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

Возможности микробиологического синтеза

Для микроорганизмов характерны такие замечательные свойства как:

- 1) во-первых, высокая интенсивность жизнедеятельности, т.е. роста, размножения и отмирания;

- 2) и, во-вторых, большое своеобразие обмена веществ (метаболизма).

Например:

1) Скорость образования биомассы у микроорганизмов:

- почти, в 500 раз больше чем у растений;

- и в примерно 1000 – 5000 раз больше чем мяса животных.

- За пару часов биомасса микроорганизмов может увеличиться вдвое.

2) Кроме того, в ряде случаев вся биохимическая активность микроорганизмов направляется на синтез какого-нибудь полезного вещества.

В частности микроорганизмы образуют при синтезе:

- до 0,5 кг пенициллина на каждый 1,0 кг биомассы;

- а витамина В₁₂ микроорганизмы образуют в количествах пре­вышающих их жизненные потребности в 100 – 200 раз.

Пенициллин — первый антибиотик, то есть антимикробный препарат, полученный на основе продуктов жизнедеятельности микроорганизмов.

Он был выделен в 1928 г Александром Флемингом из штамма гриба Penicillium notatum на основе случайного открытия:

· попадание в культуру бактерий плесневого гриба из внешней среды оказывает на неё бактерицидное действие.

В 1940—1941 годах английский бактериолог Хоуард У. Флори, а также биохимики Эрнст Чейн и Норман У. Хитли работали над выделением и промышленным производством пенициллина сначала в Англии, затем в США.

Они впервые использовали его для лечения бактериальных инфекций в 1941 году. В 1945 году Флемингу, Флори и Чейну была присуждена Нобелевская премия по физиологии и медицине «за открытие пенициллина и его целебного воздействия при различных инфекционных болезнях».

В СССР первые образцы пенициллина получили в 1942 году микробиологи З. В. Ермольева и Т. И. Балезина. Зинаида Виссарионовна Ермольева активно участвовала в организации промышленного производства пенициллина.

Созданный ею препарат пенициллин-крустозин ВИЭМ был получен из штамма гриба вида Penicillium crustosum.

Пенициллины длительное время являлись основными антибиотиками, нашедшими широкое применение в клинической практике во всём цивилизованном мире.

Затем, по мере развития фармакологии, были выделены и синтезированы антибактериальные препараты других групп (тетрациклины, аминогликозиды, макролиды,цефалоспорины, фторхинолоны и другие).

Однако, несмотря на наличие большого разнообразия групп антибактериальных препаратов, пенициллины по-прежнему занимают достойное место в терапии инфекционных заболеваний.

Поскольку основным показанием к назначению того или иного антибиотика в настоящее время является чувствительность к его действию патогенной микрофлоры (определяемая в лабораторных условиях), а также минимальное количество побочных эффектов антибиотикотерапии^[1].

Как из­вестно витамины – это группа низкомолекулярных органиче­ских веществ, которые в очень низких концентрациях оказы­вают сильное и разнообразное биологическое действие. В при­роде источником витаминов являются главным образом расте­ния и микроорганизмы.

Продуценты витамина B₁₂ культивируют в средах, приготовленных на основе пище­вого сырья: соевой муки, рыбной муки, мясного и кукурузного экстракта.

Мировая продукция витамина В₁₂ составляет 9 - 11 тыс. кг в год; из них 6,5 тыс кг используют на медицинские цели, а остальное - для животноводства. Производство витамина В₁₂ основано главным образом на культивировании пропионовокислых бактерий.

Одним из главных достоинств биотехнологии является то, что при микробиологическом синтезе используется:

- не дефицитное, не дорогое сырье в виде отходов пищевой промышленности,

- а также такое широко распространенное сырье как нефть и природный газ.

Понятие о многотоннажном и малотоннажном производстве.

По мере создания микробиологических производств происходило их отделение от пищевой, химической, медицинской и др. отраслей промышленности.

По степени использования микроорганизмов отрасли промышленности можно разделить на две большие группы:

I. К первой - относится ряд пищевых производств

· (например, бродильные производства, пивоварение, виноделие и пр.)

II. Ко второй - производства связанные с культивированием, т.е. выращиванием микроорганизмов, либо продуцированием (выработкой) полезных продуктов жизнедеятельности микроорганизмов.

Первая группа производств не относится к собственно микробиологической промышленности.

Применение микроорганизмов ограничивается здесь, какой либо одной стадией технологического процесса.

Вторая же группа является собственно биотехнологией или микробиологической промышленностью и по технологическому признаку может быть разделена на две подгруппы:

I. Многотоннажные производства.

II. Малотоннажные производства.

Многотоннажные производства связаны с выработкой:

- больших количеств биомассы микроорганизмов (прежде всего дрожжей);

- ряда органических кислот (лимонной, молочной, уксусной и др.);

- и ряда спиртов.

