3. Типова схема біотехнологічного виробництва і її основні складові

За спрямованістю всі біотехнологічні виробництва можна умовно поділити на дві групи. Перша має на меті одержання максимально можливої кількості біомаси, а друга — максимум виходу продуктів життєдіяльності клітин. Продукти першої групи — хлібопекарські дріжджі, біомаса нежиттєздатних клітин як джерело кормового білка і вітамінів, спори з токсинами (препарати для захисту рослин від шкідників) і т. п. Виробництва другої групи продукують органічні кислоти, ферменти, амінокислоти, антибіотики та інше. При цьому клітини продуцента є відходом виробництва і підлягають утилізації.

Незважаючи на різні цілі, загальна схема біотехнологічного виробництва в обох випадках може бути представлена у вигляді таких стадій:

• підготовка живильного середовища для культивування промислового мікроорганізму — продуцента;

• одержання чистої культури продуцента;

• проведення основної ферментації — культивування продуцента;

• виділення та очищення кінцевого продукту;

• одержання товарних форм продукту.

Продуценти — штами мікроорганізмів, що мають найвищу продуктивність.

Штами — чиста культура мікроорганізму чи вірусу (неклітинна форма), одного чітко вираженого виду, що відрізняється від іншої культури того ж виду фізіологічними властивостями.

Нижче наведена біотехнологічна система, що включає продуцент, живильне середовище та культивування продуцента.

3.1. Живильні середовища — сировина біотехнологічних процесів

Живильні середовища для культивування будь-якого біологічного об'єкта містять велику кількість компонентів, основним з який вважається той, що є джерелом Карбону та енергії. Цю речовину називають субстратом, а всі інші речовини — компонентами харчування.

Мікроорганізми споживають широкий спектр органічних сполук, починаючи від найпростіших вуглецевих сполук, таких як метан (СН₄), метанол (СН₃ОН) і вуглекислий газ (СО₂), і закінчуючи природними біополімерами. Як субстрат використовують також гідролізати деревини, що містять гексози і пентози, сільськогосподарські відходи, очищені нормальні парафіни нафти та ін.

Крім Карбону, клітини мікроорганізмів у процесі росту мають потребу в джерелах Нітрогену, Фосфору, макро- і мікроелементів (Калію, Магнію, Цинку, Феруму, Купруму, Молібдену, Мангану та ін.). Як правило, ці компоненти заздалегідь вносяться у живильні середовища у вигляді мінеральних солей перед початком ферментації.

Таким чином, сировинною базою для біотехнологічних виробництв можуть служити як індивідуальні хімічні сполуки, для яких відомий точний хімічний склад, так і відходи харчових виробництв і сільського господарства.

Відділення підготовки живильного середовища являє собою цех, обладнаний ємностями для збереження рідких і твердих речовин, засобами їхнього транспортування та апаратами з пристроями, що перемішують, для приготування розчинів, суспензій і емульсій.

Найважливішим елементом підготовки живильних середовищ є їхня стерилізація, оскільки вирощування промислового мікроорганізму повинне проводитись, принаймні у початковій стадії, за відсутності сторонньої мікрофлори. Це досягається шляхом попередньої стерилізації всіх потоків, що надходять на стадію ферментації.