Файл: Биотехнология жне жалпы химиялы технология кафедрасы.doc
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 06.12.2023
Просмотров: 103
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
2 жəне В12 витаминдерін, сонымен қатар етті айырбастай алатын микроскопиялық саңырауқұлақты микробиологиялық алыну тəсілі ашылды. Осы периодта биометаллургия- рудалардан цинк пен мысты бактериалды сілтілеу туды.
5. Жаңа биотехнологиялық эрасы (1975 жылдан кейін). Микроорганизмдердің генін өзгертуге, оларға өсімдіктер мен жануарлардың жақсы қасиеттерін көшіруге мүмкіндік беретін гендік инженерияның дамуымен сипатталады. Диагностикалық препараттардың алуан түрлі негізі болатын көп клондалатын антиденелерді алуға мүмкіндік тудыратын гибридомды технология ашылды. Ортасында геномның құрылуы жүретін “трансгенді” өсімдіктер мен жануарлар пайда болды.
Тағайындалған биотехнологиялық өндіріс негіздері биотехнологияны пайдаланып қазірден бастап өнімдерді алуға мүмкіндік тудырады жəне бұл аймақ жылдам өрістеп келеді.
Халықшаруашылығыныңтүрлісалаларындағыбиотехнологияныңмаңызы.
Биотехнология өнімдерін немесе биотехнологиялық процестерді келесі салаларда қолданады: медицина, тағам өндірісі, ауылшаруашылығы, экология, энергетика, химиялық өндіріс, мұнай қазу, металдарды алу, биоэлектроника.
Медицинадағы биотехнология. Вакциналар-арнайы өңдеп əлсізденген немесе өлтірілген күйінде адам организміне енгізілетін арнайы өсірілген ауру тудыратын микроорганизмдер, вирустар жəне олардың құраушылары осы ауруларға қарсы күш көрсететін иммунитет тудырады. Осыдан бастап Луи Пастер эрасы басталды.
Антибиотиктер – ауру тудыратын микроорганизмдерге қарсы əсер ететін заттар. Көгерген арқылы синтезделетін зат алынып пенициллин деп аталған. Екінші дүниежүзілік соғыс кезінде оның өндірісі жəне жарақаттарды емдеуге пайдаланылуы басталды. Эффект күткен нəтижеден асатүсті.
Витаминдер. Витаминдерді өсімдіктерден жылдам синтездейтін микроорганизмдер табылды. Қазіргі биотхнологияның мақсатының бірі – В2 жəне В12 өндірісі сонымен қатар, С витаминінің химиялық өндірілуі болып табылады.
Инсулин. Жаңа биотехнология көмегімен адам инсулинін шапшаң жылдамдықпен ситездей алатын микроорганизмдер “құрастырылған”. Дəрі АҚШ-та “Хьюмулин” сауда белгісімен сатылады.
Өсіру гармоны. Самотропный гармонды қымбат жəне ыңғайсыз тəсілмен-өлген адамның ми гипофизінен алуға болады. Жаңа биотехнология осы самотропный гармонды синтездеп, оның өндірісін ұйымдастыра алатын микроорганизмдерді құрастырды.
Тағам өндірісіндегі биотехнология. Сыра, шарап, квас, нан ежелгі заманнан белгілі, бірақ оларды өндіру технологиясында микроорганизмдердің атқаратын ролі тек өткен ғасырда ғана əйгілі болды. Қышқыл-сүт тағамдары. Бұл биотехнологиялық тағамдар да ежелден белгілі, əр елде ашытқы ретінде түрлі микроорганизмдерді пайдаланған. Сусындар дайындау технологияларда да ерекшеліктер бар.
Лимон қышқылы. Оның қанттан немесе оның өндіріс қалдықтарынан – мелиссадан, сонымен қатар құрамында қант болатын ағаш гидролизаттарынан немесе бидайдан биосинтездеу тəсілі табылады. Лимон қышқылының əлемдік өндірісі жылына 200 мың тоннаға жуық.
