Ф.7-008-02
Қазақстан республикасы ғылым және білім министрлігі м. Әуезов атындағы оңтүстік қазақстан мемлекеттік университеті
ЕСІМОВА АНАР МӘДЕНҚЫЗЫ
ПРИХОДЬКО НАТАЛЬЯ АЛЕКСАНДРОВНА
050701 «Биотехнология» мамандығының
студенттеріне арналған
Микроорганизмдер биотехнологиясы
пәнінен дәріс жинағы
Шымкент, 2006ж
ӘОБ 633.15.02(075.8)
ББК 36.87
17К
Есімова А.М., Приходько Н.А. «Микроорганизмдер биотехнологиясы» пәнінен дәріс жинағы. Шымкент :М.Әуезов атындағы ОҚМУ, 2006- 393 б.
050701 Биотехнология мамандығының студенттеріне арналған «Микроорганизмдер биотехнологиясы» пәнінен дәріс жинағы биотехнологияның даму тарихын және микроорганизмдердің көмегімен дайын өнімді бөліп алуға және тазартуға қажет бірқатар күрделі операцияларды қамтиды. Технологиялық процестерді жүйелі және жақсы жүргізудің негізгі шарты болатын өнімділігі жоғары өнеркәсіптік микроорганизмдердің штамм-продуцентін таңдауды оқытады. Биотехнологиялық өндіріске қажет шикізат пен ферментация процесінің негізгі процестерін қарастырады.
«Микроорганизмдер биотехнологиясы» пәнінен дәріс жинағы Қазақстан Республикасының мемлекеттік жалпы білім беру стандартына сәйкес бағдарламасын қамтиды.
Пікір берушілер:ОҚМУ.МГӨӨ институтының директоры Надиров К.С.
МРӨ ОБҒӨАШО б.ғ.к.,ж.ғ.к. Ескараев Н.М.
М.Әуезов атындағы Оңтүстік Қазақстан мемлекеттік университетінің әдістемелік кеңесіде қарастырылды. Хаттама № 8. 06.07.2006ж.
© М.Әуезов атындағы
Оңтүстік Қазақстан
Мемлекеттік университеті
Мазмұны
1 МОДУЛЬ. 1. Микробиологиялық биотехнологияның негізі
|
|
1 Дәріс. Кіріспе. Биотехнология өндірістің бір саласы және пәнаралық ғылыми бағыты. Биотехнологияның аумағы................... |
4 |
2 Дәріс. Биотехнология өндірісінің процесіне арналған шикізат. Қоректік ортаны дайындау принциптері. Микроорганизмдерді культивирлеу түрлері......................................................................... .... |
21 |
3,4 Дәріс. Биотехнологиядағы негізгі технологиялар.Типтік технологиялық сызба – нұсқа................................................................. |
45 |
5 Дәріс. Өндірістік ферментация. Өндірісті басқару,бақылау және оптимизациялау............................................................................. |
51 |
6 Дәріс. Микроорганизмдер селекциясы...............................................
|
96 |
2 МОДУЛЬ. Микробты биомасса алуға негізделген биотехнологиялық процестер |
|
7 Дәріс. Ауыл шаруашылығына арналған препараттар. Микробты ақуыз өндірісі............................................................................................ |
99 |
8 Дәріс. Өсімдіктерді қорғаудағы микробиологиялық əдістер мен бактериалды тыңайтқыштар..................................................................... |
130
|
3 МОДУЛЬ. Органикалық қышқылдарды және бейтарап өнімдерді алу |
|
9 Дәріс. Органикалық қышқылдарды алу............................................. |
152 |
4 МОДУЛЬ. Микробиологиялық синтез өнімдерін алу |
|
10 Дәріс.Амин қышқылы өндірісі........................................................ |
178 |
11 Дәріс.Микробиологиялық синтез әдісімен витаминдер алу әдісі.. |
190 |
12 Дәріс.Фермент өндірісі..................................................................... |
221 |
13 Дәріс.Полисахарид, липид алу......................................................... |
232 |
5 МОДУЛЬ. Дәрілік және профилактикалық препараттардың биотехнологиялық өндірісі |
|
14 Дәріс. Антибиотик, вакцина, гиббереллин, алкалоид, каротиноид өндірісі................................................................................. |
260 |
15 Дәріс. Рудадан түсті бағалы сирек кездесетін металдарды сілтілендіру процесіне қатысатын микроорганизмдер....................... |
339 |
16 Дәріс. Қоршаған орта биотехнологиясы. Күн энергиясының қайта түзілуінің биотехнологиясы. Биоотынды алу.Технологиялық биоэнергетика. Жаңартылған ресурсты қолдану............................ |
354 |
17 Дәріс. Тағам өнімдері мен сусындарының микробиологиялық өндірісі...................................................................................................... |
367 |
Пайдаланылған әдебиеттер.................................................................... |
390 |
І МОДУЛЬ. МИКРОБИОЛОГИЯЛЫҚ БИОТЕХНОЛОГИЯНЫҢ НЕГІЗІ
1 - сабақ. Кіріспе. Биотехнология өндірістің бір саласы және пәнаралық биотехнологияның табағыты. Биотехнологияның аумағы
Сабақ жүргізу формасы: Проблемалық жағдаймен шолу
Проблемалы жағдайлар
«Биотехнология» ғылымы қалай пайда болды, пәнаралық
жағдайлардың терминінің мәні неде.
