WWW.LI.I-DOCX.RU
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - Различные ресурсы
 

Pages:   || 2 |

«Экзаменационные вопросы по курсу «Основы биотехнологических производств» 1. Характеристика основных стадий микробного биотехнологического производства. 2. Совершенствование биообъектов ...»

-- [ Страница 1 ] --

Экзаменационные вопросы по курсу «Основы биотехнологических производств»

1. Характеристика основных стадий микробного биотехнологического производства.

2. Совершенствование биообъектов методами мутагенеза. Механизмы, обеспечивающие возможность повышения выхода целевого продукта у мутантов. Преимущества и недостатки спонтанного и индуцированного мутагенеза в селекции продуцентов.

3. Клеточная инженерия в селекции биообъектов. Направления использования метода слияния протопластов в селекции производственно ценных штаммов микроорганизмов.

4. Основные источники эмиссии биотехнологических производств.

5. Санитарно-гигиеническая оценка биологического объекта и готовых продуктов, включающих живые клетки продуцента.

6. Комплексная оценка безопасности промышленных штаммов.

7. Обеспечение микробиологической безопасности биотехнологических производств.

8. Пивные дрожжи, характеристика, технологические свойства и показатели качества.

9. Основные стадии процесса пивоварения. Микробиологические процессы, происходящие в пивном сусле.

10. Микроорганизмы-вредители пивоваренного производства.

11. Первичное виноделие, его стадии. Микробиологические процессы в виноделии.

12. Вторичное виноделие, его стадии.

13. Способы ферментации, сырье и микроорганизмы, используемые в производстве органических кислот.

14. Поверхностный, поверхностно-циркуляционный и глубинныйспособы получения уксуса.



15. Продуценты лимонной кислоты. Технологические критерии и направления селекции производственных штаммов.

16. Способы культивирования продуцентов лимонной кислоты. Направления совершенствования технологии получения лимонной кислоты.

17. Микробиологическая и биохимическая основа биотехнологий производства молочной кислоты. Способы получения. Области применения.

18. Микробиологическая и биохимическая основа биотехнологий производства глюконовой кислоты. Способы получения. Области применения.

19. Химико-энзиматический способ получения аминокислот. Получение оптических изомеров аминокислот путем использования ацилаз микроорганизмов. Преимущества и недостатки способа.

20. Микробиологический способ получения аминокислот. Преимущества и недостатки. Пути интенсификации процесса путем оптимизации условий культивирования.

21. Микробиологический синтез витаминов и конструирование штаммов-продуцентов методами генетической инженерии.

22. Возможности использования микроорганизмов для промышленного получения витамина В12.

23. Производство витамина В2 методами биотехнологии.

24. Использование микроорганизмов в производстве витаминов В3, РР.

25. Применение биотехнологических процедур в производстве витамина Д.

26. Каротиноиды и их классификация. Схема биосинтеза. Среды для микроорганизмов-продуцентов и регуляция биосинтеза. Стимуляторы каротинообразования. -Каротин. Образование из -каротина витамина А.

27. Убихиноны (коферменты Q). Источник получения: дрожжи и другие источники. Интенсификация биосинтеза.

28. Производство -каротина и убихинонов.

29. Особенности и преимущества использования микробной биотрансформации для получения стероидных гормонов.

30. Микробиологические способы получения ферментов. Технологические стадии.





31. Иммобилизованные биообъекты. Иммобилизованные ферменты, их преимущества. Сферы применения иммобилизованных ферментов.

32. Перспективы и экономическая целесообразность употребления микроорганизмов в технологии производства пищевого и кормового белка.

33. Использование спиртов и водорода для получения белка.

34. Использование одноклеточных водорослей для получения белка.

35. Биометаногенез, стадии и микроорганизмы, его осуществляющие.

36. Способы производства биогаза.

37. Производство этилового спирта. Методы получения и условия производства.

38. Производство углеводородов с помощью микроскопических водорослей.

39. Биологическое получение водорода.

40. Биотопливные элементы и биоэлектрокатализ.

41. Опишите биологические объекты, используемые в биотехнологии. Перечислите функции биообъектов.

42. Приведите примеры использования гибридизации для улучшения технологических свойств хлебопекарных, пивных и винных дрожжей.

43. Опишите процесс получения протопластов у прокариот, его стадии. Охарактеризуйте преимущества метода слияния протопластов перед другими селекционными приемами.

44. Установите последовательность стадий технологического процесса получения витамина В 12 и составьте схему. Сушка кормового концентрата; фасовка; упаковка; концентрирование бражки; метановое брожение; стабилизация метановой бражки. Опишите стадию метанового брожения.

45. Охарактеризуйте методы хранения промышленных культур микроорганизмов. Какие из этих методов требуют наличия специального оборудования? Что это за оборудование и каков принцип его работы?

46. Обсудите преимущества и перспективы микробиологического способа получения ферментов. Перечислите области применения микробных ферментов.

47. Назовите области применения ферментов в медицине. Какие препараты, и из каких ферментов, полученных микробиологическим способом, применяются в медицинской энзимологии? Какие микроорганизмы являются продуцентами этих ферментов?

48. Одним из основных показателей, обеспечивающим экономическую эффективность процесса ферментации, является скорость роста продуцента. Кроме того, строят кривую роста и определяют фазы его развития. На основании характера роста продуцента делается вывод о времени остановки ферментации. Как определить скорость роста и построить кривую роста?

49. Какие виды иммобилизации биообъектов применяются на практике? Каковы их достоинства? Прокомментируйте ответ.

50. Опишите технологию получения яблочного уксуса в лабораторных или домашних условиях.

51. Составьте схему или таблицу, отражающую биотехнологии получения кормового белка на углеводах. В ней должны быть отражены: 1) микроорганизмы; 2) виды сырья; 3) области использования такого белка.

52. Составьте схему или таблицу, отражающую биотехнологии получения кормового белка на жидких и газообразных углеводородах. В ней должны быть отражены: 1) микроорганизмы; 2) виды сырья; 3) аппаратурное обеспечение.

53. Дайте характеристику микроорганизмов-возбудителей молочнокислого и пропионовокислого брожения. Укажите биотехнологические продукты и области их применения.

54. В питательную среду для культивирования дрожжей надо добавить 6% глюкозы. Какой объем стерильного раствора глюкозы надо внести в сосуд с 250 мл питательной среды, если концентрация глюкозы в растворе 50%; 20%; 10%.

55. Для приготовления питательной среды, которая носит название «Трехсахарный агар» растворы сахаров вносятся уже после стерилизации среды, чтобы не произошло их карамелизации. Концентрация каждого из сахаров в готовой питательной среде должна быть 2%. Какой объем стерильного раствора 30% глюкозы, 15% сахарозы и 20% лактозы надо добавить в питательную среду для достижения указанной концентрации? Объем среды в колбе – 500 мл.

56. Как известно, при использовании клеточной инженерии при создании новых продуцентов широко применяют методику протопластирования (получения протопластов) как процесса конструкции гибридных структур. В плане решения задачи получения новых продуцентов как источников новых лекарственных средств предложите: 1) схему получения протопластов и гибридных структур; 2) условия сохранения протопластов; 3) конечные цели, достигаемые с помощью продуктов гибридной природы.

57. Среди воздействий, оказывающих мутагенный эффект на штамм продуцента, могут быть: Рентгеновское излучение; Уф-лучи; обработка химическими соединениями.

Напишите на примере повышения продуктивности продуцента пенициллина, какие мутагены были применены при получении мутантного клона этого продуцента.

58. Как известно, производство витамина В12 (кобаламин) является чисто биотехнологическим способом его получения, когда в качестве продуцента данного витамина используют пропионовые бактерии из рода Propionibacterium, выращиваемые на богатой среде в определенных условиях ферментации с обязательным добавлением предшественника витамина В12 - 5, 6-диметилбензимидазола.

В этой ситуации:1)сделайте оптимальный выбор метода ферментации и условий ее проведения; 2) докажите необходимость добавления 5, 6-диметилбензимидазола; 3) предложите методы выделения и очистки данного витамина, учитывая место его накопления.

59. С помощью биотехнологии сегодня можно получать в необходимых количествах такие витамины гурппы В, как В2, В3 и В12.

Проведите сравнительный анализ получения вышеуказанных витаминов с помощью биотехнологии, принимая во внимание: 1) биообъекты, которые используют в каждом конкретном случае; 2) получение суперпродуцентов рибофлавина и витамина В12; 3) преимущества биотехнологического производства витаминов.

60. Проведите сравнительный анализ получения витамина С с помощью биотехнологии, принимая во внимание: 1) биообъекты, которые используют в каждом конкретном случае; 2) преимущества биотехнологического производства витаминов.

61. В промышленном производстве белково-витаминного концентрата при выращивании на грибах Candida maltosa разработана технология получения убихинона-9 с одним из известных вам витаминов.Выберите название этого витамина из нижеприведенных:рибофлавин; эргостерин; аскорбиновая кислота; -каротин.

Напишите: 1) что представляют собой убихиноны с химической точки зрения; 2) какую роль играют убихиноны в организме человека3) направления использования микробной биомассы для их получения. 62. Известно, что с момента установления структуры основных стероидных гормонов в качестве метода получения лекарственных препаратов этих соединений стали применять биотрансформацию.

Проанализируйте:1) достоинства и недостатки сырья, используемого при получении гормональных стероидных препаратов; 2) возможности использования биотрансформации при получении наиболее ценных гормональных препаратов.

63. Проанализируйте возможность биоконверсии (биотрансформация, биокатализ) на примере получения гормональных препаратов гидрокортизона и преднизолона с выбором: 1) источников сырья для производства лекарственных средств стероидной структуры; основных реакций биотрансформации; 2) технологических параметров ферментационного процесса. Прокомментируйте явление сочетания высокого выхода целевого продукта по субстрату в процентном отношении и низкой производительности ферментации.

64. Каким образом осуществляется выбор продуцента фермента? Обсудите направления биотехнологических разработок, направленных на создание высокопродуктивных штаммов.

65. Дайте характеристику микроорганизмов-возбудителей ацетоно-бутилового брожения. Укажите биотехнологические продукты и области их применения.

66. Каким образом производится подготовка посевного материала и его масштабирование специалистом-биотехнологом? Какие технологичесекие операции осуществляются на предферментационной стадии? Назовите и охарактеризуйте.

67. Составьте схему технологии получения ацетона и бутанола. Дайте характеристику микробов-возбудителей процесса.

68. В определенных случаях активность ферментов в клетке регулируется по принципу обратной связи (ретроингибирование), чтосоответственно влияет на интенсивность процесса биосинтеза.

Приведите пример влияния ретроингибирования на выход целевого продукта в биосинтезе лекарственных средств.

69. Природные микроорганизмы обладают механизмами регуляции биосинтеза по принципу обратной связи (ретроингибирование). На первом уровне сама аминокислота, в случае ее избытка, ингибирует один из ферментов собственного синтеза. На втором уровне подавляется весь комплекс ферментов, если концентрация аминокислоты остается в избытке.

Укажите, какой из механизмов должен быть нарушен при создании микроорганизмов-продуцентов аминокислот с целью увеличения выхода целевого продукта:1) только на первом уровне; 2) только на втором уровне; 3) на обоих уровнях. Приведите пример.

70. Несмотря на то, что в основе современной инженерной энзимологии лежит применение ферментов и ферментных систем, технологическое использование ферментов имеет вполне конкретные ограничения: лабильность ферментов, дороговизна и большая трудоемкость при их очистке, однократность их использования, в ряде случаев наличие коферментов.

Проанализируйте ситуацию с обоснованием: 1) путей преодоления этих ограничений; 2) сопоставления функции биообъекта с технологической операцией; 3) понятия «система, открытая для усложнения».

71. Укажите функциональные особенности витаминов в отличиеот других незаменимых факторов питания (жирных кислот, аминокислот и др.). Каковы основные источники витаминов в биотехнологическом производстве? Допишите фразу: Микроорганизмы, используемые в биотехнологии витаминов, это:

72. Составьте схему, отражающие области использования дрожжей в биотехнологии микроорганизмов.

73. Перечислите требования, предъявляемые к производственным штаммам. Что подразумевается под таким термином, как «Технологичность штаммов»? Дайте развернутый ответ.

74. Опишите технологию получения белка одноклеточных организмов.

75. Назовите технологические проблемы практического использования микробной трансформации стероидных гормонов. Предложите способы повышения эффективности этого процесса.

76. Уксуснокислые бактерии. Характеристика, особенности, значение в биотехнологии.

77. Биотехнологическое производство аскорбиновой кислоты (витамина С). Различные схемы биосинтеза в промышленных условиях. Оптимизация способа получения витамина С при помощи микроорганизмов.

78. Приведите информацию о продуцентах и направлениях использования микробных ферментов. Опишите способы повышения активности микробных штаммов-продуцентов ферментов.

79. Назовите направления использования микроорганизмов для получения водородного топлива.

80. При твердофазном культивировнаии микомицета необходимо приготовить питательную среду 60% влажности. Рассчитайте количество воды, необходимое для увлажнения среды, если известно, что масса сухой навески 0,5 г, масса сухого конверта 0,1 г, исходная влажность 8%.

1. Характеристика основных стадий микробного биотехнологического производства.

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.

Третья стадия - стадия ферментации, 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.

На четвертом этапе из культуральной жидкости выделяют и очищают целевые продукты. Для промышленных микробиологических процессов характерно, как правило, образование очень разбавленных растворов и суспензий, содержащих, помимо целевого, большое количество других веществ. При этом приходится разделять смеси веществ очень близкой природы, находящихся в растворе в сравнимых концентрациях, весьма лабильных, легко подвергающихся термической деструкции. 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 и укупорки, так должны быть стерильными. Далее приводится характеристики каждой из стадий промышленного микробиологического синтеза.

2. Совершенствование биообъектов методами мутагенеза. Механизмы, обеспечивающие возможность повышения выхода целевого продукта у мутантов. Преимущества и недостатки спонтанного и индуцированного мутагенеза в селекции продуцентов.

Повышение продуктивности микроорганизма как продуцента сводится к селекции и мутагенезу. Совершенствование биообъекта–это получение биообъектов–продуцентов с мутациями в геноме, которые отличаются от исходного биообъекта в сторону улучшения биотехнологических свойств, в частности, в сторону увеличения образования целевого продукта. Селекция–это целенаправленный отбор мутантов, то есть организмов, наследственность которых перенесла скачкообразные изменения. Генеральным путем селекции является процесс перехода от отбора продуцентов к осознанному конструированию их геномов. На каждом этапе проводится отбор из всей популяции микроорганизмов наиболее эффективных клонов (к примеру, таким способом были отобраны штаммы пекарских, пивных, винных, пропионовокислых, уксуснокислых и многих других бактерий, а также прочих микроорганизмов). Такой отбор именуется ступенчатым. Спонтанные изменения генетической природы организма- продуцента основаны на процессах рекомбинации генетического материала in vivo (амплификация, конъюгация, трансдукция, трансформация и пр.

). Основным недостатком основанного на спонтанных мутациях метода селекции является низкая частота мутаций, значительно затрудняющая интенсификацию процесса. Так, для возникновения мутации ген в среднем должен удвоиться около 10^6-10^8 раз, то есть изменения в структуре ДНК происходят достаточно редко. Многократно ускорить процесс селекции можно при помощи индуцированного мутагенеза – резкого увеличения скорости мутаций определенного биообъекта путем искусственного повреждения генома. Наиболее эффективными и часто применяемыми мутагенами являются алкилирующие агенты и азотистая кислота, рентгеновское и ультрафиолетовое излучение, а также определенные химические соединения, способные вызывать изменения в первичной структуре ДНК. Однако метод селекции, основанный на индуцированном мутагенезе, равно как и последующий ступенчатый отбор являются достаточно трудоемкими процессами. Кроме того к недостаткам такого метода можно причислить невозможность получения данных о характере мутаций.

3. Клеточная инженерия в селекции биообъектов. Направления использования метода слияния протопластов в селекции производственно ценных штаммов микроорганизмов.

В течение многих лет мутагенез и селекция успешно применялись и будут широко применяться при совершенствовании биообъектов в дальнейшем.

Постепенно были выявлены существенные ограничения в достижении ставящихся биотехнологами целей. Главный путь снятия таких ограничений связан с применением методов генетической инженерии, определенные перспективы имеет и клеточная инженерия — «насильственный» обмен участками хромосом у прокариот или участками и даже целыми хромосомами у эукариот. В результате создаются неприродные биообъекты, среди которых могут быть отобраны продуценты новых веществ или организмы с ценными в практическом отношении свойствами.Перспективы клеточной инженерии заключаются в том, что с ее помощью возможно получение межвидовых и межродовых гибридных культур микроорганизмов, а также гибридных клеток между отдаленными в эволюционном отношении многоклеточными организмами.

Для обмена фрагментами хромосомы у прокариот необходимо предварительно получить из их клеток лишенные клеточной стенки протопласты; затем осуществить слияние протопластов с образованием диплоидов; полученные диплоиды инкубировать в течение нескольких часов для «ломки» и воссоединения кольцевых хромосомных нитей в разных вариантах. Затем суспензию протопластов высевают на твердую питательную среду, при этом часть диплоидов превращается в гаплоиды — способные к размножению клетки, которые образуют соответственно колонии. Их изучают и отбирают культуры, приобретающие новые качества, представляющие интерес для биотехнолога.Первый этап работы связан с удалением у микроорганизмов клеточной стенки. У прокариот — эубактерий и актиномицетов — многоклеточных бактерий клеточная стенка состоит из жесткого полимера пептидогликана, поддерживающего форму клетки и обеспечивающего защиту цитоплазматической мембраны от перепада осмотического давления между внешней средой и цитоплазмой.