Белок. Құрамында белок аз болғандығына қарамастан, адамзат белок алу үшін етпен қоректенеді, бірақ бұл қымбат жол. Сондықтан белокты микроорганизмдерден алу жолына көп көңіл бөлінеді. Соңғы кезде адам жоғарғы сапалы саңырауқұлақтардың (вешенкалар,опяталар,масляталар) мицелийін ферментте құрастыруын үйренді.
Шұжықтар. Жақсы сапалы шұжықтар алу үшін тартылған етке тартымды дəм беру үшін белгілі түрлі микроорганизмдердің ашытқыларын қосады.
Ас бояғыштары, консерванттар, қоюлатқыштар. Сары, қызыл, көк түсті ас бояғыштарын өндіру үшін микроорганизмдерді немесе жоғарғы сапалы саңырауқұлақтардың жекеленген клеткаларын қолданады. Қоюлатқыш ретінде биотехнология микроб текті полисахарид – декстранды ұсынады. Биотехнология текті консерванттар ретінде сүт-қышқылдық бактерияларының арнайы штаммалары бөлетін низинді пайдаланады.
Ауыл шаруашылығындағы биотехнология. Ас белогы. Жануарларды бордақылаған кезде белок қорегі (балық ұны, соялар, горох) қажет. Біздің елімізде мұның бəрі жеткіліксіз. Ашытқылардың арасындағы ең əйгілі Candida қатар техникалық метанол жəне этанол негізінде алу технологиясы бар.
Ас аминоқышқылдары. 20 аминоқышқыл арасында адам үшін ауыстырылмайтын 8 аминоқышқыл бар. Бұл аминоқышқылдар жануар организмінде синтезделмей сырттан қорек арқылы келеді. Лизин, триптофан, треонин сияқты аминоқышқылдар организмдерге қажетті. Олар микроорганизмдердің арнайы штаммаларымен өндіріледі.
Силостық ашытқылар. Шабылған шөптің сақталынуы үшін жəне оның қорек құндылығын жоғарылату үшін силостарға арнайы ашытқылар – микроорганизмдер қоспасын араластырады.
Пробиотиктер. Бұл жануарлар ас қорыту трактісінің пайдалы микроорганизмдері. Оларды кейбір жағдайларда асқа жануар биопрепараты ретінде қосады. Бұл жағдайда бірсегментті асқазаны бар жануарлардың ауыр асты қорытуға көмегін тигізеді.
Бактериалды тыңайтқыштар. Табиғатта ауадан азотты жұтып, оны аммоний жəне органикалық түріне айналдыра алатын микроорганизмдер бар. Бұл микроорганизмдермен симбиозда өскен кезде азот қорегін жинақтауға болады.
Су мен топырақтың мұнаймен ластануларының биодеградациясы. Мұнайдың авариялық төгілуі кезінде ласталған аймақтардың алғашқы қалпына келтірудің биотехнологиялық тəсілі қолданылады. Ол аймақтарда арнайы азотпен жəне фосформен қорек ету үшін түрлі қоспалар енгізілген мұнайды қышқылдандыратын микроорганизмдермен өңдейді. Бұл түрлі қоспалар мұнай көмісутектерін биомассаға жəне көміртек диоксидіне айналдырады.
Мұнайдың жəне тас көмірінің күкіртсізденуі. Табиғатта сульфидтер мен меркаптандардағы күкіртті бос элементтар күкіртке айналдыратын микроағзалар бар. Нəтижесінде электростанциялар отындары да, мотор отындары да экологиялық таза болып шығады, себебі атмосфераға күкірт диоксидінің аз мөлшерін бөледі.
Ауаның оттегімен құнарлануы. Космостық кемелерінде, су асты қайықтарында, жəне адам өмір сүретін шектелген кеңістіктерде ауаны көміртегі диоксидінен тазартқыш рөлін микросуөсімдігі – хорелла атқарады олар күн сəулесінің əсерінен культивирленеді.