Биотехнологияның аумағы зерттелетін басқа аумақтан қалай
ажыратылады?
Жоспары:
1.Биотехнологияның даму тарихы
2.Биотехнологияның пәнаралық табиғаты
3.Биотехнологияны қолдану аумағы, деңгейі, мәні мен мақсаты
4.Болашақтағы мақсаты және қолданылатын сфералары
5.Биотехнологияның аумағы және болашақтағы мақсаты
Биотехнологияның даму тарихы
«Микроорганизмдер биотехнологиясы» пәнінің мақсаты болып микроорганизмдердің мүмкіндіктерімен танысып биомассаны бөліп алу, микроорганизмдерді пайдаланып биосинтез және биотрансформация өнімдерін алу, олардың технологиялық процестерін құрасатыру, өндірістің технологияларын қолданып биотехнологияның салаларының құрылысымен танысу, микроорганизмдерді пайдаланып ең маңызды өнімдерді биологиялық активтік заттарды бөліп алу, шикізат ретінде оңай табылатын өнімдерді қолданып, сапасы жоғары өнімдерді алуға арналған осы технологияларға, процесстерге қажет құрал-жабдықтардың құрылысын зерттеп, тереңірек меңгеру.
Биотехнология терминін алғаш рет 1919 жылы Венгерлік К.Эрекки тірі организмдерден дайын өнімді бөліп алу жұмыстарын белгілеу үшін қолданған. Биотехнология деп – тірі организмдерді және биологиялық жүйелер мен процестерді адам баласының мақсатына сай өндірісте қолдануды түсіндірді.
«Биотехнология» термині XX ғасырдың 70-жылдары кеңінен таралғанымен, микроорганизмдерді пайдалану негізінде нан пісіру, ірімшік жасау, сыра ашытуда ежелден белгілі болған.
Эффективтілігі жоғары микроорганизм-продуценттерін пайдаланып, биопрепараттарды алу үшін ген, жасуша және ақуыз инженерлік әдісті қолдану.
Микроорганизмдерді арзан және оңай табылатын (өндірістердің қалдықтары) ауылшаруашылық қалдықтарында өсіруге болады. Биологиялық синтездеу әдісімен алынған өнімдер азықтық ақуыз, аминқышқылы, фермент және т.б. өнімдер. Ауылшаруашылық, тамақ, медицина, жеңіл және химия өнеркәсібінде, қара және түсті металлургияда, машина жасауда және көптеген халық шаруашылығының басқа да салаларында биотехнология өнімдерін тұтыну жыл сайын қарқындап өсуде.
Микроорганизмдер табиғатта болып жатқан көптеген өзгерістерге тікелей байланысты. Олардың белсенді әрекетінің әсерінен күрделі органикалық қосылыстарға бай қалдықтарға айналады, қайтадан табиғаттағы заттардың айналымына енеді.Топырақты азотпен байытуда, ондағы азот сіңіруші микроорганизмдердің атқаратын қызметі зор. Себебі атмосферадағы азоттың топыраққа оралуы, тек осы микроорганизмдердің тіршілігіне байланысты. Ауылшаруашылығының шешуші салаларының бірі – мал шаруашылығына микроорганизмдер жиі қолданылады. Мал азығына қажетті ақуызды, жемшөпті, демек сүрлемді дайындауда толығымен микроорганизмдердің әрекетіне байланысты орындалады. Көптеген микроорганизмдер ертеден тамақ өнеркәсібінде қолданылады. Мысалы: ашытқының көмегімен спирттің, шараптың бірнеше түрлерін, сыраның, нан ашытқысын жасайды. Сүт қышқылы бактериялары айран, сүзбе, қаймақ, түрлі ірімшіктер жасауда, көкөніс ашытуда пайдаланылады. Түрлі ферменттер, антибиотиктер, аминқышқылдарын, витаминдерді өндіруде де микроорганизмдер жоғары қызмет атқарады. Соңғы жылдары микроорганизмдер қазба байлықтарды іздестіруде геология саласында да кеңінен қолданылуда.
Өндірісте микроорганизмдерді культивирлеудің бірқатар артықшылығы бар. Микроорганизмдердің көмегімен өндірістік масштабта антибиотик, ақуыз, витамин, фермент және тағы басқа да биологиялық активтік заттар алынады. Биологиялық синтездеу әдісімен химиялық синтездеу әдісімен ала алмаған күрделі және қымбат бағалы өнімдерді алуға болады. Жаңа жүз жылдықта ғылыми жаңалықтардың жаңаруының арқасында биотехнология қарқынды дамуда.
Қазір ғалымдарымыз бүкіл микробтардың 10-15℅ анықтады. Ал қалғандарын тауып, олардың пайдалы жақтарын адам баласының игілігіне кеңінен қолдануды қарастыруда, биотехнология ғылымының бүгінгі күнгі алдына қойған мақсаты болып қалған микробтардың зиянды түрлерімен тиімді күресу.