Пептидогликан может быть расщеплен с помощью ферментов (гидролаз пептидогликана), из которых самым известным является лизоцим, расщепляющий полисахаридные нити пептидогликана. Источником лизоцима как лабораторного реагента является белок куриного яйца.

Ферментативная деградация клеточной стенки в обычных условиях культивирования бактерий сразу же ведет к их лизису из-за разницы в осмотическом давлении. При этом ни цитоплазматическая, ни внешняя (у грамотрицательных бактерий) мембраны не выдерживают целостности. Этим давно известным явлением объясняется, например, литический эффект пенициллина, который, подавляя синтез пептидогликана, нарушает баланс между действием его синтетаз и гидролаз.

Слиянием протопластов двух штаммов Streptomyces был сконструирован новый высокоэффективный штамм-продуцент рифампицина С: мутанты Nocardia mediterranei, в которых не синтезировался рифампицин, после слияния сформировали штаммы, продуцирующие три новых рифампицина. Слияние протопластов позволяет объединять генетические материалы и таких микроорганизмов, которые в естественных условиях не скрещиваются.

4. Основные источники эмиссии биотехнологических производств.

Несмотря на большое разнообразие технологических схем, все они включают ряд общих стадий. К ним относятся:

• подготовка посевного материала (инокулята);

• приготовление питательной среды для культивирования биообъекта;

• основная стадия - культивирование (выращивание) биообъекта;

• получение целевого продукта. Культивирование биообъекта осуществляется разными способами:

• глубинное - периодическое или непрерывное культивирование; в аэробных или анаэробных условиях;

• гетерофазное;

• поверхностное культивирование;

• культивирование биообъекта в иммобилизованном виде. Для активного роста микроорганизмов в питательную среду вводят биогенные элементы: углерод, азот и фосфор, а также макро-и микроэлементы. В качестве источника углерода в промышленных условиях (помимо глюкозы, сахарозы, лактозы и др.), исп-ся сложные орган. субстраты - отходы пищ. пром-ти, с/х и др. видов пром-ти. Такими орган. субстратами могут быть: гидролизаты мясных продуктов, мука, крахмал, меласса, молочная сыворотка, мясо-костная мука, рыбная мука, гидролизаты соломы, подсолнечной лузги, гидролизаты древесины, торфа, а также пром. виды сырья, такие как н-парафины, природный газ, метанол, этанол и др. Некоторые ауксотрофные мутанты нуждаются в особых факторах роста, которые они сами синтезировать не могут: отдельные а/к, витамины и др. В качестве факторов роста часто исп-ют автолизаты и гидролизаты дрожжей. Для активного роста микроор-ов поддерживают на определенном уровне t, рН среды, конц-ию источников питания, уровень аэрации и др.

В зависимости от целей производства технологические стадии получения целевого продукта могут существенно различаться. Полученная суспензия живых клеток может использоваться в качестве готового продукта - вакцины, закваски, пробиотических препаратов, препаратов для биоремедиации загрязненных сред и др. При получении кормовых продуктов и БАД сгущенная клеточная суспензия термически обрабат-ся для инактивации клеток и далее сушится на сушильных установках. В технологических процессах, целевым продуктом которых яв-ся биомасса или продукты ее переработки, культуральная жидкость либо возвр-ся на стадию выращивания, либо направляется на биолог-ую очистку сточных вод. В технологиях, целевым продуктом которых являются водораств-ые продукты метаболизма, культуральная жидкость или продукты ее переработки направляются на последующие стадии. На основных технол-их стадиях бт-их производств может происходить поступление в окр. среду «биологического фактора», основными источниками которого яв-ся:

• аэрозоль газовоздушных выбросов от ферментационного оборудования стадий отделения и сгущения биомассы, содержащий живые клетки;

• аэрозоль от сушильных установок, содержащий инактивированные клетки;

• аэрозоль на стадиях выделения из культуральной жидкости экзометаболитов;

• продукты биосинтеза организмов на стадиях их выделения из биомассы;

• сточные воды производств, содержащие живые, инактивированные клетки и продукты их метаболизма.

5. Санитарно-гигиеническая оценка биологического объекта и готовых продуктов, включающих живые клетки продуцента.

Комплексная оценка промышленных штаммов. Изучение штаммов-продуцентов включает изучение их микробиол-х, технол-их, санитарно-гигиен-их и эко-их св-в. На 1 этапе опред-ся таксономическое положение штамма, разрабатываются методы его идентификации в пром. процессе и окр. среде, опред-ся условия его доминирования в случае незащищенных условий культивирования. Этап 2. Изучение технологических свойств штамма направлено на определение его промышленно-ценных свойств. Этап 3. При санитарно-гигиенических иссл-ях опред-ся патогенность штамма, его вирулентность, ПДК аэрозоля живых и инактивированных клеток в воздухе рабочей зоны и в атмосферном воздухе. этап 4. Экологотоксикологические исследования включают определение приживаемости клеток продуцента в экосистемах, изучение их влияния на биоценоз экосистем - определение предельно допустимой экологической нагрузки. Имеются сложности с колич-ой оценкой опасности присутствия биолог-го фактора в окр. среде, т.к. попадание в восприимчивый организм нескольких живых микробных клеток патогенного микроорганизма может быть достаточным для возникновения заболевания с любой клинической болезнью и исходом. Определение патогенности штаммов. В соответствии с методическими указаниями по экспериментальному обоснованию ПДК микроорганизмов-продуцентов и содержащих их готовых форм препаратов в объектах производственной и окружающей среды для гигиенической характеристики свойств промышленных штаммов используют этиологические модели. Для этого вводят клетки исследуемого штамма лабораторным животным в условиях, снижающих резистентность их организма и определяют патогенность и вирулентность штамма. При определении степени патогенности микроор-ов исследуется их способность синтезировать и выделять в окр. среду токсичные для теплокровных животных экзотоксины, эндотоксины. Наиболее широкие санитарно-гигиенические исследования проведены с дрожжами p. Candida, которые использовались в крупномасштабных производствах кормового белка из различных видов сырья (углеводороды, гидролизаты растительного сырья, этанол и др.). Среди 80 видов дрожжей p. Candida штаммы варьируют по степени патогенности от безвредных до вирулентных. Для человека патогенными являются Candida albicans. Отдельные патогенные штаммы выявлены среди С. tropicalis, С. krusei, С. pseudotropicalis. Дрожжи p. Candida широко распространены в природе. Являясь сапрофитной микрофлорой, дрожжи обитают на кожных покровах, на слизистой оболочке рта, в верхних дыхательных путях, половых органах, в кишечнике и т.д. Присутствие дрожжевых клеток в воздухе рабочей зоны может приводить к носительству среди персонала и аллергизации к ним.

6. Комплексная оценка безопасности промышленных штаммов.

Комплексная оценка промышленных штаммов

1 этап- микробиологическое исследование

2 этап – изучение технологических свойств штаммов

3 этап – санитарно-гигиенические исследования

4 этап – экологотоксикологические исследования.

Изучение штаммов-продуцентов включает изучение их микробиологических, технологических, санитарно-гигиенических и экологических свойств. На этапе микробиологических исследований (этап 1) определя-ется таксономическое положение штамма, разрабатываются методы его идентификации в промышленном процессе и окружающей среде, определяются условия его доминирования в случае незащищенных условий культивирования.

Изучение технологических свойств штамма (этап 2) направлено на определение его промышленно-ценных свойств.

При санитарно-гигиенических исследованиях (этап 3) определяется патогенность штамма, его вирулентность, ПДК аэрозоля живых и инактивированных клеток в воздухе рабочей зоны и в атмосферном воздухе.

Экологотоксикологические исследования (этап 4) включают определение приживаемости клеток продуцента в экосистемах, изучение их влияния на биоценоз экосистем - определение предельно допустимой экологической нагрузки.

Гигиеническое нормирование микроорганизмов-продуцентов и содержащих их готовых форм препаратов в объектах производственной и окружающей среды существенно отличается от обоснования санитарных стандартов химических веществ, в том числе и продуктов микробиологического синтеза. Концепция определения ПДК химических веществ не в полной мере применима к микробному загрязнению из-за принципиального различия между химическим и микробным загрязнением.

Принципы определения ПДК химических веществ основаны на принципе пороговости. Понятие порога для многих биологических агентов отсутствует. Имеются сложности с количественной оценкой опасности присутствия биологического фактора в окружающей среде, так как попадание в восприимчивый организм даже нескольких живых микробных клеток патогенного микроорганизма (например, при проведении работ по идентификации штаммов, или связанных с получением вакцин) может быть достаточным для возникновения заболевания с любой клинической картиной и исходом.

7. Обеспечение микробиологической безопасности биотехнологических производств.

Микробиологическая безопасность биотехнологических производств обеспечивается следующими основными факторами:

• применением в технологическом процессе разрешенного для использования штамма или ассоциативных культур;

• присутствием сопутствующей микрофлоры в процессе производства и в готовом продукте в количестве, разрешенном регламентом;

• отсутствием среди сопутствующей микрофлоры патогенных микроорганизмов, инфицирующих производственный процесс и готовый продукт;

• соблюдением разработанных гигиенических нормативов по содержанию живых клеток микроорганизмов в производственной и селитебных зонах.

Важной задачей микробиологического контроля биотехнологических производств, основанных на процессах микробного синтеза, является обеспечение строгой направленности и активности биосинтетических процессов, гарантирующих производство целевого продукта требуемого качества. Эта задача решается на основе контроля стадий подготовки посевного материала и физиологического состояния культуры в процессе культивирования.

Большинство биотехнологических процессов осуществляется в асептических условиях при периодическом культивировании микроорганизмов с применением защиты от проникновения посторонних микроорганизмов.

Микробиологический контроль таких производств включает:

• контроль чистоты и активности посевного материала;

• контроль стерильности подготовленной питательной среды для

культивирования;

• контроль стерильности поступающего на все стадии технологического процесса воздуха;

• контроль микробиологической чистоты готового продукта.

Проблема обеспечения доминирования разрешенного к использованию штамма наиболее актуальна для производств, в которых культивирование осуществляется в незащищенных условиях. В таких производствах используются в качестве биообъекта непатогенные или условно-патогенные штаммы микроорганизмов. Особенное значение микробиологического контроля в этих случаях определяется тем, что многие непатогенные промышленные штаммы микроорганизмов относятся к тем же родам, а часто - и видам, среди которых встречаются и патогенные формы. Так, известны туберкулезные и сапрофитные микобактерии; холерный и холероподобный вибрион; патогенные и сапрофитные штаммы среди дрожжей Candida tropicalis и др.

В технологическом регламенте любого биотехнологического производства имеется раздел, включающий основные методы контроля, сроки и контролируемые стадии производства, с учетом особенностей технологии.

8. Пивные дрожжи, характеристика, технологические свойства и показатели качества.

В производстве пива используются эукариотные дрожжи верхового брожения Saccaromyces cerevisiae и низового брожения Saccaromyces carlsbergensis.

Дрожжи верхового брожения в конце брожения поднимаются на поверхность. Для них характерно взвешенное в сусле состояние. Поэтому их называют пылевидными. Дрожжи низового брожения после брожения оседают на дно танка плотным слоем. В сусле они собираются в виде хлопьев, поэтому их называют хлопьевидными. Эта способность дрожжей имеет важное практическое значение — быстро осветляется пиво и появляется возможность собирать дрожжи из бродильных танков и многократно их использовать.

Дрожжи верхового брожения используются для получения пива при повышенной температуре брожения (+12°С - +15°С), отличаются мелкими размерами клеток и низкой способностью к флокуляции. За счет небольших размеров клеток дрожжи верхового брожения выносятся вместе с двуокисью углерода на поверхность бродящего сусла.

Дрожжи низового брожения, применяемые всеми пивзаводами, относятся к виду сахаромицетов и отличаются от дрожжей верхового брожения более крупными клетками и хорошей флокуляционной способностью. Эти дрожжи относятся к дрожжам холодного брожения и активно бродят при температуре от +5 до +7°С. В пивоварении обычно используют дрожжи низового брожения, приспособленные к сравнительно низким температурам.

Дрожжи должны отвечать следующим требованиям: иметь высокую бродильную активность, хорошо образовывать хлопья и осветлять пиво в процессе брожения, придавать пиву чистый вкус и приятный аромат.

Дрожжи активно сбраживают глюкозу и фруктозу, медленнее мальтозу, еще медленнее - мальтотриозу. Декстрины ими не сбраживаются. По окончании главного брожения в сусле должна оставаться часть несброженной мальтозы и высших сахаров мальтозной группы для использования на стадии дображивания;высокая флокуляционная способность, медленное и полное оседание для осветления молодого пива в конце главного брожения и готового - в конце дображивания;умеренная способность к размножению;устойчивость к неблагоприятным условиям при хранении и обработке, а также к инфекции посторонними и вредными микроорганизмами;стабильность свойств и морфофизиологических характеристик в течение 10-12 генераций(оборот дрожжей). В бродильный аппарат вводят здоровые, биологически чистые, физиологически активные дрожжи с высокой жизнеспособностью. Наличие большого количества мертвых дрожжевых клеток приводит к появлению нефильтруемой мути, плохой пене, изменению органолептических свойств и недостаточной вкусовой стабильности пива.Факторы,влияющие на развитие дрожжей:

1.концентрация сахара= 10-15 %(при 30-35%- брожение прекращается )2.рН=4-4,5

3.температура= 20-28 для верховых дрожжей; 5-10 для низовых;

4.концентрация спирта=2-5%,при 12-14%-происходит угнетение,то есть брожение прекращается.

9. Основные стадии процесса пивоварения. Микробиологические процессы, происходящие в пивном сусле.

Выделяют следующие основные стадии процесса пивоварения: получение солода из ячменя, дробление солода, затирание солода, получение сусла, кипячение сусла с добавлением хмеля, охлаждение сусла и добавка дрожжей- сбраживание сусла,брожение, дображивание пива и охлаждение, фильтрация, пастеризация, розлив.

Солод является основным материалом для производства пива. В пивоварении солод играет роль источника (сахаров) и минеральных веществ. Чем больше в солоде накопится сахаров, необходимых для брожения, тем активнее будет идти сам процесс сбраживания.

Технологическая схема приготовления солода: свежеубранный ячменьпервичная очисткахранение в силосахвторичная очистка и сортировкапромывка водой и дезинфицированиезамачивание до влажности 45 %

проращивание ячменясушка солодаотделение ростковвыдержка сухого солодаготовый солод.

Ячмень, используемый для приготовления солода, замачивают в специальных чанах с водой. В зерне, по мере возрастания влажности, активизируются клеточные ферменты и ускоряются катализируемые ими биохимические процессы. Замачивание приостанавливают при достижении влажности зерна 42— 45%.Для проращивания замоченное зерно направляют в солодовни. Процесс солодоращения проводят при температуре 15—19°С и хорошей аэрации зерна в течение 5—8 суток. При этом эндосперм зерна к концу соложения размягчается и легко растирается за счет гидролиза крахмала амилазами. В проращиваемом зерне накапливаются растворимые сахара — мальтоза, глюкоза, фруктоза и другие сахара, придающие солоду сладковатый вкус. Осахаренный затор затем направляют на фильтрование для отделения жидкой части сусла от твердой фазы затора.

Для придания необходимых свойств и хорошей сохраняемости солод сушат. Готовое сусло переводят в сусловарочный котел для кипячения с хмелем, упаривания до нужной концентрации и стерилизации. При высокой температуре полностью инактивируются ферменты и коагулирует часть растворимых белков, а горькие и ароматические вещества хмеля растворяются в сусле. Охмеленное сусло пропускают через хмелецедильник, охлаждают. Во время этих операций сусло окончательно осветляется и насыщается кислородом, что необходимо для развития дрожжей. Основной процесс, в результате которого сусло превращается в пиво - спиртовое брожение. Сбраживание пивного сусла проходит в две стадии: главное брожение и дображивание. На первой стадии происходит интенсивное сбраживание Сахаров сусла, в результате которого образуется молодое (мутное) пиво, имеющее своеобразные вкус и аромат, еще непригодное к употреблению.На поверхности сусла через 15—20 ч после внесения дрожжей появляется полоса белой пены, а затем вся поверхность бродящего сусла покрывается пеной. Достигнув максимума пена уплотняется и становится коричневой. Осевшую пену из-за горького вкуса обязательно удаляют с поверхности сусла. В конце брожения низовые дрожжи оседают на дно. Осветлившаяся жидкость называется зеленым, или молодым, пивом. Процесс главного брожения завершается за 7—9 сут. К этому моменту в пиве остаются несброженными еще около 1,5% сахаров.Выдержка (дображивание) пива способствует окончательному формированию потребительских достоинств пива.

В результате дображивания остаточного сахара несколько возрастает крепость пива, происходит дополнительное насыщение его углекислотой и осветление.