Биотармақталатын полимерлер. Қазіргі кезде пластмасса қалдықтарын жою мəселесі туады. Сондықтан қоршаған ортаны қорғайтын кейбір елдерде пластмасса қаптауларын шектеп жатыр. Оның орнына полигидроксибутират немесе полиакатат негізіндегі қаптауларда ұсынуда. Бұл материалдар негізіндегі лақтырылып тасталған қаптаулар қара топырақ микроорганизмдерімен əрекеттесу нəтижесінде суға, көмірсутке диоксидіне жəне осы микроорганизмдердің биомассасына айналады.
Қазіргі заманғы биосинтез өнімдерін өндіру біртұтас биотехнологиялық, система болып табылады, оның құрамына кезекпен жүргізілетін көптеген стадиялар мен операциялар кіреді, олардың саны мен ерекшеліктері өндірілетін өнімнің түріне жəне тауарлық формасына байланысты.
Кез келген технологиялық системаның құрамы: биотехнологиялық агент, субстрат, технологиялық режим, процесті жүзеге асыратын аппараттар жəне өнім (1-сурет)
Биотехнологиялық системаның биологиялық агенті – клетка (прокариот, эукариот) немесе вирустық бөлшек болуы мүмкін. Субстрат – клеткаларды култьтивирлеуге қажетті қоректік
орта болып табылады, өнім – қажетті өңдеуден өткен соң тауарлық күйге енетін – клеткалар, вирустар биомассасы немесе клеткалармен синтезделетін зат.
Биотехнологиялық процестерді аппаратуралық жабдықтаудың негізгі элементтерінің бірі – биореактор (аппарат-культиватор, ферментер, ферментатор) болып табылады. Культивирлеудің белгілі параметрлері мен режимінде биореакторларда іс жүзінде кез келген клеткаларды өсіруге болады.
Биотехнологиялық процестердің маңызды ерекшелігі – əр түрлі өнімдердің түзілу немесе бұзылу реакциясы тірі организмдердің көмегімен жүзеге асады. Сонымен, микроорганизмдер культурасын биотехнологиялық системалардың орталық элементі ретінде қарастыруға болады. Олар қоршаған ортадан қоректік заттарды пайдаланады, өседі, көбейеді, метаболизм өнімдерін бөліп шығарады. Культивирлеу системасының қалған элементтерін (ферментатор, қоректік орта, бақылау жəне басқару жүйесін) культураның қажеттілігін максималды мөлшерде қанағаттандыратындай етіп қажетті бағытта таңдап алады. Биотехнологиялық өндірістің шикізаттары. Егу материалдарын жəне қоректік ортаны дайындау процестері.
Биотехнологиялық процестерге арналған шикізаттар. Көміртек, азот жəне фосфор көздері. Егу материалдарын дайындау. Негізгі қоректік орталардың сипаттамасы. Микроорганизмдердің қорек көзіне қажеттілігі. Қоректік ортаны термиялық периодтық стерилизациялау. Қоректік ортаны үздіксіз термиялық стерилизациялау. Қоректік ортаны салқын стерилизациялау.
Ферментация процесіне арналған шикізат ең алдымен құрамында микроорганизмдердің биомассасын құрайтын қажетті элементтерден құралатын қоректік орталардың пайда болу мəселесін шешеді; орта сонымен қатар микроорганизмдердің өмір сүру ортасы болып табылады.
Шикізат деп құрамында қажетті қорек компонеттері болатын таза немесе комплексті заттарды айтады. Ол арзан жəне қол жететіндей жəне зиян қоспаларсыз болу керек. Сондықтан əр пайдаланылатын шикізат түріне оның сапасын анықтайтын стандарттар болу қажет.