При многотоннажном производстве используется т.н. глубинное выращивание (т.е. культивирование) микроорганизмов.

Условия культивирования

- (т.е. выращивания) в многотоннажном производстве

- не требует высокой степени стерильности, в связи с этим здесь используются т.н. не стерильные ферментаторы.

Это связано с тем, что вероятность проникновения и воздействия на основные процессы посторонней (дикой или вульгарной) микрофлоры мала.

Культивирование в многотоннажных производствах происходят в неблагоприятных условиях для дикой микрофлоры:

· в кислой среде при рН 4,0 – 5,0

· и температурах больше 35 ⁰С.

Кроме того, в многотоннажном производстве:

- питательные среды и т.н. культуральные жидкости (т.е. биологические жидкости, в которых выращиваются микроорганизмы),

- содержат спирты и другие компоненты в концентрациях, при которых затруднен рост многих вредных или диких микроорганизмов.

Кроме того, в ряде случаев при культивировании в многотоннажном производстве используются микроорганизмы являющиеся

- т.н. анаэробами (т.е. не нуждающимися в кислороде воздуха).

Следовательно, при культивировании

- не требуется аэрация (т.е. насыщение воздухом),

- что облегчает борьбу с посторонней микрофлорой.

Ввиду таких сравнительно не высоких требований к защите процесса от посторонней микрофлоры основное оборудование в многотоннажном производстве, а именно:

– бродильные чаны и ферментаторы

– не нуждаются в надежной стерилизации и герметизации.

Что же касается особенностей технологии многотоннажных производств, то следует особенно выделить то, что стадия выделения готового продукта довольно проста:

- либо сепарация дрожжей;

- либо ректификация растворителей.

Кроме того, конечные продукты выпускаются

– либо в жидком виде,

– либо сухом виде, для чего они подвергаются сушке в распылительных сушилках.

Малотоннажные производства или тонкий микробиологический синтез относятся ко второй подгруппе.

Цель малотоннажных производств:

- получение либо бактериальных препаратов;

- либо веществ сложной органической структуры, большинство из которых обладает биологической активностью

Сюда относятся:

· медицинские и кормовые антибиотики,

· ферменты, бактериальные удобрения, и стимуляторы роста,

· кровезаменители тепа полиглюкина, вакцины, гормональные препараты и т.п.

В малотоннажном производстве также используется глубинное выращивание микроорганизмов, которые являются продуцентами биологически активных веществ.

(Продуценты – организмы способные синтезировать органические вещества из неорганических).

Культивирование при малотоннажном производстве происходит в условиях близких к нормальным и оптимальным для развития вульгарной (дикой) микрофлоры (рН 6,2 – 7,2 и температура 25 – 35 ⁰С).

Следовательно, посторонние микроорганизмы могут;

- либо полностью подавить рост полезного продуцента;

- либо резко снизить выход нужного продукта метаболизма микроорганизмов.

В связи с этим к оборудованию, используемому в малотоннажном производстве,

· предъявляются повышенные требования к стерильности и герметичности, как аппаратов,

· так и технологических процессов протекающих в них.

Выделение конечного продукта из культуральных жидкостей в малотоннажном производстве происходит более сложным путем.

Помимо сепарации и фильтрования приходится использовать такие процессы как:

- осаждение;

- экстракция;

- выпарка;

- ионный обмен и др.

Продукты тонкого микробиологического синтеза, как правило, термически нестойки.

Это требует

– невысоких температур

– и быстрого проведения процессов выделения после культивирования.

Готовый продукт выпускается, как правило, в сухом виде и фасуется в герметичную тару.

Наиболее распространенными видами сушки продуктов тонкого микробиологического синтеза является:

- распылительная; - тепловая вакуумная сушка; - сушка в кипящем слое; - и сублимационная.

Хранение готового продукта производится

– либо при пониженных температурах,

– либо в условиях исключающих контакт продукта с окружающей средой.

В принципиальном плане и при многотоннажном производстве и при тонком микробиологическом синтезе используется родственное, по сути, оборудование.

Рекомендуемая литература:

1. Калунянц К.А., Голгер Л.И., Балашов В.Е., Оборудование микробиологических производств М.; Агропромиздат, 1987. стр. 5 - 10.

2. Боротников И.В., Босенко А.М., Машины и аппараты микробиологических производств. Минск, Высшая школа, 1982. - 288 с.

3. Еренгалиев А.Е., Какимов А.К., Жаксыбаев А.М. Биотехнологическое оборудование. Учебное пособие. – Семипалатинск, 2006. – стр. 3 – 9.