Биотехнологические стадии промышленного производства

1. Биотехнологические стадии промышленного производства

2. Стадии биотехнологического процесса Большое разнообразие биотехнологических процессов, нашедших промышленное применение,

приводит к необходимости
рассмотреть общие, наиболее важные проблемы, возникающие
при создании любого биотехнологического производства.
Процессы промышленной биотехнологии разделяют на 2 большие
группы:
производство биомассы и получение продуктов метаболизма

3. Биотехнологические стадии

4. Существует 5 стадий биотехнологического производства. Две начальные стадии включают подготовку сырья и биологически

действующего начала. В
процессах инженерной энзимологии они обычно состоят из приготовления раствора субстрата
с заданными свойствами (рН, температура, концентрация) и подготовки партии ферментного
препарата данного типа, ферментного или иммобилизованного. При осуществлении
микробиологического синтеза необходимы стадии приготовления питательной среды и
поддержания чистой культуры, которая могла бы постоянно или по мере необходимости
использоваться в процессе. Поддержание чистой культуры штамма-продуцента – главная
задача любого микробиологического производства, поскольку высокоактивный, не
претерпевший нежелательных изменений штамм может служить гарантией получения
целевого продукта с заданными свойствами.

5. Третья стадия – ферментация, на которой происходит образование целевого продукта. На этой стадии идет микробиологическое

превращение компонентов питательной среды сначала в биомассу,
затем, если это необходимо, в целевой метаболит.
Устройство ферментера

6.

Ферментер – это аппарат для проведения ферментации и в тоже время
это техногенная экологическая ниша. Существует такое название как
«обвязка ферментера», представляющая все основные рабочие узлы
этого аппарата:
мешалка
1. мешалка, для равномерного
распределения всех продуктов среды,
2. тепловая рубашка для обогрева,
3. отбойники, препятствующие
образованию «мертвых зон», то есть
недоступных зон для регулирования
ферментационного процесса,
4. слив для культуральной жидкости
для последующего выделения
целевого продукта,
5. барботер с воздухом для аэрации
процесса ферментации,
6. клапаны для входа и выхода воздуха,
7. входное отверстие для загрузки
ферментера.

7. Стадии роста микроорганизмов

1. Фаза приспособления, или так называемая фаза
адаптации микроорганизмов, или лаг-фаза. В этой фазе
нет деления и соответственно роста микроорганизмов, но
есть увеличение количества белков, как ответная реакция
на новые условия их существования.
2. Фаза ускоренного роста (переходная фаза). В этой фазе
повышается содержание белков, РНК, нуклеиновых
кислот, происходит уже деление клетки.
3. Эта фаза называется логарифмической фазой роста
(экспоненциальная кривая), когда компонентов питания
достаточно и биообъект полностью адаптирован к
условиям в ферментере. Идет аэрация.

8.

4. Фаза замедленного роста клеток. В этой фазе число
клеток сокращается, так как и число делений
сокращается. Уменьшается скорость роста
микроорганизмов, так как по мере наращивания
биомассы уменьшаются компоненты питательной
среды. Клетки лизируются, происходит автолиз
клетки, и они начинают уничтожать своих соседей
(одни клетки съедают другие).
5. Фаза стационарная, когда количество живых
клеток сохраняется за счет умерших и не происходит
роста биомассы.
6. Фаза гибели клеток, когда число погибших клеток
больше, чем живых.

9.

Культуру продуцента хранят:
в запаянных ампулах
в жидком азоте
на твердых носителях – пшено, ячмень
в лиофилизированном состоянии – лучше
хранятся споры, чем живые клетки
в ампулах в лиофилизированном состоянии на
носителе (пшено, желатин-альгинат натрия)

10.

1. В пробирке на скошенном агаре – срок хранения до
нескольких месяцев.
2. Большое количество колб для выращивания молодой
культуры (проверяют чистоту культуры под
микроскопом.
3. Инокулятор, мешалка.
4. Посевной аппарат (с контролем).
Такое количество стадий нужно для получения
чистой культуры.
Многоэтапное выращивание посевного материала –
обязательный принцип биотехнологического
производства.
Среда для выращивания посевного материала обычно
не совпадает по составу с ферментационной средой,
т.е. при выращивании посевного материала среда
может быть обогащена для быстрого роста биомассы.

11.

Стерилизация и герметизация оборудования.
Ферментер и все трубопроводы стерилизуют
насыщенным паром при 130°С 1 час. Для проверки
эффективности стерилизации проводят пробную
стерилизацию с использованием биологического теста.
Стерилизация питательных сред.
Водопроводная вода содержит до 100 микробных клеток
в 1 миллилитре. Компоненты питательной среды –
источники углерода, азота, содержат в 1 грамме муки от
10000 до 1 миллиардов клеток микроорганизмов.
Питательную среду стерилизуют термическим
нагреванием, но при этом могут инактивироваться
термолабильные соединения, витамины и др. Поэтому
для каждой среды имеются свои условия стерилизации.
Стерилизация – процесс вероятностный.

12. Заключительная стадия биотехнологического производства – приготовление товарных форм продуктов. Общим свойством большинства

продуктов микробиологического
синтеза является их недостаточная стойкость к хранению, поскольку они склонны к
разложению и в таком виде представляют прекрасную среду для развития посторонней
микрофлоры. Это заставляет технологов принимать специальные меры для повышения
сохранности препаратов промышленной биотехнологии. Кроме того, препараты для
медицинских целей требуют специальных решений на стадии расфасовки, так должны
быть стерильными.