Су – арзан болса да масса жағынан ең маңызды шикізат түрі. Биотехнология өнімдерінің көптеген түрлері су сапасымен анықталады. Су биологиялық жағынан таза болуы қажет (1 мл суды микроорганизмдер саны 100-ден аспау керек), түссіз, дəмсіз жəне иіссіз болуы керек жəне ол тұнбауы керек. Судың буланғаннан кейінгі қалдығы 1 г/л-ден аспау керек, жалпы кермектігі 7 мг-экв/л-ден аспау керек. Аса кермек су ферментация процесіне кері əсерінен тигізеді. Су құрамындағы зиянды заттарға шектеулер қойылған: қорғасын – 0,1 мг/л-ге дейін, мышьяк – 0,05 мг/л-ге дейін, фтор – 1,5 мг/л-ге дейін, цинк – 0,5 мг/л-ге дейін, мыс – 3,0 мг/л-ге дейін.
Көміртектің қорек көздері.
Көмірсулар – ферментация процесінде жиірек қолданатын заттар. Оларға төменде келтірілген қоспалар жатады:
Глюкоза С 6 Н12 О 6 ; ылғалдылығы 9%- ға дейін; күл мөлшері – 0,07%-ға дейін, соның ішінде темір – 0,03%-ға дейін.
Сахароза С 12 Н 22 О11 ; ылғалдылығы 0,15%- ға дейін; күл мөлшері – 0,03%-ға дейін.
Меласса – қант өндірісінің қалдығы (қант кристалдарын бөліп алғаннан соң қалған буланған сұйық). Оның түсі қара-қоңыр болып келеді, тығыздығы 1,35-1,4 г/мл, құрамында 40-55% сахароза, 0,5-2% инвертті қант бар. Сонымен қатар құрамына аминоқышқылдар мен В тобындағы витаминдер (биотин – 80 мг/т) кіреді. Күлінде калий, магний, темір көп. Меласса маусымдық өнім, оны сақтау кезінде микроорганизмдердің əсерінен қант азаюы мүмкін.
Жүгері ұны. Құрамында 67% крахмал, 10% басқа көмірсулар, 12% белоктар болады. Ылғалдылығы 15%-ға дейін; күл мөлшері – 0,9%-ға дейін. Күлінде калий, магний, фосфор көп. Ағаш гидролизаты. Ағаштың өзі микроорганизмдер үшін «дəмді» шикізат емес, бірақ алдын ала өңдесе – жоғарғы температурада қышқылдық гидролиздесе – гидролизатқа айналады. Целлюлоза мен пентозандар глюкозаға жəне басқа қанттарға дейін гидролизденеді. Құрамындағы қанттың мөлшері ағаш табиғатына жəне гидролиз технологиясына байланысты 4-8% болады.
Көміртектің көмірсулардан басқа көздері.
Көмірсутек газдар – метан, этан, пропан, бутан – ас белоктарын жəне биомассаны қайта өндіру өнімдерін алу үшін пайдаланылған.
Сұйық көмірсутектер – ұзын көмірсу тізбекті С 10 – С 27 парафиндер. Ас ашытқыларын, лимон қышқылын, биопрепараттар – мұнай деструкторларды өндіру үшін пайдаланылады.
Майлар. Тарихи аңыздарда майларды басында ферментация мен процестерінде көпіршіктенуді тоқтату үшін пайдаланылған. Көпіршіктенуді тоқтату үшін доңыз, сиыр, қой майларын жəне пальма майын пайдаланылған. Бірақ пальма майы қалыпты температурада қатты күйінде болады да, оның пайдаланылуы қиынға түседі.
Лабораториялық практикада агарланған ортаны – мұхит өсімдіктеріндегі полисахариді негізінде жасалған агар жиі қолданылады.
Азот қорек көздері.
Көптеген микроорганизмдер бейорганикалық азот көздерін пайдалана алады: аммоний сульфаты, аммоний нитраты, карбамид, аммиак суы.
Көп жағдайларда ферментация процесі үшін қорек орта құрамына негізі аминоқышқылдар мен белоктаар болып келетін органикалық азот көздерін енгізу қажет. Бұл жағдайда шикізат ретінде өсімдік жəне жануарлар текті табиғи өнімдер пайдаланылады. Осы өнімдердің ішіндегі кең тарағандарын қарастырайық.
