Procesy v biotechnológiách

Video: septik a septikov procesy

Dôležitou úlohou pri vytváraní akéhokoľvek biotechnologického procesu je vývoj a optimalizácia technológie založené na vede a zariadení k nemu.

Na organizáciu biotechnologické produkcie bol čiastočne vypožičané zo skúseností získaných v čase, keď chemickej technológie. Avšak, biotechnologické procesy sú úplne odlišné od chemického priemyslu, rovnako ako v použití biotechnológie zložitejšie organizačné záležitosti - biologické. Každý biologický objekt (bunky, čo je enzým, atď ...), - je autonómny samoregulačný systém. Povaha biologických procesov je zložitá a nie je celkom objasnený. Pre mikrobiálne populácie, napríklad, sa vyznačuje výrazným heterogenite z niekoľkých dôvodov - vek, fyzickú aktivitu, odolnosť voči nepriaznivým faktorom životného prostredia.

Sú tiež predmetom náhodných mutácií, ktorého frekvencia je 10-4-10-8. Heterogenita môže byť aj v dôsledku prítomnosti stykových plôch a nerovnomernosti médiá.

Základom rozdelenie biotechnologických procesov môžu byť založené na rôznych princípoch, napríklad vyhodnotenie objektov, ktoré patria do superkingdom živých bytostí, funkčné aktivita biologického objektu, možnosť izolovať jednotlivé fázy biotechnologických výrobných systémov ako samostatných procesov: separácia, čistenie a balenie na konečný produkt, atď (Tabuľka 2.1.).

Tabuľka 2.1. Systemizácia biotechnologických procesov

tento druh klasifikačných schém sú oprávnené, a môžete použiť ich ako rovnocenné.

Biotechnologické postupy je možné rozdeliť na biologické, biochemické a bioanalogichnye. Skoršie zahŕňajú tie, ktoré sú založené na použití akariot, prokaryot a eukaryoty, druhý - na použitie enzýmov a ďalších - chemickou syntézou alebo hemisynthesis látky funkčne podobné alebo ekvivalentné primárnej (príprava aminokyselín a podobne) alebo sekundárnych metabolitov živých organizmov ( derivatizáciou penicilínu a cefalosporínu, tetracyklín, atď nukleobází.).

V všeobecných termínoch, akýkoľvek biotechnologický spôsob zahŕňa tri hlavné fázy: predfermentatsionnuyu, kvasenie a postfermentatsionnuyu. Schematický diagram implementácie biotechnologických procesov môže byť všeobecne reprezentovaný diagramu, v ktorom je vykonaný pokus, aby odrážali všetky možnosti fermentačný procesy (obr. 2.1).

Obr. 2.1. Všeobecná schéma procesov v biotechnológii

Predfermentatsionnaya etapa

V tomto kroku sa vykonáva skladovanie a prípravu kultúry výrobcu (inokulum) a prijímanie prípravu živných médií a substrátov, kvasenie a recyklovaný procesné vzduch a vodu.

Zložky kultivačného média, sú vyberané na základe výpočtu hmotnostnej bilancie v súvislosti s transformáciou zdroje energie do bunkovej biomasy a / alebo metabolit s príspevok spotrebované (povolený) energie. Zvyčajne je kvalitatívne a kvantitatívne zloženie kultivačného média je uvedené v regulačnom dokumentácii.

Údržba a príprava čistej kultúry je veľmi dôležitý bod predfermentatsionnoy krok na výrobu požadovaných produktov: najčastejšie je to biomasa mikroorganizmov - výrobcovia. Jedná sa o baktérie a nižších húb, ale niekedy môžu pôsobiť ako producentov vyšších eukaryotických buniek (hmyzu, cicavce, rastliny).

Výroba, fiziologobiohimicheskie jeho charakteristiky a vlastnosti určujú účinnosť biotechnologického procesu. V čistej kultúre skladovacie priehradka vykonáva priemyselných kmeňov a zabezpečiť ich opätovnej aktivácie a prevádzkovú dobu výroby v množstvách potrebných pre spustenie procesu.

Priemyselný kmeň by mal v ideálnom prípade spĺňať tieto základné požiadavky:
1) Stabilita štrukturálne a morfologické znaky a fyziologické aktivity pri výrobe a prevádzke;
2) zvýšená rýchlosť rastu a biosyntéza terče (-S) produktu (ov);
3) dostatočne široký rozsah odolnosti proti nepriaznivým environmentálnych faktorov (kolísanie teploty, pH, miešanie, stredná viskozita);
4) stredne nároky na obmedzenom počte zdrojov než pripojovacích širšiu škálu zdrojov uhlíka, dusíka a ďalšie prvky môžu byť použité produkčného kmeňa, tým ľahšie je kultivovaný, a vyšším ziskom.

Pri pestovaní kultivovaný inokula dávky použitej zásady merítka, t. E. Vykonáva sa postupne výrobu energie biomasy na banky, fľaše, potom v sérii po sebe idúcich fermentorov. Každý nasledujúci krok postupu sa líši od predchádzajúceho, pokiaľ ide o poradie, zvyčajne. Získa sa tým, že produkuje sterilné semien riadky ďalej zameraný na zariadenia, v ktorom sa uskutočňuje fermentácia krok.

Príprava kultivačného média sa vykonáva v špeciálnych reaktoroch vybavených miešadlami. V závislosti na rozpustnosti a kompatibilitu medzi zložkami oddelenia môžu byť použité reaktory. Food Technology prostredia značne komplikovaná, ak nerozpustné komponenty sú zahrnuté v ich zložení. V rôznych biotechnologických procesoch použité, sú odlišné od pôvodu a množstva substrátu, takže spôsob ich výroby sa líši.

