- •1.Биотехнология как межотраслевая область научно-технического прогресса и раздел практических знаний, этапы ее развития.
- •2. Основные факторы, обусловившие развитие современной биотехнологии.
- •3. Связи биотехнологии с биологическими, химическими, техническими и другими науками.
- •4. Области применения достижении биотехнологии.
- •5. Микроорганизмы (бактерии и высшие протисты) - основные объекты биотехнологии.
- •6. Преимущества микроорганизмов перед другими объектами в решении современных биотехнологических задач.
- •7. Принципы подбора биотехнологических объектов: модельные и базовые микроорганизмы, штаммы микроорганизмов, использующиеся в биотехнологии.
- •8. Выделение и селекция микроорганизмов, продуцентов биологически активных веществ.
- •9. Принципиальные подходы к улучшению штаммов промышленных микроорганизмов.
- •10.Промышленные энзимы, продуцируемые микроорганизмами.
- •11. Различия микроорганизмов по типу питания и отношению к кислороду.
- •12. Клетки животных и растений как объекты биотехнологии.
- •13. Использование клеточных культур в биотехнологических процессах.
- •14. Трансгенные животные и растения как новые объекты биотехнологии.
- •15. Требования, предъявляемые к питательным субстратам, использующимся в биотехнологических процессах.
- •16. Природные сырьевые материалы растительного происхождения.
- •17. Отходы различных производств, как сырье для биотехнологических процессов.
- •18. Химические и нефтехимические субстраты, применяемые в качестве сырья для биотехнологии.
- •19. Преимущества и недостатки биотехнологических производств по сравнению с химическими технологиями.
- •20. Принципиальные схемы биотехнологических процессов, определяющие конструкции биореакторов (ферментеров).
- •21. Основные требования, предъявляемые к системам, используемым для процессов ферментации.
- •22. Типы и режимы ферментации. Периодические процессы.
- •23. Типы и режимы ферментации. Непрерывные процессы.
- •24. Проблемы аэрирования, пеногашения, асептики и стерильности при различных ферментациях.
- •25. Открытые и замкнутые ферментационные системы.
- •27. Основные требования, предъявляемые к биореакторам
- •28. Системы перемешивания, применяемые в современных ферментерах.
- •Механическое перемешивание.
- •29. Принципы масштабирования технологических процессов: лабораторные, пилотные и промышленные ферментеры и решаемые с их использованием задачи.
- •30. Специализированные ферментационные технологии: анаэробные, твердофазные и газофазные процессы
- •31. Особенности культивирования клеток животных, виды культур.
- •32. Особенности культивирования клеток растений.
- •33. Конечные стадии получения продуктов биотехнологических процессов.
- •34. Отделение биомассы: флотация, фильтрование и центрифугирование.
- •35. Методы дезинтеграции клеток: физические, химические и энзиматические.
- •36. Выделение целевого продукта: осаждение, экстрагирование, адсорбция, электрохимические методы, ионообменная хроматография.
- •37. Концентрирование, обезвоживание, модификация и стабилизация целевых продуктов биотехнологических процессов.
- •38. Биотехнология производства «одноклеточного» белка.
- •39. Продуценты «одноклеточного» белка: дрожжи и бактерии.
- •40. Продуценты «одноклеточного» белка: водоросли и грибы.
- •41. Требования, предъявляемые к микробному белку и возможности его использования.
- •42. Сырьевая база производства белка одноклеточных организмов; высокоэнергетические субстраты, отходы сельского хозяйства и других производств.
- •43. Область применения энзимов в биотехнологических производствах.
- •44. Преимущества и недостатки энзимных технологий.
- •45. Технология производства энзимов для промышленных целей.
- •46. Требования, предъявляемые к продуцентам энзимов.
- •47. Иммобилизованные энзимы и преимущества их применения в биотехнологии.
- •48. Носители, используемые для иммобилизации энзимов: природные и синтетические органические носители.
- •49. Типы неорганических носителей.
- •50. Способы иммобилизации энзимов: адсорбция, включение в гели и полупроницаемые мембраны; химические методы иммобилизации ферментов.
- •51. Иммобилизованные клетки в биотехнологии
- •52. Получение рекомбинантных белков с помощью прокариотических систем.
- •53. Классификация питательных сред и требования к их составу.
- •54. Использование достижений биотехнологии в охране окружающей среды.
- •56. Получение и использование трансгенных растений для повышения продукции сельского хозяйства и качества продуктов питания.
- •57. Способы индентификации трансгенной днк.
- •58. Возможные риски использования генетически модифицированных организмов для здоровья человека и окружающей среды.