5. Жаңа биотехнологиялық эрасы (1975 жылдан кейін). Микроорганизмдердің генін өзгертуге, оларға өсімдіктер мен жануарлардың жақсы қасиеттерін көшіруге мүмкіндік беретін гендік инженерияның дамуымен сипатталады. Диагностикалық препараттардың алуан түрлі негізі болатын көп клондалатын антиденелерді алуға мүмкіндік тудыратын гибридомды технология ашылды. Ортасында геномның құрылуы жүретін “трансгенді” өсімдіктер мен жануарлар пайда болды.
Тағайындалған биотехнологиялық өндіріс негіздері биотехнологияны пайдаланып қазірден бастап өнімдерді алуға мүмкіндік тудырады жəне бұл аймақ жылдам өрістеп келеді.
Халықшаруашылығыныңтүрлісалаларындағыбиотехнологияныңмаңызы.
Биотехнология өнімдерін немесе биотехнологиялық процестерді келесі салаларда қолданады: медицина, тағам өндірісі, ауылшаруашылығы, экология, энергетика, химиялық өндіріс, мұнай қазу, металдарды алу, биоэлектроника.
Медицинадағы биотехнология. Вакциналар-арнайы өңдеп əлсізденген немесе өлтірілген күйінде адам организміне енгізілетін арнайы өсірілген ауру тудыратын микроорганизмдер, вирустар жəне олардың құраушылары осы ауруларға қарсы күш көрсететін иммунитет тудырады. Осыдан бастап Луи Пастер эрасы басталды.
Антибиотиктер – ауру тудыратын микроорганизмдерге қарсы əсер ететін заттар. Көгерген арқылы синтезделетін зат алынып пенициллин деп аталған. Екінші дүниежүзілік соғыс кезінде оның өндірісі жəне жарақаттарды емдеуге пайдаланылуы басталды. Эффект күткен нəтижеден асатүсті.
Витаминдер. Витаминдерді өсімдіктерден жылдам синтездейтін микроорганизмдер табылды. Қазіргі биотхнологияның мақсатының бірі – В2 жəне В12 өндірісі сонымен қатар, С витаминінің химиялық өндірілуі болып табылады.
Инсулин. Жаңа биотехнология көмегімен адам инсулинін шапшаң жылдамдықпен ситездей алатын микроорганизмдер “құрастырылған”. Дəрі АҚШ-та “Хьюмулин” сауда белгісімен сатылады.
Өсіру гармоны. Самотропный гармонды қымбат жəне ыңғайсыз тəсілмен-өлген адамның ми гипофизінен алуға болады. Жаңа биотехнология осы самотропный гармонды синтездеп, оның өндірісін ұйымдастыра алатын микроорганизмдерді құрастырды.
Тағам өндірісіндегі биотехнология. Сыра, шарап, квас, нан ежелгі заманнан белгілі, бірақ оларды өндіру технологиясында микроорганизмдердің атқаратын ролі тек өткен ғасырда ғана əйгілі болды. Қышқыл-сүт тағамдары. Бұл биотехнологиялық тағамдар да ежелден белгілі, əр елде ашытқы ретінде түрлі микроорганизмдерді пайдаланған. Сусындар дайындау технологияларда да ерекшеліктер бар.
Лимон қышқылы. Оның қанттан немесе оның өндіріс қалдықтарынан – мелиссадан, сонымен қатар құрамында қант болатын ағаш гидролизаттарынан немесе бидайдан биосинтездеу тəсілі табылады. Лимон қышқылының əлемдік өндірісі жылына 200 мың тоннаға жуық.