Dávkovanie živín vybrané a vykonané samostatne pre každú výrobný proces v súlade s predpismi určitého procesu. Ako meracie zariadenia, používaných v tejto hmotnosti a objemu zariadení používaných v potravinárskom a chemickom priemysle. Transport látok čerpadlami, opasok a šnekového dopravníka. Hromadné zložky sú privádzané vo fermentoroch pomocou vákuových čerpadiel.

Často používané princípu premixy, tj soli, ktorý sa vopred rozpustí a potom prepravovať potrubím, dávkovanie krmiva objemových.

Vzhľadom k mimoriadnej škálu biotechnologických procesov a slúži na ich prostredie implementácie, metód a nástrojov, zvážení týchto prvkov budú teraz spojené so špecifickými biotechnologického priemyslu.

kvasenie

Krok fermentácia je dôležitým krokom v procese biotechnológie, pretože k nej dochádza pri interakcii so substrátom a produkovať požadovaný produkt. Tento krok sa vykonáva v reaktore biochemických (fermentora) a môžu byť organizované rôznymi spôsobmi, v závislosti na vlastnostiach a požiadavky na výrobcu použitého pre daný typ a kvalitu konečného produktu.

Fermentácia sa môže objaviť v prísne sterilných podmienok alebo bez dodržania pravidiel sterility (takzvaný "nechránená" fermentácia) - kvapalné a pevná médiá, aeróbne a anaeróbne. Aeróbne fermentácie môže dôjsť, podľa poradia, povrchovo aktívne látky alebo hlboké (v celej hrúbke kultivačného média). Pestovanie biologických objektov je možné vykonávať v dávke a prietokový režim, polokontinuální fed-batch-substrát.

Počas pečenia fermentačnej narastené kultúry prechádza radom po sebe nasledujúcich krokoch: (obr. 2.2) sa lag fázy, exponenciálny, pomalý rast, stacionárne a umierajúci. Preto došlo k podstatným zmenám vo fyziologickom stave bioobject, a počet parametrov životného prostredia.

Obr. 2.2. rastová krivka mikroorganizmov počas Stávkove fermentácie: 1-2-fáza lag - fáza exponenciálneho rosta- 3 - fázy lineárne rosta- 4 - 5 rosta- spomaľovacie fáza - stacionárna fáza-6 - fáza umieranie

Požadované produkty sa tvoria v exponenciálny (primárnych metabolitov - enzýmy, aminokyseliny, vitamíny, teda látok, ktoré sú nevyhnutné pre rast bunkové kultúry ..) a stacionárne (sekundárnych metabolitov - antibiotiká, alkaloidy, hormóny, toxíny - nízkomolekulárne látky nie je nutné pre rast kultúry ale nevyhnutné pre fungovanie populáciu zrelých, často ochrannú funkciu) fáz, ale v závislosti od účelu biotechnologického procesu v moderných priemyselných procesoch uplatniť princíp diferenciácie Režimy pestovanie. Výsledkom je, že podmienky pre maximálnu produkciu požadovaného produktu.

Kontinuálne fermentácie bioobjects vykonáva za podmienok ustáleného stavu, keď sa mikrobiálne populácie a jej produkty sú najviac homogénne, tj. E. v stacionárnej fáze. Použitie kontinuálnych fermentačných procesov vytvára podmienky pre efektívne riadenie a kontrolu biosyntetických procesov. kontinuálny fermentácia systém môže byť usporiadaný podľa princípu plnej posunutie alebo úplnom zmiešanie.

Prvý príklad - tzv rúrkový kultúry: Proces fermentácie sa prevádza v dlhé potrubie, ktoré je na jednom konci kontinuálne uvádzajú médiu a inokulum, a na druhej strane - s rovnakou rýchlosťou vyplýva kultivačné tekutiny a požadované produkty. Systém beží fermentácia je heterogénna a je vykonávaný, spravidla bez miešania.

Pri kontinuálne fermentácii v fermentoroch úplnej premiešania (metóda homogénny tok) v celej fermentácie objemovej jednotky sú rovnaké podmienky. Použitie týchto systémov umožňuje efektívnu fermentácie kontrolovať jednotlivé kroky a všetky biotechnologického procesu produkujúce a stabilizovať v podstate ľubovoľnej experimentátor biotechnológiu alebo stavu.

Za predpokladu, že fermentačný proces z hľadiska vykonávania inžinierske redukuje na odmeraného prúdu fermentora prúdov (inokula, vzduchu alebo plynnej zmesi živín živiny, odpeňovače) a odvod tepla z týchto, odpadového vzduchu, kultivačné tekutiny, rovnako ako meranie a stabilizácii hlavných procesných parametrov na úrovni potrebnej pre optimálny rozvoj výrobcu a cieľového produktu.

V priebehu fermentácie sa tvoria komplexné zmesi, ktoré obsahujú bunky, extracelulárnej metabolity, zvyškovej koncentrácie východiskového substrátu. V tomto prípade sa požadované produkty sa zvyčajne nachádzajú v tejto zmesi v malých koncentráciách, a mnohé z nich sú ľahko zničené. To všetko kladie obmedzenia na metódy izolácie a sušenia biologických produktov.

LV Timoshenko, MV Chubik

Delež v družabnih omrežjih:

Podobno