- •59. Достижения молекулярной биотехнологии в генотерапии.
- •60. Биотехнология очистки промышленных отходов.
- •61. Биотехнологические способы получения энергоносителей.
- •62. Исследования генома человека и его результаты.
- •63. Получение рекомбинантных белков с помощью эукариотических систем.
- •64. Основные принципы получения трансгенных организмов.
17. Отходы различных производств, как сырье для биотехнологических процессов.
Гл. задача биотехнологии - максимальное использование огромных объемов органических отходов, образующихся в мировом производстве. Каждый загрязняющий материал должен быть оценен относительно его пригодности для биотехнологических процессов, когда продукт отхода имеется в больших количествах и образуется в течение длительного периода (т. е. при масштабном производстве), он может рассматриваться в качестве подходящего сырья для утилизации.
1. Свекловичная меласса – 45-60% сахарозы. Является отходом производства сахара из свеклы. Используется для производства лимонной кислоты, этанола и др. 2. Зерно - картофельная барда – отход спиртового производства. Применяется для получения микробного белка. 3. Отходы пивоварения (пивная дробина и солодовые ростки) – применяются для производства кормовых дрожжей. 4. Пшеничные отруби – используются для приготовления питательных сред при твердофазном способе культивирования. Они очень дорогие, их смешивают с более дешевыми компонентами (древесные опилки) 5. Молочная сыворотка – отход производства сыров, творога и казеина. Имеет в составе значительное количество гормонов, витаминов, органических кислот. Используется в получении микробных продуктов. Могут использовать дрожжи родов Candida, Torulopsis, Trichosporon. Молочная сыворотка с выросшими в ней дрожжами по биологической ценности превосходит исходное сырьё. Можно использовать как заменитель молока. 6. Крахмал (картофельный или кукурузный). Под действием ферментов микроорганизмов крахмал гидролизуется до глюкозы (идеальный субстрат практически для всех биотехнологических производств).
Химический состав растительного сырья неодинаков. Главная часть, 40-75% – полисахариды (целлюлоза, гемицеллюлоза, пектиновые в-ва) и лигнин (15-60%). Лигнин – нерастворимый при гидролизе остаток растительного сырья – находит ограниченное применение и является балластом. Целлюлоза составляет половину высушенной растительной биомассы – ценный источник углерода и энергии. Гидролизаты растительного сырья – это растворы сахаров в виде смеси пентоз и гексоз, образующиеся при кислотном гидролизе древесины, подсолнечной и хлопковой шелухи, кукурузной кочерыжки и др. Сульфитный щелок – раствор, получаемый при сульфитной варке целлюлозы. Из органических веществ щелока получают этанол, биоэтанол, дрожжи, антибиотики, растворители, ванилин, фенолы. Особого внимания заслужили способы прямой биоконверсии продуктов фотосинтеза и их производства в белок с помощью грибов. Грибы, благодаря мощным энзимным системам, способны утилизировать сложные растительные субстраты без обработки. Процесс основан на выращивании целлюлозоразрушающих грибов Chaetomium cellulolyticum. Можно осуществлять в глубинной культуре и поверхностным методом. В микробиологической промышленности сырьё идёт на производство этанола, хлебопекарных дрожжей, антибиотиков, органических и аминокислот. Воду после замачивания кукурузных зёрен упаривают, получая экстракт для микробиологической промышленности. Из 1 т сыворотки можно получить около 20 кг сухой биомассы дрожжей. Кроме того, у сепарируемой бражки можно выделить дополнительно около 4 кг протеина. Метанол и этанол – перспективные виды сырья. Многие дрожжи родов Candida, Hansenula и др. ассимилируют этанол. Pichia, Candida – метанол. Гидролизаты торфа – перспективное сырьё для получения кормовых дрожжей. Наибольшее значение имеет верховой торф (до 50% полисахаридов).
Каменный уголь, природный газ и древесина могут служить сырьём для химического синтеза технических спиртов или уксусной кислоты. Источники углерода – н-алканы, некоторые фракции нефти. Компоненты нефти и природного газа: парафиновые, нафтеновые, ароматические УВ. Дизельная фракция содержит не менее 15% парафинов и является источником парафиновых УВ, которые по структуре и молекулярной массе оптимальны для потребления бактериями и дрожжами. Жидкие парафины: н-алканы (число С 10-20), ароматические УВ, сера. Нормальные парафины нефти: выход биомассы может достигать при их использовании до 100% от массы субстрата. Применяются в качестве дополнительного источника белка в рационах животных.