Белок. Құрамында белок аз болғандығына қарамастан, адамзат белок алу үшін етпен қоректенеді, бірақ бұл қымбат жол. Сондықтан белокты микроорганизмдерден алу жолына көп көңіл бөлінеді. Соңғы кезде адам жоғарғы сапалы саңырауқұлақтардың (вешенкалар,опяталар,масляталар) мицелийін ферментте құрастыруын үйренді.
Шұжықтар. Жақсы сапалы шұжықтар алу үшін тартылған етке тартымды дəм беру үшін белгілі түрлі микроорганизмдердің ашытқыларын қосады.
Ас бояғыштары, консерванттар, қоюлатқыштар. Сары, қызыл, көк түсті ас бояғыштарын өндіру үшін микроорганизмдерді немесе жоғарғы сапалы саңырауқұлақтардың жекеленген клеткаларын қолданады. Қоюлатқыш ретінде биотехнология микроб текті полисахарид – декстранды ұсынады. Биотехнология текті консерванттар ретінде сүт-қышқылдық бактерияларының арнайы штаммалары бөлетін низинді пайдаланады.
Ауыл шаруашылығындағы биотехнология. Ас белогы. Жануарларды бордақылаған кезде белок қорегі (балық ұны, соялар, горох) қажет. Біздің елімізде мұның бəрі жеткіліксіз. Ашытқылардың арасындағы ең əйгілі Candida қатар техникалық метанол жəне этанол негізінде алу технологиясы бар.
Ас аминоқышқылдары. 20 аминоқышқыл арасында адам үшін ауыстырылмайтын 8 аминоқышқыл бар. Бұл аминоқышқылдар жануар организмінде синтезделмей сырттан қорек арқылы келеді. Лизин, триптофан, треонин сияқты аминоқышқылдар организмдерге қажетті. Олар микроорганизмдердің арнайы штаммаларымен өндіріледі.
Силостық ашытқылар. Шабылған шөптің сақталынуы үшін жəне оның қорек құндылығын жоғарылату үшін силостарға арнайы ашытқылар – микроорганизмдер қоспасын араластырады.
Пробиотиктер. Бұл жануарлар ас қорыту трактісінің пайдалы микроорганизмдері. Оларды кейбір жағдайларда асқа жануар биопрепараты ретінде қосады. Бұл жағдайда бірсегментті асқазаны бар жануарлардың ауыр асты қорытуға көмегін тигізеді.
Бактериалды тыңайтқыштар. Табиғатта ауадан азотты жұтып, оны аммоний жəне органикалық түріне айналдыра алатын микроорганизмдер бар. Бұл микроорганизмдермен симбиозда өскен кезде азот қорегін жинақтауға болады.
Су мен топырақтың мұнаймен ластануларының биодеградациясы. Мұнайдың авариялық төгілуі кезінде ласталған аймақтардың алғашқы қалпына келтірудің биотехнологиялық тəсілі қолданылады. Ол аймақтарда арнайы азотпен жəне фосформен қорек ету үшін түрлі қоспалар енгізілген мұнайды қышқылдандыратын микроорганизмдермен өңдейді. Бұл түрлі қоспалар мұнай көмісутектерін биомассаға жəне көміртек диоксидіне айналдырады.
Мұнайдың жəне тас көмірінің күкіртсізденуі. Табиғатта сульфидтер мен меркаптандардағы күкіртті бос элементтар күкіртке айналдыратын микроағзалар бар. Нəтижесінде электростанциялар отындары да, мотор отындары да экологиялық таза болып шығады, себебі атмосфераға күкірт диоксидінің аз мөлшерін бөледі.
Ауаның оттегімен құнарлануы. Космостық кемелерінде, су асты қайықтарында, жəне адам өмір сүретін шектелген кеңістіктерде ауаны көміртегі диоксидінен тазартқыш рөлін микросуөсімдігі – хорелла атқарады олар күн сəулесінің əсерінен культивирленеді.
