18

БВК – біомаса мікробних клітин із високим вмістом білку або гідролізату мікробної маси із високим вмістом білку, вітамінів, пептидів, поліпептидів й ін. поживних компонентів. Використовують для годування сільськогосподарських тварин, як основне харчування і як домішка.

Особливості технології: великі масштаби виробництва, напівасептичні або не асептичні умови, проста схема виділення препарату. Сировина:1. відходи від переробки рослинної сировини (деревна стружка, соняшникові ошурки, кукурудзяна кочеришка, зерна соняшника); 2. відходи харчової промисловості (меляса, після спиртова барда, молочна сироватка); 3. продукти переробки нафти (різні парафіни, дизельне паливо, суміші на основі фракцій нафти); 4. інші різні види сировини (газоподібна сировини – СН₄-вмісний гідролізат торфу, молекулярний водень). Підготовка поживного середовища: гідроліз (відходи с/г), інверсія (олігосахариди), очистка, стандартизація (визначення вмісту основних компонентів – вуглецю, азоту) – 80 % середовища + 20 % солі, ростові компоненти. Підготовка посівного матеріалу: використовують в основному р. Candida (середовище 1, 2 групи), p. Pseudomonas, p. Mycobacterium – підготовка є стандартною (пересів на колби є більш тривалим, оскільки використовують більші об’єми).

Особливості процесу біосинтезу: безперервний процес, який регулюється за від’ємно – доливним способом; t~33-35⁰С; оскільки майже всі процеси йдуть з виділенням тепла, то поживне середовище має додаватися на 10⁰С холодніше; в залежності від вмісту вуглецю і азоту будуть синтезуватися відповідні продукти; рН~3,5-5,5 (підтримують за допомогою HCl або аміачної води); кінцева концентрація біомаси (20-40 г/л).

Виділення біомаси: використовують флотацію, сепарацію (для максимального концентрування використовують в декілька етапів) – кінцева концентрація на етапі сепарації 500-600 г/л, після сепарації є збагачення біомаси вітаміном Д (в 1 г сухих дріжджів міститься до 10000 од. вітаміну Д, що є добовою нормою для тварин). Для того, щоб біомаса краще засвоювалась її термолізують (руйнують клітинну стінку) для отримання одної гомогенної маси (суспензію нагрівають глухою парою до 75⁰С і витримують 45 хв-1год).

Концентрування продукту: на концентрування приходить зруйнована біомаса (концентрація сухих речовин ~15 %), концентрування відбувається вакуум – випарюванням (вдвічі), після концентрування кінцева концентрація 25-30 %. Далі відбувається висушування на розпилювальній сушарці (діаметр часток 60-70 мкм), оскільки продукти не є термочутливими тому використовують більш жорсткі режими: температура на вході 300 ⁰С, а на виході 90 ⁰С. Процес може бути безперервним з періодичним вивантаженням з конусу сушарки порошку в крафт – мішки по 25 кг, остаточна вологість ~ 8-10 %, в процесі сушки втрати 10-12 % (якщо вихід є дуже принципіальним, то на виході можуть стояти уловлювачі). Після сушки може відбуватися гранулювання, в порошок вносять склеюючу речовину (білкову речовину), а після зволоження протирають через сито з певним діаметром пор або розмелюють, а після протирання ця маса відправляється знову на сушку (або без сушки – волога грануляція).

Особливості технології отримання органічних кислот:

Органічні кислоти – лимонна, оцтова, молочна, глюконова, пропіонова і т. д. Використання органічних кислот є дуже розповсюдженим: в харчовій промисловості використовують у всіх галузях (особливо кондитерській) – при консервуванні, отриманні напоїв; в хімічній технології – як сировина і як компонент; при одержанні фунгіцидів; в медицині (мають антисептичні властивості); в текстильній промисловості (при фарбуванні).

Джерелом живлення для продуцентів органічних кислот є кристалічні цукри (сахароза, глюкоза, крохмаловмісні речовини), гідролізати деревини, меласа та стимулятори синтезу (наприклад, для лимонної кислоти солі Сu та Zn, пропіонова – солі молочної). В середовище часто вносять стабілізатори рН (дробно або на певних етапах біосинтезу – наприклад крейда).

Продуценти органічних кислот: міцеліальні гриби Aspergillus (пропіонова, лимонна кислота), Penicillum (глюконова кислота), Lactobacillus (молочна кислота), Bacillus. Режим біосинтезу – глибинний (виключенням є лимонна кислота, яку вирощують поверхневим способом), рН є типовим для кожного виду продуценту (наприклад, оцтова – рН=3, пропіонова рН=6-7).

Стадії виробництва посівного матеріалу – за стандартною схемою.

Особливості біосинтезу: періодичний процес або комбінований, продуцент може бути закріпленим на носії, може бути використаний колонний тип біосинтезу, більшість культур потребують інтенсивної аерації (1-40 об’ємів повітря від об’єму поживного середовища за хв) – мінімальної аерації потребує виробництво глюконової кислоти, а максимальна – оцтова кислота. При поверхневому біосинтезі культура розміщується тонкою плівкою зверху тонкого шару поживного середовища на кюветі, при глибинному біосинтезі можливе дробне введення поживних компонентів. В залежності від загального об’єму, вихід на стадії біосинтезу лимонної кислоти~90%, оцтова~10-15%, молочна~2-5%.

СХЕМА

Особливості технології отримання амінокислот:

Отримують: L-глутамін, L-лізин, D,L-метіонін, L-аспарагін, L-гліцин. Амінокислоти взагалі отримують гідролізом білків, за допомогою хімічного синтезу (складна апаратурна схема і вкінці отримують рацемат), утворюються в ряді синтезу побічних продуктів, хіміко – мікробіологічний спосіб (попередньо синтезується хімічна сполука, яка вноситься в культуральну рідину) та мікробіологічний спосіб.

Особливості мікробіологічного способу отримання амінокислот: будь – яка клітина в нормі синтезує амінокислоти для власних потреб. Завданням біотехнолога є отримання найбільш оптимального штаму. Всі продуценти, які використовують в промисловості є ауксотроф ними мутантами – у клітин блокують синтез деяких амінокислот і перекомбіновують на синтез лише певної амінокислоти (переорієнтація клітини), при чому в поживне середовище вносяться ті амінокислоти, синтез яких блоковано. Мікробіологічним синтезом отримують лізин, триптофан, глутамінову кислоту (глутамат Na ), L-метионін, L –треонін та принципіально можливо розробити синтез ще багатьох інших. Продуценти амінокислот: всі ауксотрофні мутанти, без спорові Г⁺ бактерії родів Corynebacterium, Brevibacterium, Micrococous. Біосинтез проходить глибинним способом, періодичний процес, об’єми як правило невеликі – 50, 100 м³. Триптофан отримують комбінованим хіміко – мікробіологічним методом: 1 стадія – нарощування біомаси (безперервно), 2 стадія – біомасу переносять в інший реактор, вносять амінокислоту і відбувається синтез (якщо невеликі об’єми виробництва, то поживні компоненти для синтезу амінокислоти подаються прямо в 1 реактор). Попередником триптофану є антранілова кислота, тому вона дробно додається до поживного середовища (5% спиртовий розчин). Процес йде в асептичних умовах, аерація середовища – 1 об’єм повітря на об’єм поживного середовища за год, рН~7 (майже для всіх амінокислот). Тривалість культивування 48-72 год (загальна тривалість одержання триптофану 140-150 год), температура культивування 30-33°С.

Отримання посівного матеріалу – за традиційною схемою, причому кількість пересівів залежить від об’єму інокулятору.

Поживне середовище: відходи харчової промисловості (в більшості основою є меласа, джерела азоту – кукурузник екстракт, дріжджовий та білковий автолізат, які є джерелами вітамінів і ростових речовин, які стимулюють розвиток культури)+додатково вносять солі K, Mg, Ca. Якщо поживних компонентів не вистачає, то в середовище додатково вносять штам (Brevibacterium), який синтезує глютамінову кислоту та лізин. Хід синтезу буде визначатися вмістом в середовищі біотину: до 4 мкг/л – синтез глютамінової кислоти, 20-25 мкг/л – синтез лізину (це пов’язано з особливістю метаболізму культури – трансформації вуглеводнів).

Небезпеки синтезу амінокислот мікробіологічним методом (по відношенню до інших технологій):

1. можливість спонтанної реверсії штаму (штами, які генетично сконструйовані або отримані в результаті мутагенезу (хімічного або фізичного) можуть втратити свою особливість);

2. часто піддаються фаговій інфекції (є мутантами, а отже є ослабленими і легко інфікуються) – існує точка контролю на відсутність фагів.

