного и животного сырья. При Ф. главным образом формируются специфические свойства того или иного продукта, его вкус, цвет, аромат и др. Поэтому в пищевой, легкой и фармацевтической промышленности Ф.— основной технологический процесс. Примерами в этом отношении являются чайная, табачная, хлебопекарная отрасли промышленности. Предполагали, что Ф.—микробиологический процесс. Но в настоящее время благодаря исследованиям советских ученых окончательно установлен ферментативный характер этих превращений. Главную ро.иь в этом процессе играют ферменты, как ускорители процессов превращения веществ. Для нормального течения Ф. необходимо прежде всего разрушение тканей и клеток растительного и животного сырья, например помол зерна в мукомольно-хлебопекарном производстве, раздавливание виноградной ягоды в виноделии, томление и сушка табачного листа, скручивание завяленного чайного листа и т. д. Для нормального течения Ф. требуется также создание определенных условий — температура, относительная влажность воздуха и др. Чайный лист после завяливания подвергается скручиванию на специальных машинах — роллерах, где происходит разрушение тканей и клеток листа, содержимое которых подвергается биохимическим изменениям с участием ферментов. Листья чая содержат сложную смесь катехинов, которые при Ф. претерпевают окислительную конденсацию с образованием более сложных соединений. Катехины взаимодействуют не только между собой, но и с разными аминокислотами, образуя соединения, обладающие разными запахами, с сахарами, белками и другими соединениями. В результате сложных превращений при Ф. образуются цвет, вкус, аромат черного байхового чая. Ф. табака — автолитический процесс, происходящий в убитых тканях листьев после их томления и сушки. При этохм окончательно формируются характерные признаки качества табака, как сырья для получения табачных изделий. Изменяется химический состав табака, уменьшается содержание белкового азота и идет накопление растворимых азотистых соединений, ул1еньшается содержание никотина, идет распад углеводов, накопление ароматических со- [c.317]

Химические и биохимические процессы, протекающие при этих операциях, сложны и мало изучены. Главными факторами, влияющими на качество чая, являются содержание и соотношение танина, эфирного масла и кофеина (теина). Основной процесс, влияющий на качество чая,—это окисление танина в стадии ферментации. Чайный лист весьма богат пероксидазой, и кажется вполне вероятным, что она в этом окислении принимает непосредственное участие. Здесь идет образование органических перекисей в смысле оксиге-назы Баха. Затем эти перекиси с помощью пероксидазы окисляют частично танин. Чтобы это окисление проходило, надо было как-то устранить тормозящее действие танина. Опариным было показано, что пептон и близкие к нему продукты протеолиза устраняют это инактивирующее действие танина. Поэтому предшествование протеолиза в листе обеспечивает перокси-дазное окисление танина. Помимо протеолиза существенно также освобождение р-глюкозидазы, которая в дальнейшем расщепляет как глюкозидные связи чайного танина, освобождая соответствующие полифенолы, так и другие глюкозиды, присутствующие в листе. Освобождающиеся спирты и фенолы образуют сложные эфиры с летучими кислотами, накапливающимися при переработке листа. Образование этих эфиров связано с появлением аромата в продукте и характеризуется наличием эфирного масла. [c.436]

В мелких сырах глазки образуются в первые дни ферментации в процессе жизнедеятельности ароматобразующих стрептококков. Свойства сыра - вкус, аромат, консистенция, рисунок - формируются при сложных биохимических процессах, главная роль в которых принадлежит микроорганизмам, внесенным в сырную массу с закваской. [c.161]

Дан анализ биохимического производства, рассматриваемого с позиций системного подхода как сложная иерархическая система (БТС) с целым рядом взаимосвязанных подсистем и элементов, обеспечивающих преобразование материальных и энергетических потоков в процессе переработки исходного сырья в целевые продукты микробиологического синтеза. Рассмотрены вопросы выбора глобального и локальных критериев эффективности, а также применения принципов многоуровневой оптимизации при анализе БТС и ее подсистем. Приведены примеры построения математических моделей типовых технологических элементов, составляющих БТС, даны алгоритмы их расчета на ЭВМ и методы анализа надежности функционирования в системе. Детально исследованы условия функционирования основных подсистем БТС ферментации , разделения биосуспензий , биоочистки , рассмотрены принципы их структурного анализа и оптимизации. Рассмотрена иерархическая структура управления биохимическими системами и показана эффективность использования управления на основе ЭВМ в задачах оптимизации процессов биохимических производств. [c.2]