Обработка и розлив пива. После лабораторного и органолептического контроля, подтверждающих качество выработанного пива, его обрабатывают и разливают. Для придания прозрачности пиво фильтруют через прессованные пластины из различных фильтрующих масс.

10. Микроорганизмы-вредители пивоваренного производства.

Обязательным условием получения высококачественного пива с отличными органолептическими свойствами и высокой биологической стойкостью является микробиологическая чистота пивоваренного производства. Сусло и пиво инфицируют различные микроорганизмы: бактерии, грибы и дрожжи. Существуют и такие микроорганизмы, которые не являются вредителями пива, но их присутствие указывает на не стерильность технологии. Из перечисленных выше групп микроорганизмов, инфицирующих пивоваренное производство, в количественном отношении первое место принадлежит бактериям.

«Сусловые бактерии»

В сусле могут расти и развиваться, бактерии относящиеся к различным семействам Enterobakteriaceae, Pseudomonadaceae, Bacillaceae, Lactobacillaceae- отсюда и следует их название. Наиболее важными сусловыми бактериями являются бактерии р.р. Zumomonas, Obesumbacterium, Enterobacer, Hafnia. Их развитие в сусле, приводит к накоплению ряда продуктов их жизнедеятельности, существенно изменяющих вкус и аромат пива. Кроме того, вследствие развития сусловых бактерий в сусле уменьшается содержание питательных и ростовых веществ, что замедляет его разбраживание дрожжами в первый период брожения. Бактерии рода р.Zumomonas являются наиболее опасными из сусловых бактерий, так как при благоприятных для их развития условиях они могут сильно инфицировать сусло в течении нескольких часов, сделать пиво совершенно не пригодным к употреблени. Инфицированное бактериями р. Zumomonas пиво приобретает неприятный фруктовый привкус, в частности привкус гнилых яблок. Пиво мутнеет, в некоторых случаях образуется осадок.

Молочнокислые бактерии :Молочнокислые бактерии являются одним из наиболее опасных посторонних микроорганизмов в пивоварении. Они достаточно хорошо приспособлены к условиям пивоварения вследствие устойчивости к антисептическому действию хмеля, низким значениям рН, высокому содержанию спирта, низким температурам, и развиваются на всех стадиях пивоваренного производства Молочнокислые бактерии, инфицирующие сусло и пиво, принадлежат к двум родам: р. Pediococcus и р.Lactobacillus

Вызывают помутнения пива. Помутнение чаще всего сопровождается повышением кислотности пива и при сильном инфицировании его прокисанием.

Уксуснокислые бактерии -представляют важную для пивоварения группу посторонних микроорганизмов, т.к при сильном инфицировании они полностью портят вкус и аромат пива. Уксуснокислые бактерии принадлежат к двум родам: р. Gluconobacter и р. Acetobacter. Бактерии р. Acetobacter окисляют этанол в уксснуую кислоту, а ксуснуую кислоту окисляют далее до СО2 и Н 2 О.

Придают кислый вкус и неприятный запах. Иногда изменяет аромат пива, не подкисляя его. Пиво мутнеет, при доступе кислорода на поверхности пива может появится плёнка.

Бактерии показатели санитарного состояния производства:

Присуствиие миккроорганизмов этой группы свидительствует о недостаточной гигиене производства..

Бактерии группы кишечной палочки.

При незначительном инфицировнии не оказывает существенного влияния на вкус, аромат и биологическую стойкость пива. При значительном инфцировании пиво приобретает вкус и аромат сельдерея, пастернака, иногда фруктовый привкус и запах вареной капусты.

В процессе производства пива помимо культурных дрожжей могут развиваться и посторонние виды дрожжей, так называемые дикие дрожжи. SACCHAROMYCES PASTORIANUS - ПОМУТНЕНИЕ, ГОРЬКИЙ ПРИВКУС, НЕПРИЯТНЫЙ ЗАПАХ, SACCHAROMYCES ELLIPSOIDEUS - ПОМУТНЕНИЕ, ПОРЧА ВКУСА, CANDIDA - ПЛЕНКА, НЕРПИЯТНЫЙ ВКУС И ЗАПАХ.

ПЛЕСНЕВЫЕ ГРИБЫ : ASPERGILLUS, PENICILLIUM, OIDIUM PHIZOPUS - ПЛЕСНЕВЕНИЕ, ПОРЧА ЯЧМЕНЯ И СОЛОДА.11. Первичное виноделие, его стадии. Микробиологические процессы в виноделии.

В мире насчитывается огромное количество видов и марок вина. Их вкус, цвет, качество зависят от происхождения, сорта винограда, микроклимата, технологии производства, года сбора урожая.

Первичное виноделие Получение виноградного сока и его сульфитация

Получение дрожжевой разводки Брожение

Сначала виноград идет на дробилку-гребнеотделитель, где ягоды давят и отделяют гребни. Во время этой операции не должны быть повреждены семена винограда — в этом случае у вина может появиться слишком терпкий неприятный вкус. Раздавленный виноград помещается в чаны, где в него вводят специальные вещества, которые убивают бактерии-сульфитация(внесение сульфитов).Они убивают микробов, которые могут привести к скисанию вина, являясь безопасным антисептиком.

После гребнеотделения и получения сусла (отжатый виноградный сок) происходит самопроизвольное нагревание полученной массы, приводящее к постепенному исчезновению сладкого вкуса. Этот процесс носит название алкогольной ферментации или брожения, благодаря которому виноградный сок превращается в вино. В сусле развивается - дрожжи, которые питаются сахаром и превращают его в спирт и углекислый газ. Затем происходит брожение. Виноградное вино может быть получено только в результате спиртового.Брожение — сложный химический процесс, который вызывают дрожжи, обладающие способностью разлагать сахар на спирт и углекислый газ с выделением теплоты. Спиртовое брожение является основой основ виноделия. При температуре +12 — +14С. и выше, на поверхности сусла появляются пузырьки углекислого газа — это признак начавшегося брожения. Через день-два брожение становится бурным. На поверхности образуется масса пены. Постепенно, спустя две-три недели, брожение затихает и, наконец, совсем приостанавливается. Вместо сладкого сока получается жидкость, лишенная сахара, но обогащенная спиртом. Это уже вино. Брожение длится 9—15 дней, иногда до трех недель. Процесс брожения протекает: для белых вин при температуре 20 - 22 градуса; для красных вин 28 - 30. Температура брожения обязательно контролируется для того, чтобы не погибли дрожжи.

Вторичное виноделие Эгализация (доработка) Охлаждениефильтрация, термообработка Переливка Оклейка

12. Вторичное виноделие, его стадии.

В мире насчитывается огромное количество видов и марок вина. Их вкус, цвет, качество зависят от происхождения, сорта винограда, микроклимата, технологии производства, года сбора урожая.

Выделяют первичное и вторичное виноделие.

Первичное виноделие Получение виноградного сока и его сульфитация

Получение дрожжевой разводки Брожение

Вторичное виноделие Эгализация (доработка) Охлаждение,фильтрация, термообработка Переливка Оклейка

После завершения процесса брожения вино сливается. Это вино из самотека, которое считается лучшим. Отжимая гущу, получают прессованное вино, которое либо используют при производстве столовых вин, либо добавляют его в вино из самотека. Эти вина помещают в отдельные емкости для завершения ферментации.

Молодое вино, полученное по завершении ферментации, мутное и насыщенное газами. Оно требует дальнейшей работы, которая начинается с осветления вина, цель которого состоит в придании вину прозрачности. Она может достигаться тремя путями: оклейка или добавление в вино взбитого белка, желатина, бентонита (глины). Осаждаясь, эти субстанции обволакивают все взвешенные частицы и вино становится прозрачным. Затем сцеживают вино. Фильтрация и центрифугирование, которая позволяет избежать попадания в вино самых мельчайших частиц. Однако добиться прозрачности вина не достаточно. Необходимо обеспечить его стабильность, так как вследствие различных химических процессов в вине могут развиваться бактерии. В роли стабилизатора выступает сера.После завершения процесса ферментации, оклейки и стабилизации вина начинается процесс его выдержки. Вино выдерживают в специальных емкостях: деревянных бочках или металлических цистернах. Вина молодые, не предназначенные в будущем для длительного хранения выдерживаются от нескольких недель до 3 месяцев.

13. Способы ферментации, сырье и микроорганизмы, используемые в производстве органических кислот.

Микробиологические процессы получения органических кислот: Фаза 1 – максимальное накопление биомассы и потребления субстрата (сбалансированный рост)

Фаза 2 – прекращение прироста биомассы и интенсивное кислотообразование

Микроорганизмы- продуценты органических кислот: бактерий(Lactobacilllus,Acetobacter Gluconobacter,Propionibacterium, Pseudomonas, Corynebacterium, Brevibacterium);дрожжи(Candida,Pichia ); мицелиальные грибы(Aspergillus, Penicillium,

Rhizopus).Способы ферментаций органических кислот: Поверхностный(жидкофазный, твердофазный); Глубинный(периодический, непрерывный,иммобилизованные ферменты и клетки).

Лимонная кислота:продуценты:мицелиальные грибы: Aspergillus niger, Aspergillus wentii, Trichoderma viride ;Дрожжевые грибы:сandida;бактерии: Corynebacterium, Arthrobacterium, Brevibacterium.Способы культивирования продуцентов лимонной кислот:поверхностное культивирование грибов;глубинноекультивирование;твердофазная ферментация;

Глубинное культивирование осуществляется:отъемно-доливным инепрерывным способами.

Лимонную кислоту получают из мелассы микробиологическим синтезом, применяя в основном микроскопические грибы Aspergillus niger, выращиваемые поверхностным или глубинным способом.

Существует несколько способов промышленного производства лимонной кислоты. Первоначально был разработан вариант процесса,основывающийся на поверхностной ферментаций,позднеена глубинном культивирований.

Поверхностный способ ферментации:

Основная ферментация осуществляется в специальных камерах, в которых на стеллажах расположены кюветы. Перед началом ферментации камеры и кюветы тщательно моют и стерилизуют. После стерилизации и охлаждения камер в кюветы наливают питательную среду и с помощью специального устройства в питательную среду вносят посевной материал – конидии гриба A.niger.Процесс ферментации прекращают, когда в растворе остается 1 – 2% сахаров, а содержание кислот в культуральной жидкости достигает 12 – 20%.Культуральную жидкость сливают из кювет в сборник, откуда ее подают в химический цех для выделения лимонной кислоты. На современных заводах принято глубинное культивирование гриба, характеризующее более высокой продуктивностью, чем первый процесс. Процесс получения лимонной кислоты при глубинном культивировании гриба A.niger проводят в ферментаторах. В качестве посевного материала используют подросший мицелий.

В качестве сырья для глубинной ферментации лимонной кислоты может быть использован широкий набор природных субстратов: меласса, глюкоза, сахароза и другие источники углерода.Получение уксусной кислоты.

Продуценты уксусной кислоты: анаэробные бактерии: Clostridium thermoaceticum, Cl.formicoaceticum, Cl.magnum, Cl.aceticum Acetoanaerobacter woodii, A.noteral, сульфатредуцирующие бактерии: Desulfotomaculum orientis, Desulfovibrio baarsii.В настоящее время процесс реализуют как поверхностным, так и глубинным способом. Поверхностный режим протекает в струйных генераторах, наполненных дре-

весной стружкой. Исходный питательный раствор с бактериями распыляют по поверхности стружек, и он стекает, собираясь в нижней части аппарата. После этого жидкость собирают и вновь закачивают в верхнюю часть аппарата. Процедуру повторяют 3–4 раза, в результате в течение 3-х дней до 90 % спирта трансформируется в ацетат. Этот старый способ протекает в генераторах Фрингса с автоматическим поддержанием температуры и принудительной подачей воздуха. Современные промышленные процессы получения уксуса реализуют в глубинной культуре в специальных аэрационных аппаратах с термостабилизацией и механической системой пеногашения.

14. Поверхностный, поверхностно-циркуляционный и глубинныйспособы получения уксуса.

Продуценты уксусной кислоты: анаэробные бактерии: Clostridium thermoaceticum, Cl.formicoaceticum, Cl.magnum, Cl.aceticum Acetoanaerobacter woodii, A.noteral, сульфатредуцирующие бактерии: Desulfotomaculum orientis, Desulfovibrio baarsii.Свойства уксусноксилых бактерий:ацидофилы, строгие аэробы,способность неполному окислению,окисляют спирты в кислоты.

Производство уксуса ведется как поверхностным, так и глубинным путем.

Поверхностное культивирование осуществляют в струйных генераторах, наполненных деревянной стружкой. Исходный питательный раствор с бактериями распыляют по поверхности стружек, и он стекает, собираясь в нижней части аппарата. После этого жидкость собирают и вновь закачивают в верхнюю часть аппарата. Итак несколько раз.В рез-те до 90 % спирта трансформируется в ацетат. Этот старый способ протекает в генераторах Фрингса с автоматическим поддержанием температуры и принудительной подачей воздуха. Когда остается 0,3% этанола,то содержимое удаляют и вносят в 2-3 стадий новое сусло. Время ферментация от 4 до 10 дней.

Глубинное культивирование. Аэрационный аппарат состоит из засасывающего ротора, воздух попадает через трубку с верху ферментера. Теплообменники контролируют температуру,а механические антивспениватели удаляют пену. Двустадийный глубинный полупроточный процесс:В первом ферментере происходит размножение бактерий. Часть содержимого из первого ферментера перекачивается во второй, где завершается ферментация. В первый ферментер добавляют свежее сусло, а содержимое второго полностью выливается. Поэтому первый ферментер работает как полупроточный, а второй — как периодический. Выход уксусной кислоты 18,5%.

Проточное культивирование:

Этот способ культивирования осуществляется в ферментерах,состоящие из пяти соединенных аппаратах. В первый непрерывно подается среда с общей концентрацией спирта и уксуса. В этом аппарате размножается культура последовательно передается в другие аппараты.Культуральная жидкость из аппарата в аппарат передается воздухом. В каждом аппарате поддерживается постоянная температура и условия аэраций.

При циркуляционном способе сусло опять после первого прохода через генератор возвращается несколько раз до тех пор, пока не будет окислен весь спирт. При этом способе сусло состоит из смеси воды, спирта и питательных веществ без добавления уксуса. Количество питательных веществ увеличивается в два раза по сравнению с непрерывным способом.Процесс окисления длится 5-6 сут. После окончания окисления спирта весь уксус выкачивается из генератора, а в генератор задается свежее сусло. При циркуляционном способе генератор не связан с атмосферой, так как воздух нагнетается компрессором. Это улучшает санитарные условия и уменьшает потери уксуса на испарение. Выход уксуса увеличивается до 85-90 кг из 100 л спирта.

приготовление сусла уксуснокислое брожение осветление уксуса отстаивание фильтрация выдержка розлив уксуса

15. Продуценты лимонной кислоты. Технологические критерии и направления селекции производственных штаммов.

В зависимости от химической природы окисляемого субстрата (свекловичная, тростниковая, цитрусовая или финиковая меласса, сок сахарного тростника, гидрол, гидролизаты крахмала, багасса, сахароза, глюкоза, парафины и много других субстратов) в качестве продуцентов лимонной кислоты в более или менее широких масштабах используют микромицеты, принадлежащие к родам Aspergillus, Penicillium, Trichoderma и Botrytis, дрожжевые грибы родов Candida, Delaromyces и Torulopsis, а также бактерии родов Arthrobacterium, Pseudomonas и Micrococcus. В настоящее время основными продуцентами лимонной кислоты являются различные штаммы гриба Aspergillus niger, которые отличаются большой скоростью роста, легкостью культивирования и высоким выходом лимонной кислоты по отношению к массе окисляемого углевода. Они устойчивы к внешним воздействиям и имеют обильное конидиеношение. Споры грибов для получения лимонной кислоты хранят только в сухом виде.

Штаммы для производства лимонной кислоты должны отвечать следующим основным требованиям: Высокая скорость кислотообразования;Высокая степень трансформации источника углерода в лимонную кислоту;Генетическая однородность и стабильность;

Толерантность к изменениям температуры среды, контаминантам процесса, высоким концентрациям углеводов.

Выход лимонной кислоты зависит от относительных затрат сахара на образование лимонной кислоты, побочных кислот, синтез биомассы гриба и дыхание, а также от полноты ассимиляции сахара.Чем меньше остается сахара в культуральной жидкости в конце процесса ферментации и чем больше его идет на образование лимонной кислоты, при уменьшении других затрат, тем выше продуктивность штамма.

С производственной точки зрения A. niger и другие мицелиальные грибы имеют существенные недостатки: медленно растут, вследствие чего процесс накопления необходимого количества биомассы продолжителен; большая вязкость культуральной жидкости, переходящая в неньютоновскую область, затрудняет массообмен, в частности снабжение гриба кислородом воздуха, увеличивает расход энергии на перемешивание. Перспективным является поиск и селекция немицелиальных микроорганизмов — дрожжей, бактерий, которые не имеют отмеченных недостатков.

На сегодняшний день путем селекций и генетики были получены новые штаммы Asp. niger, обладающего более высокой продуктивностью по образованию лимонной кислоты при ферментации глубинным способом питательных сред, в которых источником углерода является сахароза или смесь сахаров с содержанием глюкозы от 15 до 75%.

Одним из таких штаммов полученных путем селекций является штамм с коллекционным номером ВКПМF-681.

