Главная страница | Контакты | Случайная страница Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Биоконверсия

Биоконверсия – процесс превращения веществ с участием живых организмов, точнее процесс превращения одних соединений в другие при участии ферментных систем живых организмов.

идет превращение веществ-субстратов в структурно-родственные соединения (под воздействием ферментов органические вещества превращаются в родственные им по структуре вещества);

не идет полная деградация субстрата, присутствует лишь незначительные его изменения, которые приводят к получению целевого продукта (это связано с ограниченным числом ферментных реакций, т.е., если есть несколько субстратов: S1, S2, …, Sn, но есть только один вид фермента, то будет идти превращение только одного вида).

Реакции, катализируемые ферментами:

· окисление;

· гидролиз;

· декарбоксилирование;

· дегидрирование;

· гидрирование;

· метилирование;

· деметилирование;

· изомеризация;

· ацелирование;

· восстановление;

· фосфорелирование;

· галагенирование.

Виды процессов биоконверсии:

1. Одноступенчатые:

брожение (продуктами являются спирты и органические кислоты);

изомеризация (превращение глюкозы во фруктозу);

получение стероидных гормонов (из гидрокортизона получают преднизалон).

2. Многоступенчатые (требуются смешанные культуры микроорганизмов или последовательное, многостадийное добавление штаммов микроорганизмов):

· получение кормового белка;

· получение БАВ: гормоны, антибиотики, витамины;

· биоконверсионная очистка сточных вод;

· вермикультивирование (природная биоконверсия).

Преимущества биоконверсионных превращений в сравнении с химическими:

· получаются продукты точно химически заданного состава, без побочных включений;

· необходимые катализаторы синтезируются клетками микроорганизмов, что уменьшает число стадий производства, что в свою очередь влечет за собой удешевление;

· высокая специфичность реакций (протекает только один тип реакций);

· стереоспецифичность (образуются соединения родственные по структуре);

· мягкие условия протекания реакций;

· энергетически выгодно (т.к. мягкие условия, то реакции протекают при низких температурах, т.е. идут малые затраты энергии, при значительной скорости процесса);

· большое КПД целевых веществ (93-100%);

· возможность использования иммобилизованных клеток-микроорганизмов, которые более стабильны чем ферменты, как следствие увеличивается эффективность процесса и падает его цена);

· в результате очистки загрязнений (биоразрушения) не появляется второй загрязняющий агент.

Использование продукции биоконверсии:

Фармация, медицина (инсулин, преднизалон, соматотропин).

Пищевая промышленность (пищевой и кормовой белок, клеточная биомасса дрожжей, водоросли, грибы).

Очистка окружающей среды (вод) и ограничение загрязнений бытовыми и сельско-хозяйственными отходами (от нефти). Большинство веществ может удаляться с помощью ана-, аэробных микроорганизмов в результате биоконверсии (брожение, метаногенез, ацетогенез).

Сельское хозяйство (биодеградация пестицидов в почве, биоразрушения ядохимикатов, использование натуральных удобрений).

Биоконверсионные разрушения могут внести большой вклад в решение комплексных экологических проблем. Хотя надо помнить, что экологическая проблема – это в первую очередь философская проблема – человек ее должен осознать, пропустить через себя.

Виды химических удобрений

1. Азотные:

· Аммиачные;

· Нитратные;

· Аммиачно-нитратные;

· Амидные.

2. Фосфорные:

· Суперфосфат;

· Фосфатшлак;

· Фосфорная мука;

· Обесфтореный фосфат.

3. Калийные:

· Калий хлорид;

· Калийная селитра;

· Калий сульфат;

· Калимагнезия.

Загрязнения происходят из-за:

· использования больших доз минеральных удобрений;

· примесей в удобрениях (в частности, тяжелые металлы).

Применение натуральных удобрений

К числу которых относятся вермикоспосты, полученные при переработке органических отходов красным калифорнийским червем Eisenia foetida.

Жидкий гной поддают сепарации, фракцию, содержащую 15-20% твердых веществ, выкладывают слоем 15-20 см на стеллажи. Из гноя, с помощью червяков, получают удобрения – биогумус или вермикомпост, а червяки, используются для кормления животных или как биодобавки и лекарственные препараты с применением очистки. Жировые отходы с добавлением осадков сточных вод пригодны для вермикультивирования, но из-за большого содержания тяжелых металлов использовать его как удобрение можно только для декоративных растений и лесонасаждений (как это делают во Франции).

Бесхребетные дробят растительный материал, увеличивая общую поверхность и тем самым содействуют размножению микроорганизмов. Пропуская измельченную еду через пищеварительный тракт, бесхребетные изменяют и увлажняют ее при пищеварении, т.е. создают более оптимальные условия для развития микроорганизмов. Также в кишечнике червяков присутствуют микроорганизмы Bacillis agglomeratus, которые способны извлекать нитросоединения из белков. Червяки, также, выделяют витамин D и витамины группы B (В₁, В₂, В₁₂). Окислительные ферменты выделяемые червяками в грунт, обогащают его, увеличивая тем самым число активных веществ (ауксины, гиберелины), которые ускоряют прорастание зерен, значительно уменьшают стресс растений и увеличивают устойчивость к заболеваниям.

При использовании биогумуса уменьшается содержание нитратного азота, при необходимом обеспечении витаминами. Также установлено положительное влияние вермикомпоста на нормализацию содержания нитратов и микроэлементов в зерне, благодаря повышенной активности пироксидазы в листах и зерне зерновых культур. Биогумус смягчает действие гербицида, восстанавливает биологические процессы в грунте, загрязненном тяжелыми металлами, которые связываются в малодоступные растительные комплексы. Биогумус также уменьшает уровень радиации в разных органах растений, в том числе и в плодах.

Преимущества биогумуса:

· большая влагоемкость;

· гидрофильность;

· механическая прочность (ходы червяков);

· отсутствие семян бурьянов;

· большое содержание БАВ (фитогормонов);

· большое разнообразие полезной микрофлоры;

· пролонгированное действие;

· оптимальная реакция среды для развития растений.

Благодаря этим преимуществам увеличивается плодородность грунта, активизируются процессы роста и увеличивается урожайность культур.

Вермикомпосты кроме того, что экологически полезны ещё и экономически выгодны: из 1 тонны отходов можно получить около 600 кг экологически чистого удобрения, полученную биомассу червей можно применить как кормовую добавку или лекарственные препараты.

Выводы: Вермикультивирование позволяет на биологической основе решать актуальные экологические проблемы:

· утилизация органических отходов;

· увеличение плодородности грунта;

· получение высококачественного экологически чистого органического удобрения.