Биотармақталатын полимерлер. Қазіргі кезде пластмасса қалдықтарын жою мəселесі туады. Сондықтан қоршаған ортаны қорғайтын кейбір елдерде пластмасса қаптауларын шектеп жатыр. Оның орнына полигидроксибутират немесе полиакатат негізіндегі қаптауларда ұсынуда. Бұл материалдар негізіндегі лақтырылып тасталған қаптаулар қара топырақ микроорганизмдерімен əрекеттесу нəтижесінде суға, көмірсутке диоксидіне жəне осы микроорганизмдердің биомассасына айналады.
Қазіргі заманғы биосинтез өнімдерін өндіру біртұтас биотехнологиялық, система болып табылады, оның құрамына кезекпен жүргізілетін көптеген стадиялар мен операциялар кіреді, олардың саны мен ерекшеліктері өндірілетін өнімнің түріне жəне тауарлық формасына байланысты.
Кез келген технологиялық системаның құрамы: биотехнологиялық агент, субстрат, технологиялық режим, процесті жүзеге асыратын аппараттар жəне өнім (1-сурет)
-
сурет. Биотехнологиялық системаның негізгі компоненттері
Биотехнологиялық системаның биологиялық агенті – клетка (прокариот, эукариот) немесе вирустық бөлшек болуы мүмкін. Субстрат – клеткаларды култьтивирлеуге қажетті қоректік
орта болып табылады, өнім – қажетті өңдеуден өткен соң тауарлық күйге енетін – клеткалар, вирустар биомассасы немесе клеткалармен синтезделетін зат.
Биотехнологиялық процестерді аппаратуралық жабдықтаудың негізгі элементтерінің бірі – биореактор (аппарат-культиватор, ферментер, ферментатор) болып табылады. Культивирлеудің белгілі параметрлері мен режимінде биореакторларда іс жүзінде кез келген клеткаларды өсіруге болады.
Биотехнологиялық процестердің маңызды ерекшелігі – əр түрлі өнімдердің түзілу немесе бұзылу реакциясы тірі организмдердің көмегімен жүзеге асады. Сонымен, микроорганизмдер культурасын биотехнологиялық системалардың орталық элементі ретінде қарастыруға болады. Олар қоршаған ортадан қоректік заттарды пайдаланады, өседі, көбейеді, метаболизм өнімдерін бөліп шығарады. Культивирлеу системасының қалған элементтерін (ферментатор, қоректік орта, бақылау жəне басқару жүйесін) культураның қажеттілігін максималды мөлшерде қанағаттандыратындай етіп қажетті бағытта таңдап алады. Биотехнологиялық өндірістің шикізаттары. Егу материалдарын жəне қоректік ортаны дайындау процестері.
Биотехнологиялық процестерге арналған шикізаттар. Көміртек, азот жəне фосфор көздері. Егу материалдарын дайындау. Негізгі қоректік орталардың сипаттамасы. Микроорганизмдердің қорек көзіне қажеттілігі. Қоректік ортаны термиялық периодтық стерилизациялау. Қоректік ортаны үздіксіз термиялық стерилизациялау. Қоректік ортаны салқын стерилизациялау.
Ферментация процесіне арналған шикізат ең алдымен құрамында микроорганизмдердің биомассасын құрайтын қажетті элементтерден құралатын қоректік орталардың пайда болу мəселесін шешеді; орта сонымен қатар микроорганизмдердің өмір сүру ортасы болып табылады.
Шикізат деп құрамында қажетті қорек компонеттері болатын таза немесе комплексті заттарды айтады. Ол арзан жəне қол жететіндей жəне зиян қоспаларсыз болу керек. Сондықтан əр пайдаланылатын шикізат түріне оның сапасын анықтайтын стандарттар болу қажет.
