Обща схема на биотехнологично производство

Обща схема на биотехнологичното производство

Централната връзка във всеки биотехнологичен процес е щам, т.е. набор от микроорганизми от един и същи вид със специфични физиологични_биохимични

Биотехнологичното производство може да бъде насочено или към получаване на максимално възможно количество биомаса (например производство на хлебна мая), или към постигане на максимален добив от клетъчни отпадъчни продукти. При естествени условия метаболизмът в клетките се осъществява съгласно принципите на най-строгата икономика, която се осигурява от сложна система за неговото регулиране. Следователно задачата на индустриалните микробиолози е да създават мутантни форми на микроорганизми - суперпроизводители на съответните вещества.

Биотехнолозите се стремят свръхсинтеза необходимия метаболитен продукт, който се постига както чрез промяна на генетичната програма на организма, така и чрез нарушаване на неговите регулаторни системи.

Използват се различни методи за изолиране на суперпродуктивни щамове от естествени популации.

Избор Е изкуствен подбор на организми с най-добри резултати в тяхното поколение. Основният недостатък на този метод е екстремната му продължителност. По-ефикасно индуцирана мутагенеза, въз основа на мутагенни ефекти на рентгеновите и ултравиолетовите лъчи или някои химични съединения. Мутагените причиняват промени в ДНК, което води до промяна в метаболитните реакции, в резултат на което част от обикновените клетки се превръщат в

Като правило методите на мутагенеза и селекция се използват в комбинация. Например по този начин са получени високопродуктивни щамове бактерии Bacillus subtilis, способни да излъчват

до 75 кг витамин В2 от един тон хранителна формула. Напредъкът в генетиката и молекулярната биология позволява биотехнолозите от 70-те години. миналия век, за да се премине от сляп подбор на мутантни щамове към съзнателното изграждане на геноми, използвайки за тази цел технология на рекомбинантна ДНК - основата на съвременното генно инженерство.

Общата схема на микробиологичното производство се състои от следните основни етапи:

1. Подготовка на хранителната среда

Хранителната среда служи като източник на органичен въглерод - основният градивен елемент на живота. Микроорганизмите абсорбират широк спектър от органични съединения

- от метан (CH4), метанол (CH3OH) и въглероден диоксид (CO2) до естествени биополимери. В допълнение към въглерода, клетките се нуждаят от азот, фосфор и други елементи (K, Mg, Zn, Fe, Cu, Mo, Mn и др.) Важен елемент от подготовката на хранителната среда е стерилизация с цел унищожаване на всички чужди микроорганизми. Извършва се чрез термични, радиационни, филтрационни или химични методи.

2. Получаване на чисти щамове за въвеждане във ферментатора Преди започване на процеса на ферментация е необходимо да се получи чиста, високопродуктивна култура. Чиста култура

микроорганизмите се съхраняват в много малки обеми и при условия, които осигуряват неговата жизнеспособност и производителност (това обикновено се постига чрез съхранение при ниска температура). Необходимо е да се поддържа чистотата на културата по всяко време, не

позволявайки му да бъде замърсено от чужди микроорганизми.

3. Ферментация - основният етап на биотехнологичния процес Ферментацията е целият набор от операции от въвеждането на микроби в приготвената и загрята до необходимата температура среда до завършване на биосинтеза на целевия продукт или растежа на клетките. Целият процес се извършва в специална инсталация - ферментатор.

Фиг. 186. Схема на ферментатора

Конвенционалният ферментатор е затворен цилиндър, в който средата се смесва механично с микроорганизми и през него се изпомпва въздух, понякога наситен с кислород. Температурата се контролира от вода или пара, преминали през тръбите на топлообменника. Дизайнът на ферментатора трябва да позволява регулиране на условията на растеж: постоянна температура, pH (киселинност или алкалност) и концентрацията на кислород, разтворен в средата.

В края на ферментацията се образува смес от работещи микроорганизми, разтвор от неизползвани хранителни вещества и продукти от биосинтеза. Обаждат й се културен течност или бульон .

4. Изолиране и пречистване на крайния продукт В края на ферментацията желаният продукт се пречиства от други съставки на бульона. За това се използват различни технологични методи: филтриране, отделяне (утаяване на суспендирани частици под действието на центробежна сила), химично утаяване и др.

5. Получаване на продаваеми форми на продукта Последният етап от биотехнологичния цикъл е

получаване на продаваеми продуктови форми. Те са или смес, или пречистен продукт (особено ако е предназначен за медицинска употреба).