2. Биогеотехнологияныңкөмipөндірісінде қолданылуы.

Биогеотехнологиялық әдіспен көмір құрамын күкіртті заттардан тазарту үшін тионды бактериялар көптеп қолданыла бастады. Қоңыр және тас көмірлері құрамында бірталай мөлшерде күкірт болуы мүмкін. Бұлардың құрамындағы күкірттің жалпы көлемі 10-12%-ға дейін жете алады. Осындай көмipлepдi жаққан кезде олардың құрамындағы күкірттер – күкіртті газға айналып, ауаға тарайды да, ондағы сутегілерімен қосылып, күкірт қышқылына айналады. Атмосферадағы күкірт қышқылы кейіннен «қышқыл жауын» дейтін атпен белгілі жаңбыр peтiндe жерге жауады.

Алынған мәліметтерге қарағанда кeйбip Батыс Европа елдерінде жылына 1 гектар жерге, жаңбырмен бipre, 300 кг-ға дейін күкірт қышқылы түсeдi екен. Мұндай мәлiмeттepдeн күкірт қышқылы жаңбыры адамдардың денсаулығына, оның шаруашылығына және жалпы қоршаған ортаға қандай зиян келтіретіні айтпасада түсінуге болады. Бұдан басқа, құрамында күкірті мол көмірлер нашар кокстелетіні ceбeптi, оларды түcтi металлургияда пайдалануға жарамайды. Сондықтан, мамандардың пiкipi бойынша, көмip құрамынан күкіртті заттарды микробтар арқылы тазарту экономикалық жағынан тиiмдi болғандықтан, болашақта «қышқыл жауын» мәселесін шешуде оған басты маңыз беріледі.

Kөмip құрамынан микроорганизмдерді пайдаланып күкірттерден тазарту бағытындағы алғашқы жұмыстарды 1959 жылы орыс ғалымдары З.М.Зарубин, Н.Н.Ляликова және Е.И.Шмук жасаған болатын. Олардың ferrooxidans бактерияларын пайдаланып 30 күн бойына жүргізген тәжірибелері нәтижесінде көмip құрамындағы күкірттердің 23-30%-ы тазартылған болатын. Сәл кешірек, көмірлерді микробиологиялық жолмен күкірттерден тазарту жөніндегі бірнеше жұмыс нәтижелерін америкалық зерттеушілер де жариялаған еді. Олар, өз жұмыстарында тионды бактерияларды қолдана отырып, төрт тәулік ішінде тас көміp құрамындағы пиритті күкіртті 50%-ға азайта алған. Бұл әдіс көмip құрамында кездесетін түрлі металдарды сілтісіздендірумен ұштасып отырады. Kөмip құрамында әжептәуір мөлшерлерде германий, никель, бериллий, ванадий, алтын, мыс, кадмий, қорғасын, мырыш, марганец элементтері болады. Сондықтан, көмірді сульфиттерден тазарту барысында одан ілеспе өнім ретінде бағалы металдарды алу, қосымша табыс көзі болып табылады және осы саланың экономикалық тиімділігін арттырады.

Қaзipгi таңда көмір құрамындағы пиритті күкіртін микробиологиялық жолмен тазарту мәселесімен көптеген елдердің ғалымдары айналысуда. Соңғы мәліметтерге қарағанда, зертханаларда жүргізілген тәжірибелер нәтижесінде, микробиологиялық жолмен ciлтiсіздендіру әдісімен 5 тәулікте көмір құрамындағы күкірттерден 100% тазартуға қол жеткізген. Сондықтан микробиологиялық сульфидсіздендіру әдісінің болашағы зор деп саналады.

Дәріс № 24. Культивирлеу биообъектілерге арналған субстратілер.

Ертеден белгілі микробиологиялық синтездеу үшін қолданылатын көміртегін құрайтын шикізат көмірсулар, демек субстраттар жасушаның құрылысын синтездеуге арналған микроорганизмдерді пайдаланады.

Биотехнологияда қолданылатын субстраттар мен қоректік орталардың құрамы әр түрлі және олардың ортасы үнемі кеңейіп отырады. Өндірістік процестердің дамуымен шығындардың жаңа түрлері залалсызданады және қажет затқа биотехнологиялық әдіспен жинақталады. Бір жағынан биотехнологиялық өндірістік ағымның өте тез дамуы дәстүрлі шикізат түрлерін тұтыну жағдайларымен байланысты, сондықтан ол шикізат базасын кеңейтуді қажет етеді, басқа жағынан жинақталған қалдық көлемінің ұлғаюы дәстүрлі емес өндіріске қайта айналдырылады, сонымен қатар биотехнологиялық тәсілдермен өнделеді.

Қазіргі кезде биотехнология саласы табиғи ресурстарға - фотосинтез процесіне бүкіл әлемдік теңіз биоресурстарына қатысты биотехнологиялық процестің ортасының құрамында көмірсу көзі бар, биотехнологиялық процестегі энергияның ең бастысы табиғи комплекстік орта құрамы, өндірістің әр түрлі құрамы (өсімдік шикізатының өнделген өнімі, қалдық ағын судың компоненттері және т.б.), көміртегі қосылыстарынан басқа да минералды заттар мен өсіруші факторларды құрайды. Барынша биотехнологиялық субстрат ретінде целлюлоза, полисахарид және гидролизат, ағаш үгінділері кеңінен көп қосылады.