Исходным объектом для получения нового штамма путем селекции служил черно-окрашенный вариант Asp. niger.

Для получения нового высокопродуктивного штамма Asp. niger осуществили ступенчатую селекцию, состоящую из пяти этапов. Для индуцирования и селекции мутантов исходные культуры подвергали воздействию ультрафиолетовых лучей. Основанием для селекции активных мутантов и спонтанных вариантов служили результаты ферментации сахарозо-минеральных сред и питательных растворов; одновременно исследовали устойчивость морфолого-культуральных свойств у селекционированных штаммов.

16. Способы культивирования продуцентов лимонной кислоты. Направления совершенствования технологии получения лимонной кислоты.

Производство лимонной кислоты основано на культивировании микроскопических грибов Aspergillus niger, а также A.wentil, которые сбраживают сахара питательной среды, образуя лимонную кислоту.

Лимонную кислоту получают из мелассы микробиологическим синтезом, применяя в основном микроскопические грибы Aspergillus niger, выращиваемые поверхностным или глубинным способом. Существует несколько способов промышленного производства лимонной кислоты. Первоначально был разработан вариант процесса,основывающийся на поверхностной ферментаций,позднее-на глубинном культивирований.

Поверхностный способ ферментации:

Основная ферментация осуществляется в специальных камерах, в которых на стеллажах расположены кюветы. Перед началом ферментации камеры и кюветы тщательно моют и стерилизуют. После стерилизации и охлаждения камер в кюветы наливают питательную среду и с помощью специального устройства в питательную среду вносят посевной материал – конидии гриба A.niger.Температуру в период активного роста мицелия гриба поддерживают в предела 34 – 36 С при умеренной аэрации. Процесс ферментации прекращают, когда в растворе остается 1 – 2% сахаров, а содержание кислот в культуральной жидкости достигает 12 – 20%.Культуральную жидкость сливают из кювет в сборник, откуда ее подают в химический цех для выделения лимонной кислоты. Содержание лимонной кислоты в культуральной жидкости составляет 12 – 20%.

На современных заводах принято глубинное культивирование гриба, характеризующее более высокой продуктивностью, чем первый процесс. Процесс получения лимонной кислоты при глубинном культивировании гриба A.niger проводят в ферментаторах. В качестве посевного материала используют подросший мицелий.

В качестве сырья для глубинной ферментации лимонной кислоты может быть использован широкий набор природных субстратов: меласса, глюкоза, сахароза, жидкие парафины и другие источники углерода.В посевной аппарат, заполненный питательной средой, засевают суспензию конидий. Культуру выращивают при 34 – 35 С при постоянном перемешивании и аэрации. В процессе культивирования строго контролируют режим подачи воздуха в ферментатор. Процесс подращивания мицелия заканчивают через 30—36 ч, когда содержание кислот в культуральной жидкости достигает 1—2%. Подросший мицелий передают для засева питательной среды в производственный ферментатор.

Конец процесса определяют по общей кислотности и концентрации сахаров.В конце ферментаций массу мицелия отделяют путем фильтрования и промывают.Затем в виде кальциевой соли осаждают щавелевую кислоту, а из маточного раствора выделяют лимонную кислоту в форме соли.Свободную кислоту выделяют из промытых криссталов соли после их обработки сульфатом кальция.Высокоочищенные препараты лимонной кислоты получают после очистки методом ионообменной хроматографий. Выход продукта составляет 85%.

Совершенствование производства лимонной кислоты идет по различным направлениям :

-Высокая скорость кислотообразования;Высокая степень трансформации источника углерода в лимонную кислоту;Генетическая однородность и стабильность;

-олерантность к изменениям температуры среды, контаминантам процесса, высоким концентрациям углеводов.

Совершенствование технологии получения лимонной кислоты отъемно-доливном методом:оптимизация углеводного и минерального питания ;использование концентрированных питательных сред В данной технологии требуется особая подготовка посевного материала.

Совершенствование технологии получения лимонной кислоты глубинным способом:

-повышение стабильности, кратности использования клеток продуцента потем его иммобилизации на различных носителях (альгинаты кальция и натрия, целлюлозные пористые волокна, полиуретановые шарики-культивирование в условиях дустадийного хемостата (батарея из двух и более аппаратов)

17. Микробиологическая и биохимическая основа биотехнологий производства молочной кислоты. Способы получения. Области применения.

В 1847 году С.Блондо в результате биохимических анализов показал, что молочная кислота получается в результате реакции брожения, а позже Л.Пастер доказал, что брожение не химический процесс, а его вызывают определенные группы микроорганизмов.

Молочная кислота синтезируется химическим и микробиологическим способами.

Для промышленного получения лактата микробиологическим синтезом используют гомоферментатифные молочнокислые бактерии (Streptococcus spp., Lactobacillus spp.) одного вида или их сочетание. Микроорганизмы характеризуются способностью расщеплять глюкозу по гликолитическому пути с образованием монопродукта-лактата. C6H12O6 CH3-CO-COOH2CH2-CHOH-COOH.

В качестве субстрата используются сложные углеводсодержащие соединения (крахмал, кукурузный экстракт. Сыворотка молока, меласса), содержащие необходимые аминокислоты (аргинин, цистеин, глутаминовая кислота, лейцин, фенилаланин, триптофан, тирозин, валин) и витамины (рибофлавин, тиамин, никотиновая кислота, фолиевая кислота), источники азота и фосфора.Применяется глубинная периодическая ферментация в течение 6-7 суток. По окончании процесса бактериальная масса отделяется, из культуральной жидкости осаждается и очищается лактат.

При гомоферментативном сбраживании глюкоза расщепляется до молочной кислоты: C6H12O62CH3-CO-COOH2CH2-CHOH-COOH.

Брожение протекает по гликолитическому пути, со сбраживанием глюкозы по фруктозобифосфатному пути до пирувата с последующим образованием молочной кислоты под действием фермента лактатдегидрогеназы.

При гетероферментативном сбраживании глюкоза расщепляется до молочной кислоты, этанола или ацетата, углекислого газа: C6H12O6CH3 –CHOH+ CH3 - CH2OH+СО2. Брожение протекает по пентозофосфатному пути до образования рибулозо-5-фосфата.

Используется как консервант, пищевая добавка E270. Применяется молочная кислота в консервной, мясоперерабатывающей, рыбной, молокоперерабатывающей, масложировой и других отраслях пищевой промышленности. Молочнокислые микроорганизмы скрашивают овощи и фрукты, происходит накопление молочной, уксусной кислот, этанола, ингибирующие размножение гнилостных и маслянокислых бактерий, образуются ароматические соединения, улучшающие вкусовые качества продукта. Также находит применение в сельском хозяйстве для приготовления и консервирования кормов; в ветеринарии как препарат, обладающий антисептическим и противобродильным действием.

В низких концентрациях она применяется в качестве буферной субстанции при производстве косметических и фармацевтических препаратов для достижения кислотного значения pH.

18. Микробиологическая и биохимическая основа биотехнологий производства глюконовой кислоты. Способы получения. Области применения.

ГЛЮКОНОВАЯ КИСЛОТА, СН2ОН(СНОН)4

СООН, одноосновная карбоновая кислота; твердое вещество, температурa плавления 132°С, температурa кипения 125°—126°С, хорошо растворима в воде, плохо в спирте. В природе обычно встречается D-Г. к. Образуется в винограде, пораженном гнилью, вследствие окисления альдегидной группы глюкозы под действием глюкозооксидазы, выделяемой плесневыми грибами Botrytis cinerea, Penicillium niger и др. Содержание глюконовой кислоты в инфицированном винограде (соке) — до 2 г/дм3, в вине — 2,5 г/дм3; при глубоком поражении винограда серой гнилью в винах может накапливаться до 10г/дм3. Глюконовая кислота химически и биологически устойчива. В процессе брожения дрожжами не сбраживается и почти полностью переходит в вино. Фосфорные производные глюконовой кислоты  — промежуточные продукты пентозофосфатного цикла. Биохимическая основа: альдоновая кислота (C6H12O7), образующаяся при окислении альдегидной группы глюкозы; Микробиологическая основа: Образуют многие аспергиллы и пенициллы; Технология получения: чаще всего получают, используя грибы родов Penicillium и Aspergillus. ; Область применения: Применяется в фармацевтической промышленности как наполнитель для таблеток. Глюконовой кислота встречается в природе в фруктах, мед, чайные чай, и вино. Как пищевая добавка (E574), то регулятор кислотности. Он также используется в моющих средств, Кальция глюконат, в виде геля, применяется для лечения ожогов плавиковой кислоты. В соединении с ионом кальция глюконовая кислота образует глюконат кальция, и его в виде таблеток дают больным, чтобы они получали достаточно кальция. Если же в организме не хватает железа, то можно принимать соединение глюконовой кислоты с железом - глюконат железа

19. Химико-энзиматический способ получения аминокислот. Получение оптических изомеров аминокислот путем использования ацилаз микроорганизмов. Преимущества и недостатки способа.

При получении ряда аминокислот химико-ферментативными способами используют энзимы, принадлежащие к разным классам. Источником ферментов для большинства процессов служат энзимы микроорганизмов- как индивидуальные, так и их природные смеси, содержащиеся в интактных ( не растущих), высушенных и лизированных клетках, клеточных экстрактах, препаратах иммобилизованных клеток и ферментов. Применение ферментов в производстве аминокислот обеспечивает стереоспецифичность процессов их синтеза, что выгодно отличает биотехнологичекие производства от химических. Природные аминокислоты являются оптически активными L - и D - формами, которые трудно разделить. Разделение смеси L- и D-аминокислот (рацемической смеси) на составляющие ее изомеры стало первым процессом в мире, осуществленным с помощью иммобилизованных ферментов на промышленном уровне. Этот процесс был реализован в Японии компанией «Танабе Сейяку» в 1969 г. Данный процесс проводится компанией с применением фермента—аминоацилазы. В качестве исходного вещества используются ацилированные L- и D-аминокислоты, полученные с помощью обычного химического синтеза, и их подвергают воздействию аминоацилазы. Фермент гидролизует только ацил-L-изомер, отщепляя от него объемную ацильную группу и тем самым резко увеличивая растворимость образующейся L-аминокислоты по сравнению с присутствующим в реакционной системе ацил-D-изомером. После этого вещества легко отделяются друг от друга с помощью известных физико-химических приемов, продуктом является чистая L-аминокислота. Остающаяся ацил-D-аминокислота при нагревании рацемизуется, т. е. переходит опять в смесь ацилированных L- и D-аминокислот, и процесс повторяют сначала. Для аминоацилазы не имеет значения, какую аминокислоту ей гидролизовать, важно лишь строение ацильной части, к которой фермент имеет строгую специфичность. Химико- энзиматический способ в сравнении с микробиологическим более специфичен, не требует процедуры очистки аминокислот от побочных продуктов и сточных потоков. Однако по стоимости сырья и ферментативных препаратов он еще уступает микробиологическому способу.

20. Микробиологический способ получения аминокислот. Преимущества и недостатки. Пути интенсификации процесса путем оптимизации условий культивирования.

Микробиологический метод получения аминокислот, наиболее распространенный в настоящее время, основан на способности микроорганизмов синтезировать все L-аминокислоты, а в определенных условиях – обеспечивать их сверхсинтез. Мутированные микроорганизмы с нарушенным азотным обменом выделяют в раствор большое количество какой-либо одной аминокислоты. После окончания процесса ферментации аминокислоту выделяют из раствора химическими методами. Характерная особенность процессов получения аминокислот микробиологичским способом- полное использование побочных продуктов, что превращает большинство из них в безотходные и экологически чистые технологии. Н-р, осадок микроорганизмов- продуцентов и промывные воды, содержащие ценные ингредиенты (белки, остатки аминокислот, витаминов, минеральных солей, микроэлементов) высушивают и используют в качестве кормовых препаратов. Более 60% всех прозводимых в настоящее время промышленностью аминокислот получают именно микробиологическим способом. Путем микробиологической ферментации получают основное количество глутаминовой кислоты и весь лизин. У этого процесса свои преимущества и свои недостатки. С одной стороны, в нем мало стадий и требуется относительно простая и универсальная аппаратура. С другой стороны, живые микроорганизмы, с которыми приходится работать, очень чувствительны к малейшему изменению условий, а концентрация целевого продукта получается низкой. Перспективные штаммы продуцентов постоянно улучшают посредством селекции мутантов с измененной генетической программой и регуляторными свойствами. Распространенные объекты селекции продуцентов- микроорганизмы, относящиеся к родам Brevibacterium, Micrococcus, Corynebacterium, Artrobacter. Важный фактор, обеспечивающий в культуральной среде высокие концентрации аминокислоты, синтезерованной внутри клетки,- проницаемость клеточных мембран. Проницаемость кл. мембраны увеличивают либо с помощью мутаций, либо путем изменения состава питательной среды. Для успешного развития микроорганизмы нуждаются в стимуляторах роста, в качестве которых выступают экстракты кукурузы, дрожжей и солодовых ростков, гидролизаты отрубей и дрожжей, витамины группы В. На процесс биосинтеза аминокислот существенное влияние оказывает снабжение воздухом, при этом степень аэрации индивидуальна для производства каждой аминокислоты. Максимальная продукция аминокислоты наступает, как правило, когда

прирост биомассы практически прекращается. Поэтому питательная среда на первом этапе ферментации должна обеспечивать сбалансированный рост клеток; а на втором – условия для сверхсинтеза целевой аминокислоты. В качестве источника углерода и энергии используют богатые сахаросодержащие субстраты, главным образом, мелассу.

21. Микробиологический синтез витаминов и конструирование штаммов-продуцентов методами генетической инженерии.

Витамины входят в состав каталитических центров ферментов. Основными источниками витаминов для человека и животных являются продукты растительного и микробного происхождения. При их недостатке возникают авитаминозы, сопровождаемые общей слабостью организма, ослаблением иммунитета, нарушениями воспроизводительной функции и др. Витамины в организм животного поступают с пищей, а также вырабатываются микрофлорой пищеварительного тракта. Важную роль в повышении ценности кормов играют витаминные препараты, получаемые путем микробиологического синтеза. Наибольшее распространение получил синтез витаминов В2 (рибофлавина) и В12 (цианакобаламина). Рибофлавин синтезируется штаммами дрожжей Eremothecium ashbyii, бактериями Bacillus subtilis. Дрожжи культивируются на зерновой барде, молочной сыворотке и на синтетической среде, бактерии – на мелассе и биомассе кормовых дрожжей. Цианакобаламин синтезируют бациллы Bac.мegaterimm, Propionobac freudenreichii актиномицеты Act.griseus,Act.olivaceus, Act.aureefaciens. Их культивируют глубинным способом на полусинтетических средах, в состав которых включают соединения кобальта. Для промышленного получения витамина успешно используются пропионовокислые бактерии. С этой целью применяется метод метанового брожения с участием метанобразующих бактерий. Генетическая инженерия имеет огромное прикладное значение. Получены не существующие в природе штаммы микроорганизмов – продуцентов ценных для человека белков и пептидов. Промышленный штамм в идеале должен удовлетворять следующим основным требованиям: Стабильность структурно-морфологических признаков и физиологической активности при длительном хранении и производственных условиях; Обладать высокой скоростью роста и биосинтеза ЦП в лабораторных и производственных условиях; Обладать высокой продуктивностью ЦП при экономичном потреблении питательного субстрата; Расти на дешевых и доступных субстратах, Устойчивость к фагам и другой посторонней микрофлоре, устойчивость к сопутствующим соединениям (примесям) в сырье, которое часто является отходами других производств. Быть безвредным (не обладать патогенными свойствами) для потребителя, производственного персонала и для окружающей среды.

22. Возможности использования микроорганизмов для промышленного получения витамина В12.

Витаминами B12 называют группу кобальтсодержащих биологически активных веществ, называемых кобаламинами. В12: участвует в процессах синтеза метионина;

участвует в процессах синтеза нуклеиновых кислот; является важным фактором нормального роста, кроветворения и развития эпителиальных клеток; необходим для метаболизма фолиевой кислоты и синтеза миелина; Первоначально витамин В12 получали из природного сырья, но из 1т печени можно было выделить всего лишь 15 мг витамина. Единственный способ его получения в настоящее время- микробиологический синтез. Продуцетами витамина В12 при его промышленном получении служат актиномицеты, метанообразующие и фотосинтезирующие бактерии, одноклеточные водоросли.Активно продуцируют витамин В12 представители рода Propionibacterium. Природные штаммы пропионовокислых бактерий образуют 1,0-8,5 мг/л корриноидов, но получен мутант Р. Shermanii М-82, с помощью которого получают до 58 мг/л витамина.

Высокой кобаламинсинтезирующей активностью обладают метаногенные бактерии, например Methanosarcina barkeri, M. Vacuolata и отдельные штаммы галофильного вида Methanococcus halophilus.Последний организм синтезирует более 16 мг корриноидов на грамм биомассы. В 12 синтезируют строго анаэробные бактерии из рода клостридий. В значительных количествах образуют витамин B12 ацетогенные клостридий Cl. thermoaceticum, Cl. formicoaceticum и Acetobacter woodi, синтезирующие ацетат из СО2. Выделен штамм Klebsiella 101, образующий большое количество корриноидов в клетках только при росте на среде с метанолом как единственном источнике углерода и энергии. Известны активные продуценты витамина B12 у псевдомонад, среди которых лучше других изучен штамм Pseudomonas denitrificans MB-2436 – мутант, дающий на оптимизированной среде до 59 мг/л корриноидов.

Для получения высокоочищенных препаратов витамина В12 пропионовокислые бактерий культивируют периодическим способом на средах,содержащих глюкозу,казеиновый гидролизат,витамины,неорганические соли,кукурузный экстракт. Добавление в среду предшественника 5,6-диметилбензимидазола(способствует переводу неактивных форм в природный продукт) по окончаний первой ростовой фазы стимулирует быстрый синтез витамина с выходом 5,6-8,7 мг/л.Т.е. без искусственного введения 5,6-ДМБ бактерии синтезируют фактор В и псевдовитамин B12 (азотистым основанием служит аденин), не имеющие клинического значения. Ферментацию заканчивают через 72 ч. Путем селекций,оптимизаций состава среды и условий культивирования выход витамина В12 в промышленных условиях был значительно повышен. Витамин B12 сохраняется в клетках бактерий. Поэтому после окончания брожения биомассу сепарируют и экстрагируют из нее витамин водой с добавлением стабилизаторов. Водный раствор витамина B12 охлаждают и фильтруют через фильтр-пресс. Далее проводят дополнительную очистку водного раствора витамина органическими растворителями. Из культуральной жидкости В12 выделяют экстракцией органическими растворителями. Выпадающие кристаллы витамина отфильтровывают,промывают и сушат в вакуум-эксикаторе.

23. Производство витамина В2 методами биотехнологии.

До 30-х годов прошлого столетия рибофлавин выделяли из природного сырья. В наибольшей концентрации он присутствует в моркови и печени трески. Из 1 т моркови можно изолировать лишь 1 г рибофлавина, а из 1 т печени — 6 г. В 1935 г. обнаружен активный продуцент рибофлавина — гриб Eremothecium ashbyii, способный при выращивании на 1 т питательной смеси синтезировать 25 кг витамина В2. Сверхсинтеза рибофлавина добиваются действием на дикие штаммы мутагенов, нарушающих механизм ретроингибирования синтеза витамина В2, флавиновыми нуклеотидами, а также изменением состава культуральной среды. Отбор мутантов ведут по устойчивости к аналогу витамина В2 — розеофлавину.

В состав среды для роста продуцентов витамина В2 входят сложные органические вещества — соевая мука, кукурузный экстракт, сахароза, карбонат кальция, хлорид натрия, гидрофосфат калия, витамины, технический жир. Грибы весьма чувствительны к изменению состава среды и подвержены инфицированию. Перед подачей в ферментер среду подвергают стерилизации, добавляя к ней антибиотики и антисептики. Подготавливают жидкую питательную среду и посевной материал культуры дрожжей в разных емкостях — ферментере и посевном аппарате.

В качестве посевного материала используют споры Е. ashbyii, выращенные на пшене (7 —8 дней при 29 — 30 °С). После стерилизации жидкий посевной материал подается в ферментер. Процесс ферментации грибов для получения кормового рибофлавина длится 3 суток при температуре 28 — 30 °С. Концентрация рибофлавина в культуральной жидкости может достигать 1,4 мг/мл. По завершении процесса ферментации культуральную жидкость концентрируют в вакууме, высушивают на распылительной сушилке (влажность 5— 10%) и смешивают с наполнителями.

24. Использование микроорганизмов в производстве витаминов В3, РР.

Продуценты витамина РР. Штамм соматических структур макроскопического гриба Agaricus bisporus является продуцентом витамина PP. При культивировании штамма на твердых и жидких питательных средах продуцент накапливает биомассу до 27,3г/л, витамины C, PP, и группы B. На основе штамма готовят кормовую добавку для сельскохозяйственных животных и птиц. Так же у витамина PP-никотиновая кислота, NAD микроорганизмами-продуцентами являются: Saccharomyces carlsbergensis, Brevibacterium ammoniagenes. Их продуктивность 750мг/л NAD, 6 г/л NAD. Предшественник 3-метил-пиридин. Продуцентами витамина PP(B3) являются: E.coli Brevibacterium ammoniagenes. Продуктивность 130мг/л KoA, 2.5г/л KoA. Обычно культивируют на питательных крахмальных средах. С использованием микроорганизмов получают витамин В5(продуценты- Propionibacterium shermanii, Pseudomonas denitrificam или метаногенные бактерии) E.coli, Actinomyces, Brevibacterium ammoniagenes.

25. Применение биотехнологических процедур в производстве витамина Д.

Впервые кальциферол (Витамин Д) был выделен из рыбьего жира в 1936 г. А. Виндаусом и применен при лечении рахита.

В настоящее время кальциферол производят из эргостерина с применением УФ-облучения биотехнологическим методом.

Эргостерин производят микробиологическим синтезом при выращивании микроорганизмов на углеводах  и на углеводородном сырье. Эргостерин в значительных количествах содержится во многих микроорганизмах. Особенно богаты эргостерином клетки дрожжей всех видов и плесневые грибы. В сухой биомассе дрожжей содержится 5—10% эргостерина.

В промышленности эргостерин получают, используя дрожжи Saccharomyces cerevisiae, Saccharomyces carlsbergensis, а также мицелиальные грибы. Засев производят большим количеством инокулята. Культивирование ведут при высокой температуре и сильной аэрации в среде, содержащей большой избыток источников углерода по отношению к источникам азота.

На выход витамина D2 (и образование других соединений) оказывают влияние длительность облучения, температура, наличие примесей. Поэтому облучение эргостерина, используемого в качестве пищевых добавок, производят с большой осторожностью.

Для получения кристаллического витамина D2 дрожжи или мицелий грибов подвергают гидролизу раствором соляной кислоты при 110°С. Гидролизованную массу обрабатывают спиртом при 75-78°С и после охлаждения до 10-15°С фильтруют. Фильтрат упаривают до содержания в нем 50% сухих веществ и используют как концентрат витаминов группы В.

Витамин D2 получают из массы, оставшейся после фильтрации. Массу промывают, сушат, размельчают и дважды обрабатывают при 78°С трехкратным объемом спирта. Спиртовые экстракты сгущают до 70%-ого содержания сухих веществ. Таким образом получают липидный концентрат.

Его омыляют раствором NaOH, а стерины остаются в неомыленной фракции. Кристаллы эргостерина выпадают из раствора при 0°С. Очистку кристаллов проводят путем перекристаллизации, последовательным промыванием 69%-ым спиртом, смесью спирта и бензола (80:20) и повторной перекристаллизацией. Полученные кристаллы эргостерина сушат, растворяют в эфире, облучают, после чего эфир отгоняют, а раствор витамина концентрируют и кристаллизуют.

Для получения масляного концентрата раствор витамина после фильтрации разбавляют маслом до стандартного уровня. Обогащенные эргостерином, облученные ультрафиолетовым излучением дрожжи используют в животноводстве как кормовую добавку. Эргостерин – исходный продукт для получения некоторых стероидных гормонов, лечебных и пищевых препаратов. Количество производимого пока эргостерина недостаточно для нужд народного хозяйства и внедрение новых производственных мощностей.

26. Каротиноиды и их классификация. Схема биосинтеза. Среды для микроорганизмов-продуцентов и регуляция биосинтеза. Стимуляторы каротинообразования. -Каротин. Образование из -каротина витамина А.

Каротиноиды - группа природных пигментов. Они нерастворимы в воде, но растворяются в органических растворителях. Каротиноиды являются природными органическими пигментами, синтезируемыми бактериями, грибами, водорослями, высшими растениями и коралловыми полипами. Окрашены в жёлтый, оранжевый или красный цвета. Каротиноиды включают две группы структурно близких веществ: каротины и ксантофиллы. Биосинтез каротиноидов связан с общим путем образования полиизопреноидных соединений. Каротиноиды получают с помощью химического синтеза и путем выделения из природных источников – растений и микроорганизмов. Синтетические каротиноиды не обладают функциональными свойствами, относительно усвоения и лечебного эффекта, в отличие от натуральных, и наоборот, могут приводить к заболеваниям аллергией. «Микробиологические» каротиноиды, в том числе бета каротин, получают из клеток мицелиальных грибов, дрожжей, бактерий, актиномицетов и водорослей. Микроскопический гетероталичний гриб Blakeslea trispora является промышленным источником каротиноидов, в том числе источником бета каротина и ликопина. Во время биосинтеза каротина микроорганизмами, он накапливается в клетках продуцента. Собственные жиры гриба Blakeslea trispora составляют до 60% всей биомассы, что способствует растворению каротина при ферментации. Это соответственно повышает его доступность для усвоения. Исходным сырьем в производстве каротиноидов являются побочные, промежуточные продукты и отходы крахмало-паточного производства, мукомольной, консервной, масляной и мясомолочной промышленности. Поэтому, микробиологический синтез каротиноидов является единственным целесообразным путем промышленного синтеза данных пигментов. Дрожжи выращивали в жидкой среде (г/л): глюкоза – 110; пептон – 10; дрожжевой экстракт -5; KH2PO4- 0.2; KH2PO4 – 0.08; MgSO4 – 0.2, (NH4)2SO4 – 0.4; NaCl – 0.04; CaCl2 – 0.02. Ферментеры засевают двухсуточной культурой дрожжей и выращивают при температуре 17°С. Бета каротин был выделен в 1936 году в виде химически чистого соединения из гриба Phycomyces blakesleeanus. Через 14 лет в трех независимых исследованиях было совершено химический синтез. Сверхсинтетиками каротина в настоящее время являются гетероталичные грибы Blakeslea trispora и Chonephoraceae cucurbitarum. -каротин - жёлто-оранжевый растительный пигмент. Он служит предшественником  витамина А (ретинол). В пищевой промышленности его широко используют в качестве натурального красителя (пищевая добавка е160а) и, благодаря антиоксидантной и провитаминной активности, его применяют при производстве продукции лечебно-профилактического назначения. Готовый витамин А  называют в зависимости от химической структуры ретинолом, ретиналом или ретиноидом. Муур в своих исследованиях показал, что при введении в А-авитаминозную диету каротина в печени подопытных крыс откладывается витамин А. Т.о. была установлена ген-ая связь м/у витамином А и каротином, т.е. было показано, что каротин яв-ся провитамином А. витамин А встречается только в продуктах жив проис-ия и источником его яв-ся каротин, поступающий в организм с раст-ой пищей. Каротин. Подвергаясь ферментативному гижролизу, расщепляется в печени и дает витамин А. существенное значение каротина через стенки кишечника имеет наличие в диете жира.

27. Убихиноны (коферменты Q). Источник получения: дрожжи и другие источники. Интенсификация биосинтеза.

Убихиноны (коферменты Q; Qn, KoQn, 2,3-диме-токси-5-метил-6-полипренилбензохиноны, ф-ла I), желтые или желто-оранжевые кристаллы (при n = 7-15) или красные маслообразные в-ва (n=1-6), не растворимые в воде, растворимые в органических растворителях. В природе наиболее часто встречаются Q6 - Q10 с Е-конфигурацией; организму человека свойствен Q10. Источники убихинона. Растительные Зародыши пшеницы, растительные масла, орехи, капуста. Животные Печень, сердце, почки, говядина, свинина, рыба, яйца, курятина. Синтез в организме Убихинон синтезируется микрофлорой кишечника. Известны способы получения убихинона при помощи дрожжей из р. Сandida, Rhodotorula, Torulopsis, и бактерий р. Proteus, Hansenula, Pseudomonas, Methylomonas, Achromobacter, Acetobacter, Cryptococcus и др., предусматривающие культивирование дрожжей в периодических условиях на глюкозосодержащей среде с дрожжевым и кукурузным экстрактами и минеральными солями в аэробных условиях. Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ получения убихинона-10 при помощи культуры Сryptococcus curvatus. Ее выращивают в аэробных условиях в присутствии источника углерода, минеральных источников азота, фосфора, глюкозы, дрожжевого экстракта, этанола, отличающийся тем, что, с целью повышения выхода биомассы, увеличения содержания убихинона и удешевления среды, в качестве источника углерода используют молочную сыворотку, глюкозу вводят в процессе культивирования, поддерживая ее концентрацию от 1,2 до 2,6 мас.% и дополнительно сульфат или хлорид аммония в концентрации от 0,05 до 0,3 мас.%, а этанол вносят за 10 - 25 ч до окончания культивирования в концентрации от 3 до 5 мас.%. Убихинон является единственным антиоксидантом, который регенерируется организмом. В качестве антиоксиданта защищает клеточные мембраны, липопротеидные частицы и ДНК от разрушительного действия агрессивных ионов кислорода. Убихинон напрямую связывают с эффективностью работой иммунной системы и замедлением процессов старения организма. Другое название убихинона - коэнзим Q связано с тем, что он является коферментом в последовательности жизненно важных окислительно-восстановительных химических  HYPERLINK "http://www.tryphonov.ru/tryphonov2/terms2/respons.htm" реакций, обозначаемых как дыхательная цепь.  В организме человека кофермент Q10 может синтезироваться в большинстве тканей. Синтез осуществляется в три главных ступени: (1) синтез бензохинона из аминокислот фенилаланина и тирозина (с участием витамина B6), (2) синтез боковой полиизопреновой цепи из ацетилкоэнзима А и мевалоновой кислоты, (3) воссоединение бензохинона с боковой цепью. В синтезе ключевую роль играет особая редуктаза,регулирующая также синтез холестерола. 28. Производство -каротина и убихинонов.

Производство бета каротина. Бета каротин был выделен в 1936 году в виде химически чистого соединения из гриба Phycomyces blakesleeanus. Сверхсинтетиками каротина являются гетероталичные грибы Blakeslea trispora и Chonephoraceae cucurbitarum. Каротиноиды получают с помощью химического синтеза и путем выделения из природных источников – растений и микроорганизмов. Бета каротин получают из клеток мицелиальных грибов, дрожжей, бактерий, актиномицетов и водорослей. Микроскопический гетероталичний гриб Blakeslea trispora является промышленным источником каротиноидов, в том числе источником бета каротина и ликопина. Во время биосинтеза каротина микроорганизмами, он накапливается в клетках продуцента. Собственные жиры гриба Blakeslea trispora составляют до 60% всей биомассы, что способствует растворению каротина при ферментации. Это соответственно повышает его доступность для усвоения. Исходным сырьем в производстве каротиноидов являются побочные, промежуточные продукты и отходы крахмало-паточного производства, мукомольной, консервной, масляной и мясомолочной промышленности. Дрожжи выращивали в жидкой среде (г/л): глюкоза – 110; пептон – 10; дрожжевой экстракт -5; KH2PO4- 0.2; KH2PO4 – 0.08; MgSO4 – 0.2, (NH4)2SO4 – 0.4; NaCl – 0.04; CaCl2 – 0.02. Ферментеры засевают двухсуточной культурой дрожжей и выращивают при температуре 17°С. Глубинное культивирование на жидких питательных средах является промышленным способом, при создании полностью контролируемых условиях, получения биомассы Blakeslea trispora. Основными факторами, влияющими на процесс каротинообразования является состав питательной среды и качество применяемых штаммов. Известны способы получения убихинона-10 при помощи дрожжей из р. р. Сandida, Rhodotorula, Torulopsis, Sporidiobolus и др., предусматривающие культивирование дрожжей в периодических условиях на глюкозосодержащей среде с дрожжевым и кукурузным экстрактами и минеральными солями в аэробных условиях. Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ получения убихинона-10 при помощи культуры Сryptococcus curvatus. Ее выращивают в аэробных условиях в присутствии источника углерода, минеральных источников азота, фосфора, глюкозы, дрожжевого экстракта, этанола, отличающийся тем, что, с целью повышения выхода биомассы, увеличения содержания убихинона и удешевления среды, в качестве источника углерода используют молочную сыворотку, глюкозу вводят в процессе культивирования, поддерживая ее концентрацию от 1,2 до 2,6 мас.% и дополнительно сульфат или хлорид аммония в концентрации от 0,05 до 0,3 мас.%, а этанол вносят за 10 - 25 ч до окончания культивирования в концентрации от 3 до 5 мас.%.

29. Особенности и преимущества использования микробной биотрансформации для получения стероидных гормонов.

Микробиологическая трансформация – использование ферментативной активности жизнеспособных клеток микроорганизмов, результатом чего является некоторое изменение молекулярной структуры трансформируемого субстрата. Использование абсолютной субстратной специфичности и стереоспецифичности биологических катализаторов, присущих целым клеткам микроорганизмов, позволило разработать условия осуществления множества химических реакций и структурных перестроек стероидов. Биотрансформация стероидов обычно заключается в селективном воздействии на одно из положений стероидного скелета. Данная трансформация ярко продемонстрировала преимущества микробиологических методов перед химическими: введение кислородной функции в определенное положение молекулы стероида заменялось единственной стадией ферментативного гидроксилирования. Метод микробиологических превращений имеет явные преимущества перед химическими реакциями: возможность тонких перестроек сложных молекул, удобство и экономичность технологических процессов. Особенно ярко проявляются они в области химии стероидов. Дело в том, что сложность и громоздкость молекул стероидов затрудняет даже незначительные модификации их химическим путем. Первый промышленный процесс микробной биотрансформации стероидов основывался на технологии направленного гидроксилирования (11- - гидроксилирование). Субстратом является прогестерон, продуктом- 11-гидроксипрогестерон. Микроорганизм- трансформатор: Rhizupus nigricans. В качестве субстрата может использоваться вещество S, тогда продуктом будет гидрокортизон, микроорганизм- трансформатор- Carvularia lunata. Кроме того, применяют 16- гидроксилирование, 1,2-дегидрирование, расщепление боковой цепи. 16-гидроксилирование: Субстрат- 9-фторкортизол, продукт- 9-Фтор-16-гидроксикортизон. Микроорганизм- трансформатор: Streptomyces roscochrcmogenus. 1,2-Дегидрирование: субстрат- гидрокортизон, продукт- преднизолон. Микроорганизм- трансформатор: Arthrobacter simplex. Расщепление боковой цепи: субстрат- ситостерин, продукт- Андростадиендион и (или) андростендион. Микроорганизм- трансформатор: Mycobacterium spp.

30. Микробиологические способы получения ферментов. Технологические стадии.

Ферментативные препараты получают либо при поверхностном, либо при глубинном способе культивирования продуцента. Процесс получения микробных ферментных препаратов можно разбить на три стадии: получение посевного материала; получение производственной культуры микроорганизма; получение из производственной культуры продуцента технических или очищенных ферментных препаратов. Получение посевного материала. Для производства посевного материала используют исходный штамм продуцента ферментов. Подготовка посевного материала для поверхностного культивирования. Этот способ культивирования применяют в основном для культивирования микроскопических грибов. Посевной материал  в этом случае может быть приготовлен в виде культуры, выращенной на твердой питательной среде или  в виде мицелиальной массы продуцента, выращенной  в жидкой среде глубинным способом. Последовательность операций такова: приготовление питательной среды; стерилизация питательной среды и аппаратуры; охлаждение среды до температуры роста культуры; засев среды исходным штаммом продуцента; выращивание культуры продуцента до определенного возраста; консервирование посевного материала. Подготовка посевного материала для глубинного культивирования. Вид посевного материала зависит от продуцента: для грибов и актиномицетов — это мицелиальная масса, а для бактерий — молодая спороносящая культура. Этапы получения посевной культуры: обновление исходной культуры на агаризированной среде; выращивание культуры на жидкой среде в колбах на качалке; культивирование продуцента в малом, а затем, если требуется, в большом инокуляторе. Получение производственных культур. Микроорганизмы очень чувствительны к составу среды. Не всегда интенсивный рост микроорганизма способствуют максимальному накоплению ферментов. Повышенное содержание микроэлементов часто приводит к торможению нормального роста. Получение ферментных препаратов. Культура микроорганизмов содержит большое количество балластных веществ. Выделение и очистка ферментов-трудоемкий процесс. Большинство ферментов, производимых в промышленности, относятся к внеклеточным. Для получения внутриклеточных ферментов необходимой является стадия экстракции (процесс высвобождения ферментов из микробных клеток или их составных элементов). Экстракции обычно должно предшествовать механическое, физическое или химическое разрушение клеточной оболочки. Получающиеся после разрушения микробных клеток остатки клеточной оболочки обычно подлежат удалению из смеси. Для этого используют флокуляцию и коагуляцию клеточных остатков или отделение их центрифугированием. Для очистки ферментов широко используются методы ультрафильтрации, а также хроматографии, в качестве сорбентов использующие часто иониты. Стабилизация ферментов. При использовании ферментных препаратов для катализа реакций может происходить их инактивация, что связано с чувствительностью ферментов к температуре и рН среды, присутствию различных веществ. Кроме того, свободные ферменты можно использовать только один раз, что отражается на экономике процесса. Поэтому перспективно осуществлять фиксацию ферментов на нерастворимой матрице. Методы иммобилизации ферментов можно разделить на две группы: включение в гель микрокапсулы и связывание с носителем адсорбционно или ковалентной связью.

31. Иммобилизованные биообъекты. Иммобилизованные ферменты, их преимущества. Сферы применения иммобилизованных ферментов.

Понятие «иммобилизация биообъекта» означает физическое разделение биокатализатора и растворителя, при котором молекулы субстрата и продуктов реакции могут свободно проникать из жидкой среды в твердую, и наоборот. Другими словами, субстрат в токе растворителя подводится к биообъекту, связанному с нерастворимым носителем, а продукт реакции в токе растворителя удаляется от биообъекта и используется как целевой продукт.

В качестве нерастворимого носителя используются неорганические и органические вещества (могут быть как природными, так и синтетическими).

Биообъект иммобилизуется на носителе:

• адсорбцией;

• за счет образования с ним ковалентных связей;

• включением в формируемый этим носителем гель.

Термин «иммобилизованные ферменты» означает любое ограничение свободы передвижения белковых молекул в пространстве. Сущность иммобилизации ферментов — прикрепление их в активной форме к нерастворимой основе или заключение в полупроницаемую мембранную систему. Прикрепление фермента к носителю осуществляется адсорбционно, химической связью или путем механического включения фермента в органический или неорганический гель. При этом допускается прикрепление фермента только за счет функциональных групп, не входящих в активный центр фермента и не участвующих в образовании фермент-субстратного комплекса. Носитель фермента или матрица может иметь вид зернистого материала, волокнистой структуры, пластинчатой поверхности, пленок или тканей, полых волокон, трубочек, капсул и т. д. Имеет значение размер частиц носителя. Важно иметь большую поверхность. Носитель фермента может быть как природное вещество, так и синтетический полимер.

Преимущества иммобилизованных ферментов перед нативными предшественниками:

1. Гетерогенный катализатор легко отделим от реакционной среды, что дает возможность остановить реакцию в любой момент, использовать фермент повторно, а также получать чистый от фермента продукт.

2. Ферментативный процесс с использованием иммобилизованных ферментов можно проводить непрерывно, регулируя скорость катализируемой реакции и выход продукта.

3. Модификация фермента целенаправленно изменяет его свойства, такие как специфичность, зависимость каталитической активности от рН, ионного состава и других параметров среды, стабильность к денатурирующим воздействиям.

4. Можно регулировать каталитическую активность иммобилизованных ферментов путем изменения свойств носителя действием физических факторов, таких как свет и звук. Иммобилизовать ферменты можно как путем связывания на нерастворимых носителях, так и путем внутримолекулярной или межмолекулярной сшивки белковых молекул низкомолекулярными бифункциональными соединениями, а также путем присоединения к растворимому полимеру.

Иммобилизованные ферменты и клетки в основном используются в получении пищевых продуктов и в меньшей степени фармацевтических препаратов.

К настоящему времени семь процессов с использованием иммобилизированных ферментов или клеток нашли крупномасштабное промышленное применение в ряде развитых стран мира:

1. Производство глукозо-фруктозных сиропов и фруктозы из глюкозы.

2. Получение оптически активных L-аминокислот из их рацемических смесей.

3. Синтез L-аспарагиновой кислоты из фумаровой кислоты.

4. Синтез L-яблочной кислоты из фумарофой кислоты.

5. Производство диетического безлактозного молока.

6. Получение сахаров из молочной сыворотки.

7. Получение 6-аминопенициллановой кислоты из обычного пенициллина для последующего производства полусинтетических антибиотиков пенициллинового ряда.

32. Перспективы и экономическая целесообразность употребления микроорганизмов в технологии производства пищевого и кормового белка.

В соответствии с нормами питания человек должен ежедневно получать с пищей 60–120 г. полноценного белка. Если растения и большинство микроорганизмов способны синтезировать все белковые а/к из углекислоты, воды, аммиака и мин. солей, то чел- и жив-ые не могут синтезировать незаменимыми а/к (валин, лейцин, изолейцин, лизин, метионин, треонин, триптофан и фенилаланин). Эти а/к должны поступать в организм в готовом виде с пищей; их отсутствие вызывает тяжелые заболевания человека и снижение продуктивности сельскхоз-ных жив-х. Незаменимые а/к наиболее сбалансированы в белках семян сои. Относительно высокую био-ую ценность имеют также белки зерна риса и гороха. В белках зерна пшеницы и ячменя очень мало лизина, метионина и изолейцина, а в белках кукурузы ещё и триптофана. Перспектива и экономическая целесообразность употребления микроорганизмов в технологии производства пищевых продуктов диктуется рядом факторов: 1) возможностью использования самых разнообразных хим-х соединений, в том числе отходов производства, для культивирования микроорганизмов; 2) высокой интенсивностью синтеза белков; 3) относительно несложной технологией культивирования микроорганизмов; 4) относительно высоким содержанием белка и витаминов; 5) повышенным содержанием незаменимых аминокислот по сравнению с растительными белками; 6) возможностью направленного генетического влияния на химический состав микроорганизмов в целях совершенствования белковой и витаминной ценности продукта (ГМО). В настоящее время мировой дефицит белка составляет около 15 млн. т. Наиболее перспективен микробиологический синтез.. Если для крупного рогатого скота требуется 5 лет для удвоения белковой массы, от др-их животных по несколько месяцев, то для бактерий и дрожжей – 1–6 ч. Мировое производство пищевых белковых продуктов за счет микробного синтеза составляет более 15 тыс. т в год. В качестве источников кормового белка чаще используют различные виды дрожжей и бактерий, микроскопические грибы, одноклеточные водоросли, белковые коагулянты травянистых растений. Дрожжевые клетки в качестве источника углерода для роста способны использовать неразветвленные углеводороды с числом от 10 до 30 углеродных атомов в молекуле. В основном они представлены жидкими фракциями углеводородов нефти с температурой кипения 200–320С. При выращивании дрожжей на н-парафинах нефти в приготовленную из них питательную среду добавляют макро- и микроэлементы, необходимые витамины и аминокислоты. Высушенная дрожжевая масса гранулируется и используется как белково-витаминный концентрат, содержащий до 50–60% белковых веществ, для кормления сельскохо-ых животных.

33. Использование спиртов и водорода для получения белка.

Технология получения кормовой биомассы на метаноле. Преимущ-ом яв-ся высокая чистота метанола, отсутствие канцерогенных примесей, хорошая растворимость в воде, высокая летучесть, позволяющая легко удалять его остатки из готового продукта. Наличие в молекуле метанола атома кислорода снижает тепловыделение, а значит и затраты на охлаждение. Ещё биомасса не содержит

нежелательных примесей. Нужно учитывать при проведении процесса особенности: горючесть, возможность обазования в создухом взрывоопасных смесей в диапазоне конц-ии 6-35%, высокую токсичность метанола. В качестве продуцентов используют как дрожжевые, так и бактериальные штаммы. Из дрожжей – Candida boidinii, Hansenulla polymorpha, Piehia pastoris, оптимальные условия развития t 34-370С, рН 4,2-4,6. Среди бактериальных культур: Methylomonas clara, Pseudomonas rosea, способны развиваться при t 32-340С, рН 6,0-6,4. При подготовки пит. среды помимо традиционных неорг. источников макро- и микроэлементов, в качестве дополнительного источника N, и био-их стимуляторов и витаминов вносят дрожжевой автолизат, т.к. максимальная скорость роста дрожжей наблюдается при содержании биотина 10мкг/л, тиамина 100мкг/л, или дрожжевого экстракта в кол-ве 50 мг/л. Особенности культивирования микроор-ов на этаноле. Достоинство этого сырья яв-ся малая токсичность, хорошая растворимость в воде, высокая летучесть, небольшое кол-во примесей и легкость его утилизации практически всеми микроор-мами. За счет наличия в молекуле спирта кислорода потребность в воздухе ниже, а значит, меньше тепловыделение и интенсивность аэрации. Но этанол легковоспламеняемая жидкость. В качестве микроор-ов-продуцентов белка на этиловом спирте как единственном источнике углерода используют дрожжи – С.utilis, S.lambica, Hansenula anomala и бактерии – Acinetobacter calcoaceticus, которые имеют меньшее практическое значение. В сллучае использования дрожжевых культур оптимальное значение рН составляет 4,0-4,5, t 31-340С, а при культивировании бактерий t – 32-350С, рН 6,5-7,5. При подготовке пит. среды для дрожжей готовят отдельно растворы макро- и микроэлементов, а также солей. Добавка биотина улучшает рост дрожжей.

34. Использование одноклеточных водорослей для получения белка.

Для производства кормового белка исп-ся одноклеточные водоросли хлорелла и сценедесмус, а также сине-зеленые водоросли из рода Спирулина, которые способны синтезировать белки и другие орган. вещ-ва из углекислоты, воды и мин-х в-в за счет усвоения энергии солнечного света. Для их выращивания необходимо обеспечивать опред-ые режимы освещения и t, а также требуется большие объемы воды. Водоросли хлорелла и сценедесмус требуют для своего выращивания нейтральной среды, их клетки, имеют довольно плотную целлюлозную оболочку, поэтому хуже перевариваются в организме животных. Для лучшей их переваримости проводится разрушение целлюлозных оболочек посредством специальной обработки. Клетки спирулины в 100 раз крупнее хлореллы, но они не имеют прочной целлюлозной оболочки и поэтому лучше перевариваются в организме животных. Выращивается спирулина в щелочной среде (рН-10-11), при естественных условиях в щелочных озерах. По интенсивности накопления биомассы водоросли превосходят сельскох-ные растения. При их выращивании в культиваторах открытого типа с 1 га водной поверхности можно получать до 70 т сухой биомассы в год. Содержание белков в клетках хлореллы и сценедесмус составляет 45-55% в расчете на сухую массу, а в клетках спирулины достигает 60-65%. Белки водорослей хорошо сбалансированы по содержанию незаменимых а/к, недостаточно содержится лишь метионина. Технология получения белковой массы из клеток водорослей включает выращивание промышленной культуры в культиваторах открытого или закрытого типа, отделение водорослей от массы воды, приготовление товарного продукта в виде суспензии, сухого порошка или пастообразной массы. Процесс отделения клеток водорослей от массы воды энергоемкий, т.к. необходимо перерабатывать большие объемы жидкости. Вначале отстаивают клеточную суспензию, затем клетки водорослей отделяют от воды декантацией. После осаждения клеточной биомассы ее пропускают через сепаратор, в результате чего происходит концентрирование суспензии до необходимой конц-ии. Если требуется получить пастообразный препарат, то полученную белковую массу высушивают. Для улучшения переваримости биомассы клеток хлореллы и сценедесмус проводится их обработка с целью разрушения клеточных оболочек.

35. Биометаногенез, стадии и микроорганизмы, его осуществляющие.

Биометаногенез — сложный микробиологический процесс, в котором органическое вещество разлагается до диоксида углерода и метана. Микробиологическому анаэробному разложению поддаются практически все соединения природного происхождения. В анаэробном процессе биометаногенеза выделяют три последовательные стадии, в которых участвуют свыше 190 различных микроорганизмов. Из наиболее часто встречающихся культур следует отметить Lactobacillus acidophilus, Butyrivibrio fibrisolvens. Peptostreptococcus productus, Bacteroides uniformis, Eubacterium aerofaciens. К числу целлюлозоразлагающих бактерий микрофлоры жвачных относятся Bacteroides succinogenes и Ruminococcus flavefaciens. Из рубца и навоза жвачных были изолированы такие метанообразующие бактерии, как Methanobacterium mobile, Methanobrevibacter ruminantium и Methanosarcina sp. На первой стадии ферментативному гидролизу подвергаются сложные многоуглеродные соединения - белки, липиды и полисахариды.

На второй стадии (ацидогенез) в процессе ферментации участвуют две группы микроорганизмов: ацетогенные и гомоацетатные. Ацетогенные Н2-продуцирующие микроорганизмы ферментируют моносахариды, спирты и органические кислоты с образованием Н2, СО2, низших жирных кислот, спиртов и др. соединений.

На заключительной третьей стадии анаэробного разложения отходов образуется метан. Он может синтезироваться через стадию восстановления СО2 молекулярным водородом, а также из метильной группы ацетата. Некоторые метановые бактерии способны использовать в качестве субстрата формиат, СО2, метанол, метиламин и ароматические соединения.

Анаэробная переработка отходов животноводческих ферм осуществляется в метантенках (анаэробных ферментерах). После определенного срока работы метантенка при установленном температурном режиме и на постоянном субстрате образуется сравнительно стабильный консорциум микроорганизмов.

Все возрастающий дефицит ископаемых топливных ресурсов выдвигает на первый план проблему создания и внедрения возобновляемых источников энергии и сырья за счет биосистем: растений и фототрофных и гетеротрофных м-в, конвертирующих с высокой эффективностью солнечную энергию в энергию химических связей. Резервы солнечной энергии достаточно велики: на поверхность земного шара попадает около 5-1020 ккал этой энергии в год, что в 10 000 раз превосходит современный уровень мировой энергетики за счет добычи ископаемого топлива. Широкое применение биосистем для получения энергии способно обеспечить свыше 15 % производства энергии для экономически развитых стран. В последние 10—15 лет намечены новые пути биотрансформации солнечной энергии при фотосинтезе. Установлено, что некоторые микробиологические системы характеризуются высокой эффективностью фотосинтеза. Так, фоторазложение воды, осуществляемое суспензией хлореллы с образованием кислорода, в оптимальных условиях культивирования дает 130-140 л газа с 1 м2 освещаемой поверхности в сутки. Разрабатываются системы, эффективно поглощающие световой поток и обогащенные реакционными центрами по отношению к пигменту. Световые кривые фотосинтеза улучшаются также с увеличением скорости лимитирующей стадии электронного транспорта.

36. Способы производства биогаза.

Биогаз — это смесь из 65 % метана, 30 % СО2, 1 % сероводорода и незначительных примесей азота, кислорода, водорода и угарного газа. В основе получения биогаза лежит процесс метанового брожения, или биометаногенез.Производство биогаза представляет собой сложный биологический и химический процесс, во время которого на органические вещества воздействуют  различные бактерии. Во время процесса органические соединения разлагаются на элементарные, которых метаногенные бактерии превращают в биогаз– в соединение метана, углекислого и иного газа. Метаногенные бактерии являются очень чувствительными анаэробами, поэтому температура, кислотность и щелочность, окислительно-редукционный потенциал и другие факторы окружающей среды должны соответствовать их требованиям.  Активность обмена веществ и интенсивность производства метана так же зависит от  состава субстрата, поддерживаемой температуры и ее колебаний, срока выдержки, факторов ослабления. Производство метана может осуществляться в широком температурном диапазоне – с 0 до 100 C. Но для каждого вида микроорганизмов, участвующих в процессе, необходима только им присущая оптимальная температура.  В биоэнергетике принято распределят температуру на три группы: психрофильная (10 – 25 C), мезофильная (25 – 40 C), термофильная  (50 – 65 C). Мезофильные биогазовые реакторы чаще всего используются для переработки навоза и отходов пищевых предприятий. Для нормальной ферментации необходима устойчивая рабочая температура. Биомасса в реакторе содержится установленное время, за которое большая часть ее разлагается и превращается в биогаз. Данный срок зависит от происхождения и состава биомассы. Продолжительней всего происходит разложение целлюлоза и гемицеллюлоза – связующих веществ биомассы. Быстрее всего разлагаются  белки, жиры и углеводы. Чем продолжительней переработка биомассы, тем больше энергетических затрат, поэтому при выборе сырья для производства биогаза и составляя программу производства необходимо провести оценку энергетической эффективности.  Отходы скотобойного производства (содержание внутренностей, кровь, жир) содержат огромный энергетический потенциал. Но их использование находится под строжайшим контролем  ввиду  потенциальной опасности переносить заболевания и опасные бактерии через биореакторы в поля, удобряемые переработанной биомассой.   По этой причине отходы скотобойного производства до переработки должны проходить термическое обезвреживание. С этой целью в биогазовых установках устанавливается оборудование по обезвреживанию, автоклавы, в которых отходы содержатся определенное время  в условиях повышенной температуры (70 - 130 C). Энергетическая ценность биогаза непосредственно связана с концентрацией метана. При содержании метана более 55%, биогаз считается ценным топливом. Метан –без запаха, нетоксичный и легче воздуха.  При сгорании метан превращается в углекислый газ и водяной пар.Структура и технологическая схема биогазовой установки зависит от различных факторов: вида и состава сырья, способа его поставки, типа и размера биореакторов, параметров процесса,  применения переработанного субстрата, количества и состава полученного биогаза, типа и количества устройств энергетической конверсии, потребителей выработанной энергии. В классической биогазовой установке устанавливается оборудование сбора, подготовки и транспортировки сырья, оборудуются биореакторы, хранилища произведенного биогаза, очистительные и сооружения для сжигания, резервуары переработанной массы, сепараторы,  устройства по управлению технологического оборудования и накапливанию данных, электротепловые сети и оборудование по их распределению. Срок службы биореакторов биогазовой установки - более 25-30 лет.

37. Производство этилового спирта. Методы получения и условия производства.

Основным источником этанола яв-ся нефтехим-ий синтез, использующий реакцию гидратации этилена в присутствии различных катализаторов. Способы получения этилового спирта: 1. Брожение пищевого сырья (крахмалсодержащих и сахаристых веществ) – картофеля, хлебных злаков, отходов сахарных заводов. Сначала идет осахаривание крахмала с образованием дисахарида – мальтозы, которая в процессе брожения гидролизуется в глюкозу. 2. Гидролиз древесины с последующим брожением. Для получения спирта древесину обрабатывают (гидролизуют) серной или соляной кислотой. При этом из целлюлозы образуется глюкоза., которая затем проходит стадию спиртового брожения. 3. Получение этанола из сульфитных щелоков – отходов целлюлозно-бумажного производства) - сульфитный спирт. Сульфитный щелок – жидкость, оставшаяся после обработки щепы раствором бисульфита Ca или Mg. Часть сухого вещества этих щелоков, представляющая собой сахара, способна сбраживаться в этиловый спирт. 4. Получение этилового спирта сернокислотной гидратацией. Концентрированная серная кислота способна реагировать с этиленом, образуя моно- и диалкилсульфат: ; Эти эфиры при взаимодействии с водой превращаются в этиловый спирт, выделяя кислоту: ;. 5. Получение этилового спирта прямой гидратации этилена, т.е. путем непосредственного гетерогенно-каталитического присоединения воды к этилену:. При прямой гидратации помимо основной протекают следующие побочные реакции: образование диэтилового эфира межмолекулярной дегидратацией этанола и алкилированием этанола этиленом; образование изопропилового спирта при алкилировании пропилена, образование уксусной кислоты окислением ацетальдегида; образование этилацетата этерификацией уксусной кислоты этанолом; образование полимеров этилена. В качестве катализатора используется фосфорная кислота, нанесенная на силикагель. Температура гидратации 280-3000С, что неблагоприятно для равновесия, но на практике не найдено катализатора, который давал бы приемлемые выходы спирта при более низкой температуре. При данной температуре степень конверсии не доводят до равновесной (10-11%), а держат на уровне 4-5%, т.к. при приближении к равновесной степени конверсии снижается скорость реакции. Реакции гидратации, идущей с уменьшением объема, благоприятствует повышенное давление, поэтому процесс ведут при давлении 80 атм. Наличие инертного разбавителя равноценно снижению общего давления в системе и не выгодно в данном процессе. Технологические особенности процесса и связанные с ними решения: малая степень конверсии этилена за проход – большие рецикловые потоки; необходимость отдувать инерты; необходимость использования высокочистого исходного этилена; с другой стороны - возможность использования адиабатического реактора простой конструкции; высокое давление – использование аппаратуры для создания давления и толстостенного реакционного аппарата; высококоррозионная среда – необходимость защищать реактор футеровкой; высокая температура реакции и использование пара высоких параметров - необходимость утилизации большого количества тепла; значительное количество теплообменной аппаратуры.

38. Производство углеводородов с помощью микроскопических водорослей.

Микроскопические водоросли выделяют молекулярный водород, используя для этого неорг., например, воду, или орган в-ва, например, сахар. Получение водорода из воды с помощью фотосинтетических микроорганизмов. В определенных условиях микроскопические зеленые водоросли и цианобактерии могут выделять молекулярный водород в фотосинтетических реакциях, используя воду как источник электронов и солнечный свет как источник энергии. Как зеленые водоросли, так и цианобактерии используют фотосинтетический аппарат для выделения водорода. В процессе фотосинтеза электроны из воды переносятся на углекислый газ, который превращается в углеводы. В безвоздушных условиях (без углекислого газа, кислорода и азота) зеленые водоросли и цианобактерии переносят электроны на протоны и выделяют молекулярный водород. Зеленые водоросли. Hаиболеe изученной водорослью является Chlamydomonas reinhardtii. Эта одноклеточная водоросль удваивает биомассу в течении 6 ч и не требует больших усилий для ее поддержания. Фермент гидрогеназа катализирует производство водорода у зеленых водорослей. Цианобактерии. Для выделения водорода цианобактерии используют два фермента: нитрогеназу и гидрогеназу. Нитрогеназа катализирует реакцию: N2 + 6e- + 6H+ + 16АТФ — 2 NH4+ + + 16АДФ + 16Фн + H2, где АТФ — аденозинтрифосфорная кислота, АДФ — аденозиндифосфосфорная кислота, Фн — неорганический. Основная функция этой реакции — ассимиляция молекулярного азота из воздуха; водород выделяется цианобактериями как сопутствущий продукт. Скорость производства водорода варьируется в пределах 10-40 мл/ч на грамм сухой клеточной биомассы.

39. Биологическое получение водорода.

Водород – абсолютно чистое топливо, отличается высокой выработкой тепла — 143 кДж/г. способностью синтезировать водород обладают аэробные и анаэробные хемотрофные бактерии, пурпурные и зеленые фототрофные бактерии, цианобактерии. различные водоросли и некоторые простейшие. На основе используемых микроорганизмами источников энергии и доноров электронов, микробиологические процессы можно подразделить на темновое анаэробное выделение водорода, светозависимое выделение водорода без выделения кислорода, а также светозависимое выделение водорода и кислорода (биофотолиз).

Темновое выделение водорода. Микроорганизмы способны при брожении восстанавливать протоны, избавляясь от избытка восстановителя, когда в среде нет конечного акцептора электронов (н-р кислорода, нитрата, нитрита). При всем множестве метаболических путей в результате происходит выделение водорода. Светозависимое выделение водорода. В основе процессов выделения водорода микроорганизмами на свету лежит процесс фотосинтеза. Наибольшее внимание привлекают микроводоросли, гетероцистные цианобактерии и пурпурные несерные бактерии. В идеале биофотолиз представлен следующим уравнением:  2H2O+hv->2H2+O2   Q=113,4ккал. Одновременное выделение кислорода и водорода усложняет процесс, так как получаемая смесь является взрывоопасной, а также вследствие необходимости разделения двух газов.  Зеленые водоросли и цианобактерии используют фотосинтетический аппарат для выделения Н.  В процессе фотосинтеза электроны из воды переносятся на углекислый газ, который превращается в углеводы. В безвоздушных условиях зеленые водоросли и цианобактерии переносят электроны на протоны и выделяют молекулярный Н. Для выделения Н цианобактерии используют 2 фермента: нитрогеназу и гидрогеназу. Получение водорода путем конверсии угарного газа (СО) основано на реакции у фотосинтетической пурпурной бактерии. Образование водорода в этом случае происходит из воды. Пурпурные бактерии не используют для разложения воды солнечную энергию, и показанная выше реакция идет в темноте.  Выделение водорода катализируется двумя ферментами: гидрогеназой и специфической СО-гидрогеназой, работающими вместе.Получение водорода на основе брожения

Многие бактерии могут выделять водород в результате брожения, используя для этого органические соединения. Процесс синтеза водорода всегда протекает с участием гидрогеназы. Гидрогеназа — фермент, содержащий FeS-центры. Она катализирует реакцию 2Н* +2е-* = Н

Сложной проблемой является нестабильность гидрогеназы и быстрое ингибирование его активности водородом и кислородом. Повышение стабильности гидрогеназы может быть достигнуто ее иммобилизацией. Возможно комбинирование процессов получения Н и других ценных продуктов. В частности, представители рода Clostridium дают органические растворители и в то же время обладают активной гидрогеназой.

40. Биотопливные элементы и биоэлектрокатализ.

Биотопливные элементы. На уровне поисковых разработок находятся биотопливные элементы, превращающие химическую энергию субстрата в электрическую. Примерами могут служить топливные элементы на основе окисления метанола в муравьиную кислоту с участием алкогольдегидрогеназы, муравьиной кислоты в СО2 с участием формиатдегндрогеназы, глюкозы в глюкоиовую кислоту с участием глюкозооксидазы. Используют также каталитическую активность целых клеток, например Е. coii. Вас. subtilis. Ps. aeruginosa, в реакции окисления глюкозы. Окисление субстрата происходит на электроде (аноде). Посредником между субстратом и анодом является биокатализатор. Существуют два пути дальнейшей передачи электронов на электрод: 1) с участием медиатора и 2) непосредственный транспорт электронов на электрод. Конструкция биотопливного элемента позволяет генерировать не только электрический ток. но и осуществлять важные химические превращения. Например, топливный элемент с глюкозоокендазой и фруктофуранидазой переводит сахарозу в смесь фруктозы н глюконовой кислоты. Ферментные электроды применяются не только в топливных элементах. Они представляют собой основной компонент биологических датчиков — биосенсоров, широко применяемых в химической промышленности, медицине, при контроле за биотехнологческими процессами, в аналитических целях и т. д. Обычно используют системы с биокатализатором, иммобилизованным на поверхности мембранного электрода. Например, иммобилизацией пеницнллннаэы на обычном рН-электроде получают чувствительный биосенсор, регистрирующий концентрацию пенициллина. Иммобилизация клеток Е. coli на кислородном электроде дает биосенсор для измерения концентрации глутаминовой кислоты, а иммобилизация клеток Nilro-somonas sp. н Nilrobacter sp. на том же электроде - биосенсор на NH. Разработаны биосенсоры для быстрой регистрации концентрации глюкозы в крови больного, что особенно важно при диагностике диабета. Биоэлектрокатализ - ускорение ферментами процессов переноса электронов на границе раздела фаз электронный/ионный проводник при непосредственном контакте фермента с электронным проводником. Явление биоэлектрокатализа исследовано на примере трех базовых ферментов - гидрогеназы (окисление-восстановление молекулярного водорода), голубой медьсодержащей оксидазы (восстановление молекулярного кислорода), пероксидазы (восстановление пероксида водорода). Для эффективного сопряжения ферментативных и электрохимических процессов использованы электрон-проводящие полимеры. Создан и исследован ряд полимерных проводников с иммобилизованными окислительно-восстановительными ферментами. Практические применения биоэлектрокатализа связаны с созданием новых преобразователей энергии (биохимический топливный элемент), систем электросинтеза, процессинга информации и биосенсоров.

41. Опишите биологические объекты, используемые в биотехнологии. Перечислите функции биообъектов.

Объектами бт являются вирусы, бактерии, грибы, клетки растений, животных и человека, биогенные вещества. Диапазоны распространяются от вирусов до человека. Для реализации бт процессов важными параметрами биообъектов являются: чистка, скорость размножения клеток и репродукции вирусных частиц, активность и стабильность биомолекул. Следует учитывать, что при создании благоприятных условий для избранного биообъекта биотехнологии эти же условия могут оказаться благоприятными и для микробов-контаминтантов или загрязнений.

Представителями контаминирующей микрофлоры оказываются вирусы, бактерии, грибы, которые находятся в культурах раст. и жив. клеток. Здесь микробы-контаминанты выступают вредителями производств в бт. Так при использовании ферментов в качестве биокатализаторов возникает необходимость предохранения их в изолированном состоянии от сапрофитной микрофлоры, которая может проникнуть. В сферу бт процесса извне, следствие негерметичности. Бактерии используются при производстве: пищевых продуктов, например, уксуса (Gluconobacter suboxidans), молочнокислых напитков (Lactobacillus, Leuconostoc) и др.; - микробных инсектицидов (Bacillus thuringiensis); - белка (Methylomonas); - витаминов (Clostridium - рибофлавин); - растворителей и органических кислот; - биогаза и фотоводорода. Полезные бактерии относятся к эубактериям. Уксуснокислые бактерии, представленные родами Gluconobacter и Acetobacter, - это грамм(-) бактерии, превращающие этанол в уксусную кислоту, а уксусную кислоту в углекислый газ и воду. Анаэробные, образующие споры бактерии представлены родом Clostridium. C.acetobutylicum сбраживает сахара в ацетон, этанол, изопропанол и n-бутанол (ацетобутаноловое брожение), другие виды могут также сбраживать крахмал, пектин и различные азотсодержащие соединения. К молочнокислым бактериям относятся представители родов Lactobacillus, Leuconostoc и Streptococcus, которые не образуют спор, грамм(+) и нечувствительны к кислороду. Грибы исп-ют для получения таких продуктов, как: 1)антибиотики (пенициллы, стрептомицеты, цефалоспорины); 2)гиббереллины и цитокинины (физариум и ботритис); 3)каротиноиды (н-р, астаксантин, придающий мякоти лососевых рыб красно-оранжевый оттенок вырабатывают Rhaffia rhodozima, которых добавляют в корм на рыбозаводах); 4)белок (Candida, Saccharomyces lipolitica); 5)сыры типа рокфор и камамбер (пенициллы); 6)соевый соус (Aspergillus oryzae). Водоросли исп-ся, в основном, для получения белка. Весьма перспективны в этом отношении и культуры одноклеточных водорослей, в частности высокопродуктивных штаммов рода Chlorella и Scenedesmus. Их биомасса после соответствующей обработки испо-ся в качестве добавки в рационы скота, а также в пищевых целях

42. Приведите примеры использования гибридизации для улучшения технологических свойств хлебопекарных, пивных и винных дрожжей.

В селекций продуцентов наряду с мутациями применяется технология рекомбинаций-перераспределения генов между организмами.При переносе генов не между близкородственными, а между микроорганизмами разных видов чаще используются протопласты. Перенос генетического материала чаще всего осуществляется при помощи плазмид и бактериофагов. Например, один из способов рекомбинаций-гибридизация используется при селекций дрожжей Saccharomyces serevisiae, используемых при производстве этанола. У этих дрожжей нет фермента мелибиазы, гидролизующей раффиназу, углевод,содержащийся в субстрате брожения-патоке. Для того,чтобы Saccharomyces serevisiae утилизировал этот углевод была проведена гибридизация-скрещивание этих микроорганизмов с пивными дрожжами вида Saccharomyces carlsbergensis,сбраживающими раффиназу. Селекционированный мутант-гибрид приобрел свойства обеих родительских микроорганизмов,т.е. более полно утилизировал патоку.

Также возможны и другие подходы в селекций гибридов. Например, штамм пивных дрожжей Saccharomyces carlsbergensis, сбраживающий сахарозу и мальтозу был гибридизирован с культурой дрожжей Saccharomyces globosus,неспособный утилизировать эти углеводы. В результате селекций был получен мутант, который ассимилировал только мальтозу. Этот гибрид используется при производстве так называемого «бархатного »пива(с несброженной сахарозой в составе).

В технологий пивоварения используются селекционированные культуры S.serevisiae. В процессе пивоварения образуются -глюканы, осложняющие очистку и осветление пива.Путем рекомбинаций булл получен новый штамм S.serevisiae, в геном которого экспрессирован ген, кодирующий синтез фермента -глюконазы, расщепляющий -глюканы и тем самым улучшающий технологию осветления пива.

43. Опишите процесс получения протопластов у прокариот, его стадии. Охарактеризуйте преимущества метода слияния протопластов перед другими селекционными приемами.

В 1800 г. А. Фишер впервые показал явление «плазмоптиза» – выхода содержимого клеток в окружающую среду при их помещении в гипертонический раствор – для бактерий Bacillus subtilis и Vibrio proteus. При этом протоплазма обособлялась в виде шарообразных тел, очень быстро исчезающих.

Для получения протопластов грамм(+) бактерий достаточна простая обработка клеток лизоцимом в гипертоническом растворе. Под действием этого фермента растворяется ригидный пептидо-гликановый слой клеточной стенки. При этом чувствительность к лизоциму неодинакова не только у разных видов бактерий, но и среди разных штаммов.

Для получения протопластов грамм(-) бактерий простая обработка лизоцимом малоэффективна. В клеточных стенках этих бактерий тонкий слой пептидогликана окружен внешним слоем, состоящим из лигопротеинов, фосфолипидов, липополисахаридов, что делает его недоступным действию лизоцима. Для проникновения фермента к субстрату необходимо нарушение поверхностных слоев клеточной стенки.

Подготовка клеток грамм(-) бактерий для воздействия лизоцимом проводится с помощью различных методов, повышающих чувствительность клеток: путем предварительной инкубации бактерий в жидкой питательной среде при щелочном рН или в присутствии высоких концентраций сахарозы; обработка клеток хелатирующими соединениями (например, Na-ЭДТА) или одно- и дивалентными катионами; применение

предварительного замораживания-оттаивания.

Наиболее удачным оказался метод, предложенный Р. Репаске и до сих пор применяемый для получения протопластов у разных видов грамм(-) бактерий. Автор показал возможность получения протопластов при совместном действии лизоцима и ЭДТА в среде с рН 7,68,0.

В 1976 г. Р. Вейсс предложил ускоренный метод получения протопластов кишечной палочки с использованием ЭДТА, модифицировав метод Репаске. Он применил не совместное действие на клетки лизоцима и ЭДТА, а последовательное.

Вместо лизоцима в качестве факторов, лизирующих клеточные стенки бактерий, можно использовать также литические ферменты микробного происхождения.

Вторая группа методов получения протопластов у бактерий предусматривает не разрушение готовых клеточных стенок, а ингибирование их синтеза (методы «несбалансированного роста»). Метаболические нарушения при синтезе клеточных стенок происходят в двух случаях: 1) в результате мутации может возникнуть генетический блок в цепи реакций, ведущих к синтезу полимеров клеточной стенки; 2) при нарушении синтеза клеточной стенки под действием агентов, предотвращающих

образование ригидного мукополимера.

Одним из широко распространенных методов получения протопластов у грамм(-) бактерий является пенициллиновый метод, основанный на свойстве пенициллина нарушать синтез пептидогликана. Пенициллиновый метод неэффективен в тех случаях, когда в клетках подавлен синтез активных цитоплазматических компонентов, например при воздействии на клетки хлорамфениколом, стрептомицином или хлортетрациклином. Действие пенициллина на активно растущие клетки сводится к торможению реакции транспептидирования на последней стадии синтеза пептидогликана, после того как этот полимер почти построен.

Для получения протопластов грамм(+) бактерий пенициллиновый метод непригоден. Объясняется это тем, что мукополимерный слой в клеточной стенке этих бактерий не защищен дополнительными слоями, как у грамм(-) бактерий, и при культивировании с антибиотиком клетки претерпевают лизис. Имеются сведения об успешном применении метода для получения протопластов у Corynebacterium glutamicum, для которых другие методы были неэффективны.

Протопласты у бактерий могут быть получены и другими методами: под влиянием глицина, фагового литического фермента, нормальной и иммунной сывороток, комплимента, методом автолиза и т. д.Протопласты, полученные из грамм(-) и грамм(+) бактерий, по качеству оставшихся поверхностных структур различаются между собой. У протопластов грамм(+) бактерий клеточная стенка отсутствует полностью, и их сферические тела окружены лишь цитоплазматической мембраной. Сферические тела грамм(-) бактерий сохраняют значительную часть сложноорганизованной клеточной стенки и называются сферопластами.

44. Установите последовательность стадий технологического процесса получения витамина В 12 и составьте схему. Сушка кормового концентрата; фасовка; упаковка; концентрирование бражки; метановое брожение; стабилизация метановой бражки. Опишите стадию метанового брожения.

Метановое брожение => концентрирование бражки => стабилизация метановой бражки => сушка кормового концентрата => фасовка => упаковка;

Витамин B12 образуется метановыми бактериями.

Метановое брожение последрожжевой мелассной барды осуществляется в метантанках симбиозом бактерий при температуре 53-55 градусов Цельсия. При этом используется смешанная культура бактерий, позволяющая осуществить непрерывный двухфазный процесс, при котором имеет место система взаимосвязанных процессов, осуществляемых различными организмами, когда продукты жизнедеятельности одной группы сразу же используются в качестве питательной среды для другой группы и т.д. В конечном счете органическая часть барды разлагается до углекислоты и метана. Метановое брожение ведут в двух параллельно работающих метантенках, оптимальную температуру в которых поддерживают регулированием температуры, поступающей в них барды. Процесс метанового брожения контролируют по значению рН, содержанию летучих кислот и витамина В12 в метановой бражке. Культура должна иметь рН 7,5..8,5; В 1 м3 метановой бражки накапливается 1,0.. 2,0 г витамина В12. Интенсивность метанового брожения вторичной барды ниже, чем первичной. Добавление во вторичную барду источника азота в виде мелассы, дрожжевого автолизата, сульфата аммония или кукурузного экстракта способствует большему накоплению витамина В12.

45. Охарактеризуйте методы хранения промышленных культур микроорганизмов. Какие из этих методов требуют наличия специального оборудования? Что это за оборудование и каков принцип его работы?

Наиболее распространенным способом поддержания микроорганизмов являются периодические пересевы на свежую питательную среду.

Аэробные микроорганизмы пересевают чаще всего на поверхность скошенной агаризованной среды, микроаэрофилы — в полужидкую среду, анаэробы — в толщу плотной среды или в жидкую среду. Культуры пересевают на свежие среды в 2 пробирки. В дальнейшем из одной пробирки микроорганизмы используют для работы, культуру во второй пробирке оставляют для сохранения и последующего пересева.Частота пересева на свежую среду различных микроорганизмов неодинакова и в большой степени определяется их свойствами. Многие микроорганизмы можно пересевать один раз в 1—2 месяца, хотя есть микроорганизмы, например молочнокислые бактерии, которые нуждаются в более частых пересевах..К достоинствам метода пересевов относятся его простота и доступность для использования в производственных и заводских лабораториях. Следует отметить, однако, что пересевы большого числа штаммов требуют много сред, посуды и времени.

Метод хранения под вазелиновым маслом:

Широко распространенный метод. Он увеличивает период выживаемости на косяках агара, не требует дорогостоящего оборудования, скор и прост. Микроорганизмы выращивают на агаризованной питательной среде; аэробные микроорганизмы — на поверхности коротко скошенной среды.После того как культуры хорошо разовьются, их заливают маслом.Масло уменьшает доступ кислорода к культуре и предотвращает высыхание, однако полностью не изолирует культуру от воздуха, поэтому последняя продолжает слабо развиваться и расти. Масло должно быть высоко очищенным. Перед заливом масло стерилизуют в автоклаве или сушильном шкафу при 150—170° С в течение 1—2 ч. Слой масла в пробирке не должен превышать 1 см. Более тонкий слой не предохраняет культуру от высыхания, а под толстым слоем культуры могут погибнуть от недостатка того минимума кислорода, который необходим для сохранения жизни культуры. Культуры из-под масла необходимо пересевать на свежие среды первый раз через год после погружения под масло, а затем каждые 2—3 года. Метод хранения микроорганизмов под вазелиновым маслом прост, удобен. К недостаткам его можно отнести возможность инфицирования помещения микроорганизмами за счет разбрызгивания масла при обжигании петли, а также необходимость специальной очистки посуды от масла.

Хранение в лиофилизированном состоянии.

Хранение лиофильно – высушенных клеток — широко распространенный метод длительного сохранения микроорганизмов. Лиофилизацией называют процесс высушивания под вакуумом замороженных клеток. Лиофилизация, является одним из самых экономичных и эффективных методов длительного хранения бактерий и других микроорганизмов. Требует специальной аппаратуры. Предварительное замораживание материала проводят в морозильных камерах при t от -40 до -60°C. Замороженный материал в ампулах быстро переносят в сушильную камеру (сублиматор), в которой создаётся глубокий вакуум и поддерживается пониженная температура (до -40°С). В результате сублимации свободная вода удаляется с поверхности замороженного материала, препарат переходит из замороженного состояния в сухое. Досушивание объекта проводят в этой же камере при t до 20°C и выше. При этом из препарата удаляется связанная вода.

Хранение при низких и сверхнизких температурах.

Требует специального оборудования и большой осторожности в работе с жидким азотом, поэтому используется лишь для сохранения микроорганизмов, не выдерживающих лиофилизацию.Клетки замораживают при — 196°и различных скоростях замораживания. Для защиты от повреждающего действия низких температур клетки суспендируют в растворах криопротекторов. Чаще других применяют 10—20%-ный раствор глицерина, 7—10%-ный раствор диметилсульфоксида. Суспензию клеток разливают в ампулы. Ампулы запаивают и помещают в холодильник с температурой —70°, а затем переносят в жидкий азот, где и. сохраняют при —196°. Оттаивание замороженных клеток должно быть как можно более быстрым. Клетки из ампул высеивают на богатые питательные среды.Недостатком является возможная потеря микробных клеток в процессе заморозки и разморозки - не все клетки сохраняют жизнеспособность. Преимущества метода:простота исполнения,меньше стрессовых факторов по сравнению с лиофилизацией. Запаянные ампулы хранят в жидком азоте в так называемом сосуде Дьюара. Сосуды Дьюара — это емкость для хранения жидкого азота. Постоянная температура поддерживается пассивным методом, за счет хорошей теплоизоляции. Дьюара представляет собой 2 сосуда, один в другом. Бактериальные культуры длительно сохраняются также в морозильниках с очень низкими температурами.

46. Обсудите преимущества и перспективы микробиологического способа получения ферментов. Перечислите области применения микробных ферментов.



Pages:   || 2 |
Похожие работы:

«\s Структура программы учебного предмета1. Пояснительная записка Характеристика учебного предмета, его место и роль в образовательном процессе; Срок реализации учебного предмета; Объем учебного...»

«XML-схема, используемая для формирования XML-документа кадастрового паспорта здания, сооружения, объекта незавершенного строительства, помещенияСодержание: TOC \o 1-5 \h \z \u 1Описание формата предс...»

«укупан бр.страна37 Конкурсна документација преговарачки поступку без објављивања позива за подношење понудаI. ОПШТИ ПОДАЦИ О ЈАВНОЈ НАБАВЦИ Наручилац:Предшколска установа “Радост“ Врњачка Бања у Врњачкој Бањи http://www.puradost.edu.rs/ Број Ј...»

«Федеральное агентство по рыболовству Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Астраханский государственный технический университет" Юридический факультет Кафедра "Международное морское право" Пр...»

«СОВЕТ МИНИСТРОВ ПРАВИТЕЛЬСТВО РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИПОСТАНОВЛЕНИЕ от 1 марта 1993 г. N 178О СОЗДАНИИ ЛОКАЛЬНЫХ СИСТЕМ ОПОВЕЩЕНИЯВ РАЙОНАХ РАЗМЕЩЕНИЯ ПОТЕНЦИАЛЬНО ОПАСНЫХ ОБЪЕКТОВВ целях совершенствования мероприятий гражданской обороны по защите населения, проживающего в районах размещения потенциально...»

«РОТОРНАЯ КОСИЛКА RK-100РУКОВОДСТВО ПО ЭКСПЛУАТАЦИИ И ТЕХНИЧЕСКОМУ УХОДУ Логотип:TPS LABINPROGRES LABINPROGRES – TPS d. o. o. г. ул. Вречари, 106, 52220, г. Лабин, Хорватия e-mail: metelmotobloki@gmail.com //www.labinprogress.ruСОДЕРЖАНИЕ1. ВВЕДЕНИЕ 12. МЕРЫ ПРЕДОСТОРОЖНОСТИ 13. ТЕХНИЧЕСКИ...»

«Министерство образования Республики КарелияГБОУ СПО РК "ПЕТРОЗАВОДСКИЙ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКИЙ ТЕХНИКУМ" Программа производственной практики по профессиональному модулю ПМ 03. "Организация деятельности...»

«ОАО "Ростелеком"ТРЕБОВАНИЯ К РАБОЧЕМУ МЕСТУ ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ СИР2012СОДЕРЖАНИЕ TOC \h \z \u \t _Заголовок 1;1;_Заголовок 2;2;_Заголовок 3;3;_Заголовок без нумерации в оглавлении;1 Список сокращений PAGEREF _Toc338074683 \h 31 Требова...»

«Римский акведук в Ниме Джордж Ф.У. Хок В ЛЮБОЙ из погожих солнечных дней близ города Нима, что на юге Франции, можно встретить тысячи экскурсантов, гуляющих по мосту через реку Гардон, или Гар, который был построен 240 лет н...»

«Необходимые советы для тех, кто собирается строить дом из сип панелей собственными силами. Одна из самых больших неприятностей, которая поджидает выбравшего для строительства своего дома СИП технологию, это некачествен...»

«Диплом (аттестат) выдается при наличии следующих документов: Удостоверение личности (паспорт), Копия документа, удостоверяющего личность, Нотариально заверенная доверенность при получени...»

«Контрольная работа по теме: "Силы в механике" Вариант-1 Часть АКакая из приведённых ниже величин изменяется при ударе клюшкой по шайбе? А). Масса шайбы В). Объём шайбы Б). Плотность шайбы Г). Скорость шайбы Силой упругости называют силу...»

«Информация о последствиях не допуска потребителем исполнителя или уполномоченного им лица в согласованные дату и время в занимаемое потребителем жилое (нежилое) помещение или домовладение для проведения...»

«ЗАЩИТА ОТ ОРУЖИЯ МАССОВОГО ПОРАЖЕНИЯ (Сборник нормативов по боевой подготовке Сухопутных войск Книга 1 Для мотострелковых, танковых, парашютно-десантных и разведывательных подразделений, введенный Приказом ГК СВ от 10 сентября 1983 № 55) № нор...»

«Межгосударственный стандарт ГОСТ 32825-2014Дороги автомобильные общего пользования. Дорожные покрытия. Методы измерения геометрических размеров повреждений(введен в действие приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 2 февраля 2015 г. N 47-ст) Automobile...»

«ПОЛИТИКА КОНФИДЕНЦИАЛЬНОСТИ г. Пермь" 01" Августа 2017 г. Настоящая Политика конфиденциальности персональных данных (далее – Политика конфиденциальности) действует в отношении всей информации, которую ООО “Строительный холдинг Сфера”, расположенный на доменных именах www.cherniahovskiikvartal.ru, черня...»

«Токимбаева З. Н., магистрант Казахский университет экономики, финансов и международной торговлиСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ОРГАНИЗАЦИОННО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ МЕХАНИЗМОВ ОГРНИЧЕНИЯ ТЕНЕВОЙ ЭКОНОМИКИ В РЕСПУБЛИКЕ КАЗАХСТАН Экономика скен жадайда "клекелі экономика" экономика...»

«Минобрнауки России Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Владивостокский государственный университет экономики и сервиса" Институт информатики, инноваций и бизнес систем К...»

«ОБРАБОТКА В ЖИЛОМ СЕКТОРЕ(на примере жилого дома) INCLUDEPICTURE C:\\DOCUME~1\\user\\LOCALS~1\\Temp\\FineReader11\\media\\image1.jpeg \* MERGEFORMATINET Перечень мест, подлежащих обработке (рис. 10) Коммуникационные отверстия и вентиляционные окна подвалов. Щели в отмос...»

«Рассмотрена Утверждаю на педсовете директор школы протокол №_ приказ № _ от _ от "_" _2014 г. В.А. Шкарупелова Муниципальное бюджетное вечернее (сменное) общеобразовательное учреждение "Михайловская районная вечерняя (сменная) общеобразовательная школа РАБОЧАЯ ПРОГРАММА по русс...»








 
2017 www.li.i-docx.ru - «Бесплатная электронная библиотека - различные ресурсы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.