Иерархическая структурная схема БТС в зависимости от степени ее детализации может охватывать большое число уровней, начиная от ферментативных реакций на уровне отдельных клеток и кончая уровнем функционирования целых подсистем, например ферментация, разделение микробиологических суспензий и т. д. Однако количественный анализ такой структурной схемы в целом с использованием методов математического моделирования представляет собой сложную задачу. С практической точки зрения более эффективно при анализе системы выделить в иерархической схеме ближайшие уровни, описывающие поведение основных подсистем и элементов БТС. Элементами БТС являются условно неделимые единицы — технологические аппараты, в которых осуществляется целенаправленное протекание технологических процессов физической, химической или биохимической природы. К таким аппаратам относятся инокулятор — аппарат для получения засевной биомассы микроорганизмов биохимический реактор — аппарат для проведения процесса микробиологического синтеза флотаторы, центрифуги, сепараторы — аппараты для разделения микробиологических суспензий и др. [c.18]

Расчет по данной модели позволяет уетановить характер изменения основных технологических параметров процесса при различных режимах ферментации, а также влияние массообменных характеристик биохимического реактора на его технологические показатели. [c.142]

Процессы биохимической технологии подразделяют по стадиям реализаци и технологической схемы производства подготовка оборудования и питательных сред, их стерилизация, посев биообъекта и ферментация, выделение, очистка, сушка, упаковка В зависимости от целевого продукта число стадий процесса может быть то больше, то меньше Для сравнения можно назвать производство кормовых дрожжей и антибиотика стрептомицина В первом случае целевым продуктом являются дрожжевые клетки, во втором — вторичный метаболит, предназначенный для парентерального введения больным людям и животным При получении антибиотика имеется больше стадий, чем в случае получения дрожжевых клеток [c.241]

Второй этап биотехнологического процесса, называемый ферментацией, проводят в производственных биореакторах. По биохимической сущности он во многом имитирует предферментацию и поэтому названный термин является условным. Тем не менее, он принят на практике и в специальной литературе и не нуждается в каких-либо дополнительных пояснениях. [c.384]

Кристаллизация и кристаллические структуры. 9. Электрические и магнитные явления. 10. Спектры и некоторые другие оптические свойства. 11. Радиационная химия и фотохимия, фотографические процессы. 12. Ядерные явления. 13. Технология ядерных превращений. 14. Неорганическая химия и реакции. 15. Электрохимия. 16. Аппаратура, оборудование заводов. 17. Промышленные неорганические продукты. 18. Экстрактивная металлургия. 19. Черные металлы и сплавы. 20. Цветные металлы и сплавы. 21. Керамика. 22. Цемент и бетон. 23. Сточные воды и отбросы. 24. Вода. 25. Минералогическая и геологическая химия. 26. Уголь и продукты переработки угля. 27. Нефть, нефтепродукты и родственные соединения. 28. Детонирующие и взрывчатые вещества. 29. Душистые вещества. 30. Фармацевтические препараты. 31. Общая органическая химия. 32. Физическая органическая химия. 33. Алифатические соединения. 34. Алициклические соединения. 35. Неконденсированные ароматические системы. 36. Конденсированные ароматические системы. 37. Гетероциклические соединения (с одним гетероатомом). 38. Гетероциклические соединения (более чем с одним гетероатомом). 39. Элементоорганические соединения. 40. Терпены. 41. Алкалоиды. 42. Стероиды. 43. Углеводы. 44. Аминокислоты, пептиды, белки. 45. Синтетические высокомолекулярные соединения. 46. Краски, флуоресцентные отбеливающие агенты, фотосенсибилизаторы. 47. Текстиль. 48. Технология пластмасс. 49. Эластомеры, включая натуральный каучук. 50. Промышленные углеводы. 51. Целлюлоза, лигнин и др. 52. Покрытия, чернила и др. 53. Поверхностно-активные вещества и детергенты. 54. Жиры и воска. 55. Кожа и родственные материалы. 56. Общая биохимия. 57. Энзимы. 58. Гормоны. 59. Радиационная биохимия. 60. Биохимические методы. 61. Биохимия растений. 62. Биохимия микробов. 63. Биохимия немлекопитающих животных. 64. Кормление животных. 65. Биохимия млекопитающих животных. 66. Патологическая химия млекопитающих. 67. Иммунохимия. 68. Фармакодинамика. 69. Токсикология, загрязнение воздуха, промышленная гигиена. 70. Пищевые продукты. 71. Регуляторы роста растений. 72. Пестициды. 73. Удобрения, почвы и питание растений. 74. Ферментация. [c.50]

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]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология