43. Сырье и питательные среды.

Наиболее важным критерием, определяющим выбор сырья для биотехнологических процессов, являются: стоимость, наличие в достаточных количествах, химический состав, форма и степень окисленности источника углерода и т. п. В настоящее время наиболее широко используемыми и коммерчески выгодными материалами являются крахмал (преимущественно кукурузный), метанол, меласса и сырой сахар. Практически нет сомнения в том, что зерновые (в частности, кукуруза, рис и пшеница) будут основными краткосрочными сырьевыми материалами для биотехнологических процессов именно в тех странах, где развиты интенсивные биотехнологические процессы.

В качестве резюме следует отметить, что биотехнология на современном этапе своего развития преимущественно ориентируется на различные виды недорогого, легкодоступного и возобновляемого сырья, наиболее значимым из которого является растительная масса. При конверсии субстратов в биотехнологических процессах основное внимание обращается на создание безотходных производств, когда побочные продукты одного процесса служат питательными субстратами для последующего.

Среды, предназначаемые для ферментационных процессов

Превалирующим компонентом всех (или почти всех) биотехнологических процессов является вода. В лабораторных условиях можно легко определить специфические потребности любого конкретного организма и затем (с известной долей приближения) экстраполировать на производственный уровень.

Питательная среда обеспечивает жизнедеятельность, рост, развитие биообъекта, эффективный синтез целевого продукта. Неотъемлемой частью питательной среды является вода, питательные вещества, которые образуют истинные растворы (минеральные соли, аминокислоты, карбоновые кислоты, спирты, альдегиды и т.д.) и коллоидные растворы (белки, липиды, неорганические соединения - гидроксид железа). Отдельные компоненты могут находиться в твердом агрегатном состоянии, могут всплывать, равномерно распределяться по всему объему в виде взвеси или образовывать придонный слой.

Сырье, используемое для получения целевого продукта, должно быть недефицитным, недорогим, по возможности легко доступным: меласса - побочный продукт производства сахара, компоненты нефти и природного газа, отходы сельского хозяйства, деревообрабатывающей и бумажной промышленностей и т.д. Наиболее часто в качестве компонентов питательных сред используются отходы пищевых производств.

44. Основные типы питательных сред и принципы их выбора.

Питательные среддля выращивания объектов биотехнологии, т. е. продуцентов тех или иных соединений, могут быть неопределенного состава и включать различные биогенные добавки (растительные, животные или микробные) - мясной экстракт, кукурузную муку, морские водоросли и т. п. – сложные. Применяются также среды из чистых хим соединений определенного состава, так называемые синтетические (простые). ПС призваны обеспечивать жизнеспособность, рост и развитие соответствующих продуцентов, а также синтез целевого продукта с максимальной эффективностью. Требования к ПС, используемым в биотехнологии, ничем не отличаются от требований, предъявляемым к питательным средам, применяемым в микробиологии для культивирования тех или иных микроорганизмов. Для приготовления питательных сред в биотехнологии используются разнообразные субстраты, которые должны удовлетворять определенным критериям.

Субстрат представляет собой сырье для получения целевого продукта и должен быть недефицитным, дешевым, по возможности легко доступным.

Все питательные среды по составу делятся на натуральные и синтетические. Натуральными называют среды, которые состоят из продуктов животного или растительного происхождения. К средам такого типа от-носятся овощные или фруктовые соки, ткани животных, молоко, отвары мяса, вытяжки почвы, различные части растений, клетки микроорганизмов. На натуральных средах хорошо развиваются многие микроорганиз-мы, поскольку такие среды содержат все компоненты, необходимые для их роста и развития. Однако эти среды имеют сложный, непостоянный химический состав и мало пригодны для изучения обмена веществ мик-роорганизмов, так как в них трудно учесть потребление ряда компонен-тов и образование продуктов метаболизма. Натуральные среды исполь-зуются главным образом для поддержания культур микроорганизмов, накопления биомассы и для диагностических целей. Синтетические среды – это среды, в которые входят соединения определенного химического состава, взятые в точно указанных количест-вах. Они широко используются при исследовании обмена веществ, фи-зиологии и биохимии микроорганизмов. Наряду с натуральными и синтетическими выделяют полусинтети-ческие среды. Главными компонентами полусинтетических сред являются соединения известного химического состава – углеводы, соли аммония или нитраты, фосфаты и др. Однако в них всегда включаются веще-ства неопределенного состава, такие как дрожжевой, почвенный, куку-рузный экстракт или гидролизат казеина. Эти среды находят широкое применение в промышленной микробиологии для получения аминокис-лот, витаминов, антибиотиков и других важных продуктов жизнедеятельности микроорганизмов.

По назначению среды подразделяют на элективные и дифференциально-диагностические. Элективные среды предназначены для выделения микроорганизмов из мест их естественного обитания. Они обеспечи-вают преимущественное развитие определенной физиологической груп-пы микроорганизмов. Дифференциально-диагностические среды дают возможность быстро отличить одни виды микроорганизмов от других и выявить некоторые их особенности. Эти среды особенно широко применяются в санитарной и медицинской микробиологии для быстрой иден-тификации микроорганизмов. Примером таких сред являются среды Гисса, которые используются для изучения сахаролитических свойств микроорганизмов, т. е. способности ферментировать те или иные углеводы и спирты.

По физическому состоянию различают жидкие, сыпучие, плотные, или твердые, среды. Жидкие среды применяют для накопления биомас-сы или продуктов обмена, для исследования физиологии и биохимии микроорганизмов. Сыпучие среды применяют главным образом в промышленной микробиологии для культивирования некоторых продуцентов физиологически активных соединений. К таким средам относятся, например, разваренное пшено, отруби и др. Плотные среды используют для выделения чистых культур, определения количества жизнеспособных микроорганизмов, хранения культур в коллекциях, для накопления биомассы и др. В целях уплотнения сред применяют агар, желатину или силикагель (кремнекислый гель). Для уплотнения чаще всего используют агар.

45.????????