РОСОБРАЗОВАНИЕ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«ПЕНЗЕНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ» (ПГТА)

Кафедра БиТБ

Дисциплина «Теоретические основы биотехнологии»

Курсовая работа на тему: Периодическое культивирование с добавлением субстрата.

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

ПГТА 3.240901.65.04ПЗ

Выполнил: студент группы 09бт1зи Ермакова л.И.

Руководитель: Черкасова Г.Н.

Работа защищена с оценкой:__________________

Пенза, 2010

Утверждаю: Зав. каф. БиТБ д.т.н., профессор Таранцева К.Р. «…...»…..…………2010 г.

ЗАДАНИЕ

на курсовую работу

по дисциплине «Теоретические основы биотехнологии»

студенту Ермаковой Л.И. группы 09БТ1зи

Тема работы: Периодическое культивирование с добавлением субстрата.

1. Введение (Цели и задачи биотехнологии).

2. Общая характеристика различных методов культивирования продуцентов.

3. Принципы составления питательных сред. Основные источники питания, используемые для культивирования микроорганизмов – продуцентов. Методы оптимизации питательных сред.

4. Образование продуктов при культивировании микроорганизмов. Первичные и вторичные метаболиты. Двухфазность процесса обмена веществ у микроорганизмов.

5. Основное понятие об образовании целевого продукта в периодической культуре с добавлением источников питания. Привести примеры промышленного применения технологии периодической ферментации с добавлением источников питания, включая описания данного процесса.

6. Преимущества и недостатки периодического процесса ферментации с добавлением субстрата, по сравнению с традиционным периодическим культивированием.

Руководитель Черкасова Г.Н.

Задание получил «15» февраля 2010 г.

Студент Ермакова Л.И.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение……………………………………………………………………………….4

1Общая характеристика различных методов культивирования продуцентов ………………………………… ………………………………………………………7

1.1 Классификация способов культивирования …………………………………….9

1.2 Биореактор………………………………………………………………............12

2 Питательные среды……………………………………………………………..14

2.1 Принципы составления питательных сред …………………………………….14

2.2 Основные источники питания, используемые для культивирования микроорганизмов-продуцентов…………………………………………………….17

2.3 Методы оптимизации питательных сред…………………………………........20

3 Образование продуктов при культивировании микроорганизмов…….....21

3.1 Первичные и вторичные метаболиты…………………………………………..21

3.2 Двухфазность процесса обмена веществ у микроорганизмов …………........22

4 Основные понятия об образовании целевого продукта в периодической культуре с добавлением источников питания……….............................................23

4.1 Производство антибиотика пенициллина………………………………………25

5 Преимущества и недостатки периодического процесса ферментации с добавлением субстрата, по сравнению с традиционным периодическим культивированием……………………………………………………………........29

Заключение………………………………………………………………………….31

Литература…………………………………………………………………............32

ВВЕДЕНИЕ

Биотехнология - это наука, разрабатывающая способы производства практически важных веществ и продуктов питания с использованием живых организмов и методы конструирования новых организмов с заданными свойствами. Биотехнология – междисциплинарная область, возникшая на стыке биологических, химических и технических наук.

Биотехнология на самом деле не что иное, как название, данное набору технических приемов (подходов) и процессов, основанных на использовании для этих целей биологических объектов. Термин биотехнология включает составляющие «биос», «техне», «логос» греческого происхождения (от греч. «биос» – жизнь, «техне» – искусство, мастерство, умение и «логос» – понятие, учение). Таким образом, как это явствует из приведенных определений, биотехнология по существу сводится к использованию микроорганизмов, животных и растительных клеток или же их ферментов для синтеза, разрушения или трансформации (превращения) различных материалов с целью получения полезных продуктов для различных нужд человека.

Во-первых, в процессе жизнедеятельности клетками выделяются различные важные вещества, такие как белки, жиры, углеводы, аминокислоты, ферменты, и пр. Получение этих веществ, к сожалению, пока возможно исключительно биотехнологическим путем, так как небиотехнологические методы требуют больших затрат и сложных рабочих механизмов.