Биотехнологиялық өндірісте қоректік ортаны дайындау үшін әртүрлі заттар қолданылады, минералды, жануар мен өсімдік тектес және химиялық жолмен синтезделетін табиғи заттар. Бұл заттар (олардың субстраті деп атайды) қоректік орта құрамына кіреді, сондықтан олардың құрамында зиян келтіретін қоспалар болмау керек, бағасы қымбат емес және оңай табылатын болуы керек. Шикізаттың (субстратінің) барлық түрлері мемлекеттік стандарт талабына (МЕСТ) сәйкес болуы керек. Күрделі табиғи заттан және өндірістік қосымша өнімнен қоректік ортаны дайындау үшін шикізаттың жарамдылығына биохимиялық тексерулер қатаң жасалуы керек. Шикізаттың негізгі түрлері қарастырылады.

Су. Қоректік ортаны дайындау үшін су құбырынан немесе ашық су қоймаларынан алынған суды өзіне тән өңдеулер жасағаннан кейін ғана суды қолданады.

Су биологиялық таза, түссіз, дәмсіз және иіссіз, құрамында тұнба болмауы керек. Судың құрғақ қалдығы 100 мг/л жоғары болмауы керек, жалпы тұтқырлығы 7 мг-экв/л көп болмауы керек. Өте тұтқыр су микроорганизмнің өсуін баяулатады.

Көміртегі көз.

Гетеротрофты микроорганизмдер көміртегі көзі ретінде және әртүрлі көміртегі қосылыстарын құрайтын энергияны қолдануға қабілетті. Бірақта микроорганизмнің әрбір түрлі субстрат үшін бірінші орында көміртегін таңдайды. Осы микроорганизмнің көміртегі көзі ретінде қосылыстардың санының қолданылуы шектелген. Көміртегі қосылысын микроорганизм жұту қабілетін бірден сездірмейді. Ферменттер көміртегі болмаған кезде микроорганизм жасушасында белгілі бір затты ассимиляциялауға қатысады. Бұрыннан қолданылатын микробиологиялық синтездеуде көміртегін құрайтын шикізат болып көмірсулар саналады. Олар жасуша құрылысын синтездеу үшін микроорганизмдерді қолданады және сонымен қатар энергия көзінің міндетін атқарады. Көміртегін құрайтын шикізаттар-глюкоза, сахароза, лактоза, крахмал, спирттер, органикалық қышқылдар және т.б

Ағаш шикізаты. Көп жылдық өсімдік ұлпасы болып келеді, целлюлозаны, лигнинді пентозаны, гемицеллблозаны және басқа да өсімдік ұлпасының жасушалы матриксі пайда болатынын құрайтын зат. Бұл шикізатта көміртегі көзі болып гексоза, пентоза, органикалық қышқылдар саналады. Шикізатта олар бос күйінде іс жүзінде кездеспейді, сондықтан шикізатқа арнайы өңдеулер жасалады: майдалайды және гидролиздейді (судың көмегімен ыдыратады) жоғарғы температурада гидролиз аппаратына жүргізіледі.

Азот көзі. Өндірістік қоректік ортада азот көзі болып ақуыздар, пептидтер, бос аминқышқылы атқарады. Көбінесе өндірістік ферментацияда жүгері экстракті, соя ұны немесе ашытқы гидролизаты қолданылады. Минералды азот құрайтын затта көбіне жиі күкірттің аммоний тұзы немесе азот қышқылы қолданылады. Биосинтездеуге азот көзі ғана емес ортаның жалпы құрамы да байланысты, әрбір продуцент-штамм үшін ортадағы азот пен көміртегі қатынастары үлкен рөл атқарады.

Өсімдік жасушаларын өсіретін қоректік орта құрамында минералды тұздар мен органикалық заттар (қант, амин қышқылдары), фитогормондар (аукциндер, цитокниндер) бар. Жасанды қоректік орта сұйық немесе қатты болуы мүмкін. Қоректік ортаның қатты болуы, оған кейбір су өсімдіктерінен дайындалатын агар-агарды қосу арқылы жүзеге асырылады. Осындай жолмен дайындалған қоректік ортаның негізгізаттары қатарына құрамында азот, фосфор, калий, күкірт, магний, кальций, темірі бар минералды тұздар жатады. Аталған макроэлементтердің қайсібірінің қоректік ортаның құрамында жетіспеген, әлде кездеспеген жағдайларында, ұлпа нашар өседі немесе мүлде өліп қалады. Ұлпалардың қалыпты өсуіне макроэлементтердің де (мырыш, бор, мыс, марганец) болуы үлкен рөл атқарады. Көміртегі заттардан-сахарозаның болуы аса маңызға ие болса, құрамында азоты бар заттар қатарында-ақуыз гидролизаттары (казеин) мен кейбір амин қышқылдары жатқызылады. Фитогормондар барлық физиологиялық үдерістерді реттеуге қатысатындықтан, қоректік ортаның маңызды компоненті болып табылады.

Жануарлар жасушасын өсіретін қоректік орта құрамында үнемі глюкоза, аминоқышқылдар, минералды тұздар, витаминдер, холин мен инозит (көмірсутек көзі) және жануарлардың 5-20% қан сарысуы болады. Қоректік ортадағы минералды тұздар буферлік қызметін орындайды, яғни қышқыл-сілті балансты сақтайды.

61