- •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.
30. Специализированные ферментационные технологии: анаэробные, твердофазные и газофазные процессы
Большинство ферментационных технологий связано с жидкими аэрируемыми системами, однако в настоящее время достаточно широко используются ферментационные технологии, основанные на утилизации плотных субстратов, при отсутствии воды или малом ее количестве, а также в безкислородных условиях. Существуют процессы, в которых роль жидкой фазы сведена до минимума: она, используется лишь для увлажнения твердой поверхности или воздуха (газа). В зависимости от превалирующей фазы процессы и соответствующие им аппараты подразделяются на твердофазные, анаэробные и газофазные.
Твердофазные осуществляются, как правило, на основе растительного сырья и используют чаще всего мицелиальные грибы или дрожжи. Различают три типа твердофазных процессов:
а) Поверхностные, когда слой субстрата не превышает 3-7 см. В качестве "биореакторов" используются большие (до нескольких квадратных метров) подносы или культуральные камеры.
б) Глубинные процессы, идущие в не перемешиваемом слое. Биореакторы представляют собой глубокие открытые сосуды. Для аэробных твердофазных процессов разработаны ариспособле-(ия. обеспечивающие диффузионный и конвекционный газообмен.
в) Перемешиваемые процессы, протекающие в перемешиваемой и аэрируемой массе субстрата, который может быть гомогенным (полужидкой консистенции) или состоять из частиц твердого вещества, взвешенных в жидкости (переходный вариант от твердофазного процесса к процессу в жидкой фазе). Для этого обычно используют биореакторы с низкоскоростным перемешиванием.
Интерес к твердофазным процессам обусловлен некоторыми их преимуществами по сравнению с процессами, осуществляющимися в жилой фазе: они требуют меньших затрат на оснащение и более дешевые в эксплуатации; характер субстрата облегчает отделение и очистку продукта; низкое содержание воды препятствует заражению культуры продуцента посторонней микрофлорой; твердофазные процессы не связаны со сбросом в окружающую Среду больших количеств сточных вод.
Однако, и в данных процессах есть некоторые недостатки. Так, вследствие отсутствия хорошего перемешивания, продуцент часто растет в виде колоний и лишь постепенно может распространяться по субстрату. При этом возникает локальная недостача питательных веществ и часть субстрата вообще не используется продуцентом.
В аппаратах с твердым наполнителем, через который пропускают газ, происходят газофазные процессы. В таких аппаратах получают, например, спирт на основе дрожжей. Газ, покидающий аппарат, несет с собой летучие продукты жизнедеятельности дрожжей (в том числе и спирт), которые конденсируются в холодильнике.
Анаэробные процессы. Биореакторы для таких процессов лишены приспособлении для аэрирования среды, хотя некоторые из анаэробных процессов сопровождаются потреблением газообразных продуктов водорода, метана, поэтому требуют соответствующих приспособлений для подачи газов в жидкую среду. Ведущим моментом является обеспечение анаэробиоза, что сопряжено со значительными сложностями.