СХЕМА

Особливості технології отримання ферментних препаратів:

Ферменти – каталізатори білкової природи, мають високу специфічність до субстрату, підвищують швидкість реакції. Джерело ферментів – рослинні і тваринні клітини та клітини мікроорганізмів. При отриманні ферментних препаратів мікробний синтез немає конкурентів у ефективності процесу. Відомо~1000 ферментів. Практичне використання має менша кількість. Найбільша кількість ферментів, які мають практичне значення – гідролази (протеїнази, амілази, целюлози, ліричні ферменти).

Галузі використання – практично не обмежені (харчова – виробництво соків, вина, пивоваріння; молочна промисловість – лактаза; медична – ліричні ферменти, які мають антисептичні властивості, тромболітичні ферменти, колаген аза, фібринолітичні ферменти – регенерація шкіри після косметичних операцій, розсмоктування рубців, стимуляція синтезу різних шарів шкіри; легка промисловість – зневоложення шкіри; с/г – обробка протеїн азами кормів, які збільшують їх поживну цінність).

Ферментні препарати – продукти, які можуть містити ферменти. Кормові – залишкова концентрація – 1-5%, технічні препарати – 20-50%. В залежності від виробництва, можуть бути більш або менш очищеними.

Номенклатура ферментних препаратів: назва повинна відображати все. Перша частина назви відображає назву ферменту, а друга – штам, який синтезує його. Наприклад, протеїназа, яку синтезує B. subtilis буде мати назву – протеосубтилін. Після назви ферменту йде спосіб отримання (поверхневий – П, глибинний – Г) та ступінь очистки. Наприклад, протосубтилін Г20. Вкінці може вказуватись кількість ферменту, яка була в культуральній рідині. Ступінь очистки препарату може бути – 2, 3, 5, 10, 20, 30, 40. Причому, 2, 3 – це практично не очищені (після біосинтезу концентрування і висушування).

Характеристикою ферментного препарату є одиниця активності (це така кількість ферменту, яка каталізує очищення або трансформацію 1 мкмоля субстрату за 1 хв при стандартних умовах). Вимірюється в од/мл, а сухі препарати – од/г препарату. Питома активність ферменту – од/г білку.

Продуценти ферментних препаратів – майже всі групи мікроорганізмів (роди Penicillum, Aspergillus, Bacillus, Strept. – висока продуктивність по цільовому продукту, селективні умови вирощування), менше серед дріжджових культур.

Поживне середовище – 100% базуються на сировині невизначеного складу (відходи спиртової промисловості, соєве борошно, меласа, кукурудзяний екстракт). Складом середовища можна регулювати спрямований синтез. Індуктори – речовини, завдяки яким ініціюється синтез ферментів. Наприклад, продуценти протеаз вимагають наявності білкових речовин, для синтезу амілаз бажано вводити в середовище крохмаль.

СХЕМА

Особливості отримання антибіотиків:

Антибіотики – це фізіологічно – активні продукти життєдіяльності живих клітин, які здатні пригнічувати розвиток або руйнування різних груп мікроорганізмів, вірусів і злоякісних клітин. Відомо~3000 антибіотиків, біля 150 знайшли практичне використання.

Антибіотики класифікують за хімічною будовою, природою продуценту, місцем локалізації, спектром біологічної дії, за призначенням (медичні і немедичні).Медичні далі не поділяються (ністатин, тетрациклін, пеніцилін, стрепто- і неоміцин). Немедичні поділяють на кормові (для профілактики захворювання тварин – біоліт, хлор тетрациклін, теравіт - окситетрациклін), консерванти в харчовій промисловості (нізин), для боротьби із шкідниками с/г (стрептоміцин, тетрациклін).

Активність антибіотиків поділяють на бактеріостатичну (пригнічує) та бактеріоцидну (руйнує).

Особливості культивування: в рідке поживне середовище засівають тест – культуру і вносять антибіотик та інкубують при оптимальній температурі для тест – культури (~37°С). В подальшому відбирають проби, висівають зразки на чашки Петрі та підраховують клітини. Контролем є аналогічне середовище, але без антибіотику.

Продуцентами є всі групи мікроорганізмів (крім дріжджів): актиноміцети (p. Actinomyces), бактерії (р. Bacillus, р. Lactobacillus), гриби (р. Penicillum, р. Aspergillus).

Особливості біосинтезу: синтез деякими продуцентами токсичних речовин.

Поживне середовище: основа – компоненти невизначеного складу, продуценти є чутливими для фосфору, деякі продуценти вимагають попередника (для пеніциліну – феніл оцтова кислота).

Умови біосинтезу: глибинний, аеробні умови, періодичний процес, асептичний процес.

Посівний матеріал – за стандартною схемою.

СХЕМА (медичні і немедичні)