Procesy v biotechnologiích

Video: septik a septiků procesy

Důležitým úkolem při vytváření jakéhokoli biotechnologického procesu je vývoj a optimalizace technologie založené na vědě a zařízení k němu.

Na organizaci biotechnologické produkce byl částečně vypůjčené ze zkušeností získaných v době, kdy chemické technologie. Nicméně, biotechnologické procesy jsou zcela odlišné od chemického průmyslu, stejně jako v použití biotechnologie složitější organizační záležitosti - biologické. Každý biologický objekt (buňky, což je enzym, atd ...), - je autonomní samoregulační systém. Povaha biologických procesů je složitá a není zcela objasněn. Pro mikrobiální populace, například, se vyznačuje výrazným heterogenitou z několika důvodů - věk, fyzickou aktivitu, odolnost vůči nepříznivým faktorům životního prostředí.

Jsou rovněž předmětem náhodných mutací, jehož frekvence je 10-4-10-8. Heterogenita může být také v důsledku přítomnosti stykových ploch a nerovnoměrnosti média.

Základem rozdělení biotechnologických procesů mohou být založeny na různých principech, například vyhodnocení objektů, které patří do superkingdom živých bytostí, funkční aktivita biologického objektu, možnost izolovat jednotlivé fáze biotechnologických výrobních systémů jako samostatných procesů: separace, čištění a balení na konečný produkt, atd (Tabulka 2.1.).

Tabulka 2.1. Systemizace biotechnologických procesů

tento druh klasifikačních schémat jsou oprávněné, a můžete použít je jako rovnocenné.

Biotechnologické postupy lze rozdělit na biologické, biochemické a bioanalogichnye. Dřívější zahrnují ty, které jsou založeny na použití akariot, prokaryot a eukaryot, druhý - na použití enzymů a dalších - chemickou syntézou nebo hemisynthesis látky funkčně podobné nebo ekvivalentní primární (příprava aminokyselin a podobně) nebo sekundárních metabolitů živých organismů ( derivatizací penicilinu a cefalosporinu, tetracyklin, atd nukleobází.).

V obecných termínech, jakýkoliv biotechnologický způsob zahrnuje tři hlavní fáze: predfermentatsionnuyu, kvašení a postfermentatsionnuyu. Schématický diagram implementace biotechnologických procesů může být obecně reprezentován diagramu, ve kterém je proveden pokus, aby odrážely všechny možnosti fermentační procesy (obr. 2.1).

Obr. 2.1. Zobecněné schéma procesů v biotechnologii

Predfermentatsionnaya etapa

V tomto kroku se provádí skladování a přípravu kultury výrobce (inokulum) a přijímání přípravu živných médií a substrátů, kvašení a recyklovaný procesní vzduch a vodu.

Složky kultivačního média, jsou vybírány na základě výpočtu hmotnostní bilance v souvislosti s transformací zdroje energie do buněčné biomasy a / nebo metabolit s příspěvek spotřebované (povolený) energie. Obvykle je kvalitativní a kvantitativní složení kultivačního média je uvedeno v regulačním dokumentaci.

Údržba a příprava čisté kultury je velmi důležitý bod predfermentatsionnoy krok k výrobě požadovaných produktů: nejčastěji je to biomasa mikroorganismů - výrobci. Jedná se o bakterie a nižších hub, ale někdy mohou působit jako producenty vyšších eukaryotických buněk (hmyzu, savci, rostliny).

Výroba, fiziologobiohimicheskie jeho charakteristiky a vlastnosti určují účinnost biotechnologického procesu. V čisté kultuře skladovací přihrádka provádí průmyslových kmenů a zajistit jejich opětovné aktivace a provozní dobu výroby v množstvích potřebných pro spuštění procesu.

Průmyslový kmen by měl v ideálním případě splňovat tyto základní požadavky:
1) Stabilita strukturální a morfologické znaky a fyziologické aktivity při výrobě a provozu;
2) zvýšená rychlost růstu a biosyntéza terče (-S) produktu (ů);
3) dostatečně široký rozsah odolnosti proti nepříznivým environmentálních faktorů (kolísání teploty, pH, míchání, střední viskozita);
4) středně nároky na omezeném počtu zdrojů než připojovacích širší škálu zdrojů uhlíku, dusíku a další prvky mohou být použity produkčního kmene, tím snazší je kultivován, a vyšším ziskem.

Při pěstování kultivovaný inokula dávky použité zásady měřítka, t. E. Provádí se postupně výrobu energie biomasy na baňky, lahve, pak v sérii po sobě jdoucích fermentorů. Každý následující krok postupu se liší od předchozího, pokud jde o pořadí, obvykle. Získá se tím, že produkuje sterilní semen řádky dále zaměřen na zařízení, ve kterém se provádí fermentace krok.

Příprava kultivačního média se provádí ve speciálních reaktorech vybavených míchadly. V závislosti na rozpustnosti a kompatibilitu mezi složkami oddělení mohou být použity reaktory. Food Technology prostředí značně komplikovaná, pokud nerozpustné komponenty jsou zahrnuty v jejich složení. V různých biotechnologických procesech použity, jsou odlišné od původu a množství substrátu, takže způsob jejich výroby se liší.