Су – арзан болса да масса жағынан ең маңызды шикізат түрі. Биотехнология өнімдерінің көптеген түрлері су сапасымен анықталады. Су биологиялық жағынан таза болуы қажет (1 мл суды микроорганизмдер саны 100-ден аспау керек), түссіз, дəмсіз жəне иіссіз болуы керек жəне ол тұнбауы керек. Судың буланғаннан кейінгі қалдығы 1 г/л-ден аспау керек, жалпы кермектігі 7 мг-экв/л-ден аспау керек. Аса кермек су ферментация процесіне кері əсерінен тигізеді. Су құрамындағы зиянды заттарға шектеулер қойылған: қорғасын – 0,1 мг/л-ге дейін, мышьяк – 0,05 мг/л-ге дейін, фтор – 1,5 мг/л-ге дейін, цинк – 0,5 мг/л-ге дейін, мыс – 3,0 мг/л-ге дейін.
Көміртектің қорек көздері.
Көмірсулар – ферментация процесінде жиірек қолданатын заттар. Оларға төменде келтірілген қоспалар жатады:
Глюкоза С 6 Н12 О 6 ; ылғалдылығы 9%- ға дейін; күл мөлшері – 0,07%-ға дейін, соның ішінде темір – 0,03%-ға дейін.
Сахароза С 12 Н 22 О11 ; ылғалдылығы 0,15%- ға дейін; күл мөлшері – 0,03%-ға дейін.
Меласса – қант өндірісінің қалдығы (қант кристалдарын бөліп алғаннан соң қалған буланған сұйық). Оның түсі қара-қоңыр болып келеді, тығыздығы 1,35-1,4 г/мл, құрамында 40-55% сахароза, 0,5-2% инвертті қант бар. Сонымен қатар құрамына аминоқышқылдар мен В тобындағы витаминдер (биотин – 80 мг/т) кіреді. Күлінде калий, магний, темір көп. Меласса маусымдық өнім, оны сақтау кезінде микроорганизмдердің əсерінен қант азаюы мүмкін.
Жүгері ұны. Құрамында 67% крахмал, 10% басқа көмірсулар, 12% белоктар болады. Ылғалдылығы 15%-ға дейін; күл мөлшері – 0,9%-ға дейін. Күлінде калий, магний, фосфор көп. Ағаш гидролизаты. Ағаштың өзі микроорганизмдер үшін «дəмді» шикізат емес, бірақ алдын ала өңдесе – жоғарғы температурада қышқылдық гидролиздесе – гидролизатқа айналады. Целлюлоза мен пентозандар глюкозаға жəне басқа қанттарға дейін гидролизденеді. Құрамындағы қанттың мөлшері ағаш табиғатына жəне гидролиз технологиясына байланысты 4-8% болады.
Көміртектің көмірсулардан басқа көздері.
Көмірсутек газдар – метан, этан, пропан, бутан – ас белоктарын жəне биомассаны қайта өндіру өнімдерін алу үшін пайдаланылған.
Сұйық көмірсутектер – ұзын көмірсу тізбекті С 10 – С 27 парафиндер. Ас ашытқыларын, лимон қышқылын, биопрепараттар – мұнай деструкторларды өндіру үшін пайдаланылады.
Майлар. Тарихи аңыздарда майларды басында ферментация мен процестерінде көпіршіктенуді тоқтату үшін пайдаланылған. Көпіршіктенуді тоқтату үшін доңыз, сиыр, қой майларын жəне пальма майын пайдаланылған. Бірақ пальма майы қалыпты температурада қатты күйінде болады да, оның пайдаланылуы қиынға түседі.
Лабораториялық практикада агарланған ортаны – мұхит өсімдіктеріндегі полисахариді негізінде жасалған агар жиі қолданылады.
Азот қорек көздері.
Көптеген микроорганизмдер бейорганикалық азот көздерін пайдалана алады: аммоний сульфаты, аммоний нитраты, карбамид, аммиак суы.
Көп жағдайларда ферментация процесі үшін қорек орта құрамына негізі аминоқышқылдар мен белоктаар болып келетін органикалық азот көздерін енгізу қажет. Бұл жағдайда шикізат ретінде өсімдік жəне жануарлар текті табиғи өнімдер пайдаланылады. Осы өнімдердің ішіндегі кең тарағандарын қарастырайық.