Введение
1. Основные понятия о периодическом культивировании
микроорганизмов…………………………………………………5
2. Кинетика роста микроорганизма-продуцента………………….7
2.1 Параметры кривой роста…………………………………....10
3. Принципы составления питательных сред для
культивирования микроорганизмов-продуцентов…………....13
3.1 Методы оптимизации питательных средств………………19
4. Основные способы увеличения производительности
периодического процесса ферментации……………………….22
4.1 Глубинное периодическое культивирование……………...22
4.2 Продленное периодическое культивирование…………….23
5. Технические средства для реализации периодических
процессов ферментации………………………………………..25
Заключение
Библиографический список
Биотехнология - это новая, сравнительно недавно получившая широкое развития наука о практическом использование различных биологических (генов, клеток, тканей, микроорганизмов, растений и животных) с целью получения антибиотиков, ферментов, кормовых белков, биоудобрений, безвирусных растений новых сортов растений и животных, переработки сырья, промышленных и сельскохозяйственных отходов, очистки сточных вод и газовоздушных выбросов и так далее. Успехи, достигнутые в области биотехнологии, стали возможными благодаря бурному развитию таких наук, как биохимия, генетика, цитология, микробиология, молекулярная биология и другие.
Основная цель биотехнологии - промышленное использование биологических процессов и агентов на основе получения высокоэффективных форм микроорганизмов, культур клеток и тканей растений и животных с заданными свойствами. Биотехнология возникла на стыке биологических, химических и технических наук.
Биотехнологический процесс - включает ряд этанов: подготовку объекта, его культивирование, выделение, очистку, модификацию и использование продуктов.
Во многих странах мира биотехнологии придается первостепенное значение. Это связано с тем, что биотехнология имеет ряд существенных преимуществ перед другими видами технологий, например, химической.
К первоочередным задачам современной биотехнологии относятся создание и широкое освоение:
1) новых биологически активных веществ и лекарственных препаратов для медицины (интерферонов, инсулина, гормонов роста, антител);
2) микробиологических средств защиты растений от болезней и вредителей, бактериальных удобрений и регуляторов роста растений, новых высокопродуктивных и устойчивых к неблагоприятным факторам внешней среды гибридов сельскохозяйственных растений, полученных методами генетической и клеточной инженерии;
3) ценных кормовых добавок и биологически активных веществ (кормового белка, аминокислот, ферментов, витаминов, кормовых антибиотиков) для повышения продуктивности животноводства;
4) новых технологий получения хозяйственно-ценных продуктов для использования в пищевой, химической, микробиологической и других отраслях промышленности;
5) технологий глубокой и эффективной переработки сельскохозяйственных, промышленных и бытовых отходов, использования сточных вод и газовоздушных выбросов для получения биогаза и высококачественных удобрений.
Периодический метод культивирования предусматривает внесение посевного материала в питательную среду (инокуляция клетками среды) в начале процесса и получение культуры по достижении заданной фазы развития популяции. Концентрация микроорганизмов в периодической культуре нарастает и останавливается либо из-за лимитирования субстратом, либо из-за ингибирования токсичными продуктами жизнедеятельности. Для этого типа культивирования характерно непрерывное изменение физиологического состояния клеток, вызванное изменениями условий, производимыми жизнедеятельностью самих клеток. Отсюда следует, что периодическая система может поддерживать размножение клеток только в течение ограниченного времени. После фазы экспоненциального (логарифмического) роста популяция начинает испытывать недостаток элементов питания и угнетается продуктами метаболизма, что ведет к нарушению физиологического состояния клеток. Периодические культуры находятся в неустойчивом состоянии, что является серьезным недостатком, особенно когда их применяют при изучении свойств микроорганизмов.
Периодическое культивирование включает:
а) стерилизацию сред и всего оборудования;
б) загрузку биореактора питательной средой;
в) внесение посевного материала (клеток или спор);
г) выращивание культуры (это может совпадать во времени с последующим этапом или предшествовать ему);
д) синтез целевого продукта;
е) отделение и очистку готового продукта.
Все этапы представлены во временном аспекте; после окончания последнего этапа производится мойка биореактора и подготовка его к новому циклу.
В последнее время в биотехнологию внедряется принцип дифференцирования режимов культивирования: разные этапы одного и того же процесса осуществляются при различных условиях - температура, рН, аэрация и т. п. Естественно, это создает новые (дополнительные) требования при конструировании реакторов. Таким образом, в соответствии с основными принципами реализации биотехнологических процессов современные биореакторы должны обладать следующими системами:
• эффективного перемешивания и гомогенизации среды выращивания;
• обеспечения свободной и быстрой диффузии газообразных компонентов системы (аэрирование в первую очередь);
• теплообмена, обеспечивающего поддержание оптимальной температуры внутри реактора и ее контролируемые изменения;
• пеногашения;
• стерилизации сред, воздуха и самой аппаратуры;
• контроля и регулировки процесса и его отдельных этапов.