Dávkování živin vybrány a provedeny samostatně pro každou výrobní proces v souladu s předpisy určitého procesu. Jako měřicí zařízení, používaných v této hmotnosti a objemu zařízení používaných v potravinářském a chemickém průmyslu. Transport látek čerpadly, opasek a šnekového dopravníku. Hromadné složky jsou přiváděny ve fermentorech pomocí vakuových čerpadel.

Často používané principu premixy, tj soli, který se předem rozpustí a pak přepravovány potrubím, dávkování krmiva objemových.

Vzhledem k mimořádné škálu biotechnologických procesů a slouží k jejich prostředí implementace, metod a nástrojů, zvážení těchto prvků budou nyní spojeny se specifickými biotechnologického průmyslu.

kvašení

Krok fermentace je důležitým krokem v procesu biotechnologie, protože k ní dochází při interakci se substrátem a produkovat požadovaný produkt. Tento krok se provádí v reaktoru biochemických (fermentoru) a mohou být organizovány různými způsoby, v závislosti na vlastnostech a požadavky na výrobce použitého pro daný typ a kvalitu konečného produktu.

Fermentace se může objevit v přísně aseptických podmínek nebo bez dodržení pravidel sterility (takzvaný „nechráněná“ fermentace) - kapalná a pevná média, aerobně a anaerobně. Aerobní fermentace může dojít, podle pořadí, povrchově aktivní látky nebo hluboké (v celé tloušťce kultivačního média). Pěstování biologických objektů je možno provádět v dávce a průtokový režim, polokontinuální fed-batch-substrát.

Během pečení fermentační narostlé kultury prochází řadou po sobě následujících krocích: (obr. 2.2) se lag fáze, exponenciální, pomalý růst, stacionární a umírající. Proto došlo k podstatným změnám ve fyziologickém stavu bioobject, a počet parametrů životního prostředí.

Obr. 2.2. růstová křivka mikroorganismů během vsázkové fermentace: 1-2-fáze lag - fáze exponenciálního rosta- 3 - fáze lineární rosta- 4 - 5 rosta- zpomalovací fáze - stacionární fáze-6 - fáze umírání

Požadované produkty se tvoří v exponenciální (primárních metabolitů - enzymy, aminokyseliny, vitamíny, tedy látek, které jsou nezbytné pro růst buněčné kultury ..) a stacionární (sekundárních metabolitů - antibiotika, alkaloidy, hormony, toxiny - nízkomolekulární látky není nutné pro růst kultury ale nezbytné pro fungování populaci zralých, často ochrannou funkci) fází, avšak v závislosti na účelu biotechnologického procesu v moderních průmyslových procesech uplatnit princip diferenciace Režimy pěstování. Výsledkem je, že podmínky pro maximální produkci požadovaného produktu.

Kontinuální fermentace bioobjects provádí za podmínek ustáleného stavu, kdy se mikrobiální populace a její produkty jsou nejvíce homogenní, tj. E. ve stacionární fázi. Použití kontinuálních fermentačních procesů vytváří podmínky pro efektivní řízení a kontrolu biosyntetických procesů. kontinuální fermentace systém může být uspořádán podle principu plné posunutí nebo úplném smísení.

První příklad - tzv trubkový kultury: Proces fermentace se provádí v dlouhé potrubí, které je na jednom konci kontinuálně uvádějí živného prostředí a inokulum, a na druhé straně - se stejnou rychlostí vyplývá kultivační tekutiny a požadované produkty. Systém běží fermentace je heterogenní a je prováděn, zpravidla bez míchání.

Při kontinuální fermentaci v fermentorech úplné promíchání (metoda homogenní tok) v celé fermentace objemové jednotky jsou stejné podmínky. Použití těchto systémů umožňuje efektivní fermentace kontrolovat jednotlivé kroky a všechny biotechnologického procesu produkující a stabilizovat v podstatě libovolné experimentátor biotechnologii nebo stavu.

Za předpokladu, že fermentační proces z hlediska provádění inženýrské redukuje na odměřeného proudu fermentoru proudů (inokula, vzduchu nebo plynné směsi živin živiny, odpěňovače) a odvod tepla z těchto, odpadního vzduchu, kultivační tekutiny, stejně jako měření a stabilizaci hlavních procesních parametrů na úrovni potřebné pro optimální rozvoj výrobce a cílového produktu.

V průběhu fermentace se tvoří komplexní směsi, které obsahují buňky, extracelulární metabolity, zbytkové koncentrace výchozího substrátu. V tomto případě se požadované produkty se obvykle nacházejí v této směsi v malých koncentracích, a mnohé z nich jsou snadno zničeny. To vše klade omezení na metody izolace a sušení biologických produktů.

LV Timoshenko, MV Chubik

Sdílet na sociálních sítích:

Podobné