МОДУЛЬ 2. ПРОМЫШЛЕННАЯ МИКРОБИОЛОГИЯ

Цель – продемонстрировать методы и возможности промышленной микробиологии; ознакомить с типами управляемого культивирования микроорганизмов для получения кинетических констант, расчета параметров био-

технологических процессов и получения целевых продуктов.

Задачи:

–обучениетехникекультивированиямикроорганизмоввпроточныхрежимах;

–продемонстрировать возможности методологии теоретикоэкспериментального подхода для нахождения продукционных характеристик

икинетических констант продуцирующей микробной культуры в условиях оптимального и лимитированного по субстрату роста;

–обучение методам влияния параметров ферментации и состава питательных сред на биохимическую программу синтеза клеточных основных и запасных макромолекул;

–ознакомление с современными методами выделения и очистки целевых продуктов из микробной биомассы;

–освоение методов количественного анализа внутриклеточного пула макромолекул (белков, полисахаров, биополимеров).

Работа 2.1. Типы ферментационных процессов

Цель работы: дать представление о технике и методах культивирования микроорганизмов.

Стадия ферментации является основной стадией в биотехнологическом процессе. На этой стадии происходит взаимодействие продуцента с субстратом и образование целевых продуктов (биомасс, эндо- и экзопродуктов). Эта стадия осуществляется в биохимическом реакторе (ферментере) и может быть организована в зависимости от особенностей используемого продуцента и требований к типу и качеству конечного продукта различными способами.

Ферментация может проходить в строго асептических условиях или без соблюдения правил стерильности (так называемая «незащищенная» ферментация). Ферментация может осуществляться на жидких (жидкофазная) и на твердых (твердофазная) средах; анаэробно и аэробно. Аэробная ферментация может протекать поверхностно или глубинно (во всей толще питательной среды).

Обеспечение процесса ферментации сводится к дозированному поступлению в ферментер потоков (инокулята, воздуха (или газовых смесей), питательных биогенов, пеногасителей) и отвода из него тепла, отработанного воздуха, культуральной жидкости, а также измерению и стабилизации основных параметров процесса на уровне, требуемом для оптимального развития продуцента и образования целевого продукта.

Принципиальная технологическая схема ферментационного процесса представлена на рис. 2.1.

МОДУЛЬ 2. ПРОМЫШЛЕННАЯ МИКРОБИОЛОГИЯ

Работа 2.1. Типы ферментационных процессов

Рис. 2.1. Принципиальная схема реализации биотехнологических процессов:

1 – реактор для приготовления сред, 2 – вихревой насос, 3 – аппарат для приготовления твердых сред, 4 – паровая колонка для подогрева сред до температуры стерилизации, 5 – выдерживатель сред при температуре стерилизации, 6 – теплообменник для охлаждения сред, 7 – мерник – сборник питательной среды, 8 – дозатор, 9 – анаэробный ферментер, 10 – глубинный аэробный ферментер, 11 – биокаталитический реактор, 12 – ферментер для поверхностной твердофазной ферментации, 13 – то же для поверхностной жидкостной ферментации, 14 – экстрактор, 15 – сепаратор для отделения биомассы, 16 – система локальной автоматики, 17 – плазмолизатор биомассы, 18 – дезинтегратор биомассы, 19 – выпарная установка, 20 – фракционирование дезинтегратов, 21 – сушилка и другие аппараты для обезвоживания, 22 – аппаратура для расфасовки продукта, 23 – ионообменные

колонны, аппараты для химических и мембранных методов выделения, центрифуги, фильтры, кристаллизаторы и др. устройства.

Условные обозначения: рН – раствор для коррекции рН, П – компоненты и среды для подпитки, Пос – посевной материал, В – сжатый воздух, ПАВ – пеногаситель,

Ср – стерильная питательная среда, БА – биологический агент