Микроорганизмдерді қолданатын өндірістер микробиологиялық өнімдермен қатар, микробиологиялық емес өнімдерді де шығарады. Микробиологиялық өнімдерді шығаруда микробиологиялық синтездің нәтижесінде өндірістің дайын өнімі алынады, ал микробиологиялық емес өнімдерді шығаруда, микробиологиялық процестерді жануарлардан немесе өсімдіктерден алынатын өнімдерді дайындауда қолданады.
Өндірістік маңызы зор микробиологиялық синтез әдісінің өнімдерін басты 3 категорияға бөледі:
микробтық жасушалар;
үлкен молекулалы заттар - ферменттер, вакцинаның құрамдық
бөлшектері;
кіші молекулалы заттар екі топқа бөлінеді;
а) біріншілік метоболиттер (өсуге қажет компоненттер);
в) екіншілік метоболиттер (өсуге қажет емес компоненттер).
1. Ауылшаруашылығынан алынатын шикізаттарды қайта өңдеуде қолданатын өндірістері болып тамақ және ашыту өндірістері саналады.
2. Негізгі технологиялық сатысы микроорганизмдерді культивирлеу болып табылатын өндірістер. Осыған байланысты оларды микробиологиялық өнеркәсіпке жатқызылады.
3. Биотехнологиялық белгілері бойынша олар екі топқа бөлінеді:
а) Органикалық қышқылдар, спирттер, микробтық биомассаны өндіретін көп тонналы өндірістер, олардың ерекшеліктері, қоректік орталарды қант, спирт, мұнай көмірсутектегі сияқты компоненттерінің концентрациясы көптеген микроорганизмдердің өсуін қиындататын түптік (яғни суспензиялық) өсіруді пайдалану кей жағдайларда аэрацияны қажет етпейтін анаэробты жағдайды пайдалану сияқты және тағы басқалар;
б) Микробиологиялық синтездің аз тонналы өндірістері. Бұл өндірістерде бактериялық препараттар және физиологиялық активтілігі жоғары, құрылысы күрделі заттар (витаминдер, ферменттер) алынады, түптік өсіру әдісі сенімді залалсыздандыруды және герметизацияны пайдаланады.
Дайын өнімді бөліп алуда және оны тазартуда бірқатар күрделі операцияларды қамтиды. Технологиялық процестерді жақсы жүргізудің негізгі шарты болып өнімділігі жоғары өнеркәсіптік штамм-продуцентті таңдау немесе бөліп алу болып табылады.
Екінші маңызды шарты – биомассаның немесе дайын өнімнің максималды жиналуын қамтамасыз ететін қоректік орталарды таңдау. Қоректік орталардың арзан және оңай табылатын шикізат болғаны дұрыс. Соңғы кездерде жасуша культураларына арналған казеин, ашытқы, ет және гидролизаттан жасалған қоректік орталардың түрлері шығарыла бастады.Мол мөлшерде активтілігі жоғары микроорганизмнің штамм-продуцентін ферментерлерде (ферментер, культиватор) өсіреді.
Жануарлардың жасушасының культурасын алуға арналған ферментерлердің көлемі әзірше 3 метр кубтен аспайды.
Кейде ферментерлерде сұйық суспензиялы ортада түптік культивирлеуден басқа, қатты қоректік ортада беттік культивирлеу әдісі (бактериялар, саңырауқұлақта) немесе сұйық моноқабатта (жануарлар жасушасын) культивирлеу әдісі қолданылады.
Пән аралық биотехнологияның табиғаты
Ақылды Соломан мырза айтқандай «Заттың түрін бір сөзбен түсіндіреміз». Биотехнология термині гректің «биос» және «техне» деген сөзінен алынған. Биос - тіршілік. Техне - бір нәрсені қолмен жасау, жіппен тоқу деген сияқты мағынаны түсіндіреді. Демек, биотехнология – бұл тірі организмдерді және биологиялық процестерді өндірісте қолданып, әртүрлі өнімдерді бөліп алуға арналған, тірі организмдердің көмегімен жүретін өндіріс болып табылады.
Биотехнология – бұл микроорганизмдердің тіршілік ету қабілетін, жасуша мен ұлпаның культураларын және оның бөлшектерін өндірісте қолдану мақсатының жетістігі және биохимия, микробиология және инженерлік ғылымдарды қолдануды интегрирлеу.
Биотехнология аумағы - микробтар (саңырауқұлақтар, бактериялар, вирустар, қарапайымдар) немесе басқа организмдердің жасушасын (өсімдік, жануар), арнайы қолданатын биологиялық активтік заттар (иммобилизденген ферменттер, катализдеуші синтез немесе ыдырату) болып табылады.
Биотехнологияның типтік әдісі - негізгі жағдайларда өсімдіктердің жасушасын, жануарлардың ұлпасын өсіру, биоаумақты ірі масштабта түптік үздіксіз, периодты режимде культивирлеу болып саналады.
1 сурет – Пәнаралық биотехнологияның табиғаты
|