Во-вторых, деление клеток происходит крайне быстро, а это означает возможность использовать весьма недорогие и несложные механизмы питания для производства биомассы даже в производственных масштабах.

Третий, но не менее важный нюанс заключается в том, что биологический синтез сложных веществ получается гораздо более доступным в плане технологий, а соответственно – значительно дешевле, нежели химический.

Также следует учитывать то, что проведение биосинтеза в промышленных масштабах представляется возможным за счет доступности оборудования, сырья и технологий переработки, что, опять же, делает биосинтез куда более выгодным в экономическом плане.

Клетки микроорганизмов, а также растительные и животные клетки в процессе своей жизнедеятельности вырабатывают вещества, владеющие различными свойствами, называются эти вещества – метаболиты. Как правило, выделяют четыре группы продуктов жизнедеятельности одноклеточных микроорганизмов:

• Непосредственно сами клетки, как то: выращивание бактерий для выделения вакцины, дрожжи в качестве основы гидролизатов, либо просто в качестве кормового белка. • Продукты синтеза клеток в процессе развития – крупные молекулы: токсины, антитела, ферменты и пр. • Первичные метаболиты – крайне важны в процессе роста клеток: витамины, органические кислоты и т.д. • Вторичные метаболиты – соединения, по природе своей низкомолекулярные, не играют роли в процессе развития клеток: токсины, алкалоиды, гормоны.

Биотехнология является механизмом, который, используя вышеназванные продукты жизнедеятельности в качестве сырья, помогает получать огромное количество очень важных веществ, а именно:

• В области медицины: витамины, аминокислоты, ферменты, вакцины, антибиотики, антитела, иммуномодуляторы, и другие не менее важные вещества. • В области ветеринарии и сельского хозяйства: инсектициды, вакцины, гормоны, липиды, спирты и пр. • В химической промышленности: бутанол, ацетон. • В энергетической промышленности: этанол, биогаз.

Из этого можно сделать заключение, что главной целью биотехнологии является разработка и производство лечебный, профилактических и диагностических препаратов. Кроме того, важными задачами выступают такие, как: обеспечение всевозможных технологических механизмов в разных отраслях промышленности; возрастающее участие в экологических мероприятиях; решение различных вопросов продовольствия.

Исходя из множества выполняемых биотехнологией функций, её подразделяют на несколько направлений: медицинское (фармацевтическая, иммунобиологическая), сельскохозяйственное (ветеринарная, растительная) и промышленное (легкая промышленность, энергетическая, пищевая и т.п.)

Кроме этого, существует разделение биотехнологии на старую и новую. Новая появилась благодаря развитию генной инженерии, хотя, следует заметить, что до сих пор ведутся споры о том, является биотехнология наукой или видом производства.

Если дать биотехнологии наиболее точное определение, то можно сказать, что это сфера деятельности, целью которой является изучение процессов жизнедеятельности живых организмов, посредством которого происходит производство полезных веществ и новых биоэффектов, неизвестных в природе. Так что становится очевидным, что биотехнология есть не что иное, как совокупность научных и производственных процессов.

Роль промышленного производства в биотехнологии включает в себя следующие принципы: брожение, биоконверсия, культивирование клеток, вирусов и бактерий, а также различные генетические процессы. Так как подобные вещи требуют особого оборудования, на данный момент на благо биотехнологической промышленности служат различные специализированные учреждения, заводы, исследовательские институты.

Несмотря на то, что благодаря биотехнологии ежегодно вырабатывается огромное количество антибиотиков, ферментов, кормового белка, аминокислот и многого другого, потребности в биотехнологической продукции постоянно растут. Поэтому биотехнология заслуженно получает огромное внимание к себе и хорошие ресурсы для дальнейшего развития. Важной составной частью современной биотехнологии является очистка воды от загрязнений, а также утилизация различных промышленных и бытовых отходов. Методы такой очистки основаны на использовании специфических биологических сообществ, носящих название активного ила, для глубокой утилизации как органических, так и неорганических загрязнений, оставшихся в воде после других видов очистки.