25. Технологические основы получения важнейших продуктов биотехнологии.

Рассмторим на примере получения аминокислот.

По значению для м/организма аминокислоты подразделяют на заменимые и незаменимые. К незаменимым относят те аминокислоты, которые не синтезируются в человеческом и животном организме. Для человека- 8 аминокислот: изолейцин, лейцин, лизин, метиония, треонин, триптофан, валин, фенилаланин. М/организмы сами синтезируют аминокислоты из аммиака и нитратов. Потребность в аминокислотах велика. В мире производится 500 тыс.тонн в год аминокислот. Широко используются в пищевой промышленности как питательные добавки. В больших количествах аминокислоты применяют как добавку к растительным кормам. Также применяют в медицине-4%, косметике. По объему .и по значимости первое место занимает- метионин.

Технология получения аминокислот базируется на принципах ферментации продуцентов и выделении вторичных метаболитов. Размножают маточную культуру вначале на агаризованной среде в пробирках, затем на жидкой среде в колбах, посевных аппаратах, затем в головных ферментаторах.

Если аминокислота предусмотрена в качестве добавки к кормам, то биотехнологический процесс кормового продукта включает следующие стадии:

• ферментацию

• стабилизацию

Известны 2 способа получения аминокислоты:

• одноступенчатый

• двухступенчатый

По первому слособу-продуцент аминокислоты культивирует на оптимальной для биосинтеза среде. Целевой продукт накапливается в культуральной жидкости, из которой его выделяют.

В двухступенчатом способе микроб-продуцент культивирует в среде, где он получает и синтезирует все необходимые вещества для последующего синтеза целевого продукта.

26. Физико-химическая, микробиологическая характеристика активного ила. Закономерности биохимического окисления органических веществ в аэробных условиях.

Применение биологических методов для очистки сточных вод основано на способности различных групп м/организмов использовать компоненты этих вод в качестве эффективных источников энергии и материала для построения своего тела. Биологическая очистка может осуществляться в аэробных и анаэробных условиях. Аэробные методы применяют в основном для малоконцентрированных субстротов (концентрация по БПК до 1000 мг/л). Концентрация городских сточных вод по БПК обычно не выходят за пределы 200-400 мг/л. Для их очистки применяют аэробные методы.

Реализуется в аэротенках. Биоциноз аэротенков носит название активного ила.

Активный ил поддерживается во взвешенном состоянии с помощью воздуха. Для м/организмов активного ила воздух служит источниками кислорода и поддерживает хлопья ила во взвешенном состоянии. Активный ил и сточная вода поступают с одной стороны аэротенка и выводятся с другого торца.

Вторая модификация процесса биологической очистки воды осуществляется в биофильтрах. Важнейшая составная часть биофильтров - загрузочный материал, в качестве которого используют шлак, териал, в качестве которого используют шлак, гравий, керамзит, пластмассовые материалы. Активная биомасса, называемая биопленкой, образует слизистый слой, обвалакивающий отдельные элементы загрузки.

По внешнему виду активный ил представляет собой хлопьевидную массу от светло-серого до темно-коричневого цвета. Хлопья ила густо заселены бактериями, которые заключены в слизистую массу Механизм хлопьеобразования связан с процессом развития колоний бактерий. На поверхности клеток накапливаютсявнеклеточные полимеры, которые имеют анионоактивные неионоактивные функциональные группы. Основная масса внеклеточных полимеров состоит из полисахаридов и белков. В процессе очистки сточных вод интенсивное накапливание бактериями полимеров происходит в фазе эндогенного дыхания, сначала клетки окисляют запасные вещества, затем клеточные липиды, углеводы, белки. Образовывать хлопья способны многие роды бактерий. Структура хлопьев ила видоизменяется при массовом развитии в активном иле нитчатых бактерий и некоторых грибов. Хлопья увеличиваются в размере, становятся рыхлыми. Пружиняющиеся нити бактерий, пронизывая хлопья, припятствуют их осаждению. Это явление называется вспуханием активного ила. Наблюдается вспухание при избытке углеводов в сточной воде или недостатке биогенных элементов при недостаточной аэрации. Беззольная часть состоит из кислорода, азота, водорода, углерода. Для илов городских очистных станций зольность составляет 25-30%.

Бионаселение активного ила и биопленки представлен м/организмами разных систематических групп-бактерий, простейшие, грибы,водоросли, многоклеточные животные, черви, личинки и др. Количество бактерий в активном иле составляет от 10⁸ до 10¹⁴ на 1 г сухого вещества. Состав бактериального населения зависит от состава обрабатываемой воды и от условий, в которых осуществляется процесс очистки. К числу самых распространенных бактерий относятся псевдомонады(50-88%) всего бактериального населения. В активном иле присутствуют аммонифицирующие, целлюлозоразрушающие, жирорасщепляющие, нитрифицирующие бактерии.

Практически всегда присутствуют актиномицеты, обнаруживаются грибы и дрожжи. Из животного населения- простейшие, которые представлены 2 типами-инфузориями и саргомастигофарами. Функции простейших: питаясь бактериями, они регулируют численность их, выполняют санитарную функцию, поедая сапрофитные и патогенные м/организмы, они осветляют воду. Микрофлора активного ила более чутко, чем бактерии реагирует на любые нарушения технологического режима, служит индикатором процессов очистки воды в биокислителях. В аэротенках встречаются более 100 видов микрофауны.

Условия обитания м/организмов в биофильтрах значительно отличаются от условий в аэротенкае. Видовой состав бак.населения активного ила и биопленки идентичны. Однако количественные соотношения видов отличаются. Так при численности бактерии 210¹⁴ в 1м³ аэротенке (анаэробы составляют 0, 01%), то в биофильтре, содержится 110¹² клеток в 1м³ объема, из них анаэробы составляют 28, 8%. Основная часть бактерий сосредоточена в биолленке в верхнем слое глубиной до 0,5 м. Здесь интенсивно размножаются грибы, нитчатые бактерии, жгугиковые. Небактериальное население активного ила и биопленки различаются. Если в активном иле черви присутствуют в небольшие количествах, то в биофильтре они постоянные обитатели. Черви в качестве источника питания потребляют биопленку. Также черви обеспечивают доступ кислорода к глубоким слоям биопленки, т.к. прорывая ходы в биоппенке, они делают ее более рыхлой.