- •1. Биотехнология как межотраслевая область научно-технического прогресса и раздел практических знаний
- •2. Этапы развития биотехнологии
- •3. Основные факторы, обусловившие развитие современной биотехнологии
- •4. Связи биотехнологии с биологическими, химическими, техническими и другими науками
- •5. Практические задачи биотехнологии и важнейшие, исторические этапы ее развития (вторая часть – это вопрос 2)
- •6. Области применения достижений биотехнологии
- •7. Микроорганизмы (бактерии и высшие протисты) – основные объекты биотехнологии
- •8. Преимущества микроорганизмов перед другими объектами в решении современных биотехнологических задач
- •9. Принципы подбора биотехнологических объектов: модельные и базовые микроорганизмы, штаммы микроорганизмов, использующиеся в биотехнологии
- •10. Выделения и селекция микроорганизмов, продуцентов биологически активных веществ
- •11. Принципиальные подходы к улучшению штаммов промышленных микроорганизмов
- •12. Промышленные энзимы, продуцируемые микроорганизмами
- •13. Клетки животных и растений как объекты биотехнологии
- •14. Использование клеточных культур в биотехнологических процессах
- •15.Трансгенные животные и растения как новые объекты биотехнологии
- •16. Требования, предъявляемые к питательным субстратам, использующимся в биотехнологических процессах
- •17.Природные сырьевые материалы растительного происхождения
- •18. Отходы различных производств, как сырьё для биотехнологических процессов
- •19.Химические и нефтехимические субстраты, применяемые в качестве сырья для биотехнологии
- •20. Преимущества и недостатки биотехнологических производств по сравнению с химическими технологиями
- •21. Принципиальные схемы биотехнологических процессов, определяющие конструкции биореакторов(ферментёров)
- •22. Основные требования, предъявляемые к системам, используемым для процессов ферментации
- •23. Типы и режимы ферментации: периодические и непрерывные процессы
- •24. Проблемы аэрирования, пеногашения , асептики и стерильности при различных ферментациях
- •25. Открытые и замкнутые ферментационные системы
- •26. Хемостатные и турбидостатные режимы культивирования продуцентов
- •27. Основные требования, предъявляемые к биореакторам
- •28. Системы перемешивания, применяемые в современных ферментах
- •29. Принципы масштабирования технологических процессов: лабораторные, пилотные и промышленные ферментеры и решаемые с их использованием задачи
- •30. Специализированные ферментационные технологии: анаэробные, твердофазные и газофазные процессы
- •31.Особенности культивирования клеток животных и растений
- •32. Конечные стадии получения продуктов биотехнологических процессов
- •33. Отделение биомассы: флотация, фильтрование и центрифугирование
- •34. Методы дезинтеграции клеток: физические, химические и энзиматические
- •35. Выделение целевого продукта: осаждение, экстрагирование, адсорбция, электрохимические методы, ионообменная хроматография
- •36. Концентрирование, обезвоживание, модификация и стабилизация целевых продуктов биотехнологических процессов
- •37. Биотехнология производства «одноклеточного» белка
- •38. Продуценты «одноклеточного» белка
- •39. Требования, предъявляемые к микробному белку и возможности его использования
- •40. Сырьевая база производства белка одноклеточных организмов; высокоэнергетические субстраты, отходы сельского хозяйства и других производств
- •41.Область применения энзимов в биотехнологических процессах
- •42. Преимущества и недостатки энзимных технологий
- •43.Технология производства энзимов для промышленных целей
- •44. Требования, предъявляемые к продуцентам
- •45.Иммобилизованные энзимы и преимущества их применение в биотехнологии
- •46. Носители, используемые для иммобилизации энзимов природные и синтетические органические носители
- •47. Типы неорганических носителей
- •48. Способы иммобилизации энзимов: адсорбция, включение в гели и полупроницаемые мембраны; химические методы иммобилизации ферментов
- •49. Иммобилизованные клетки в биотехнологии
- •50. Получение рекомбинантных белков с помощью прокариотических систем
- •51.Особенности производства белков продуктов медицинского назначения
- •52.Использование достижений биотехнологии в сельском хозяйстве и охране окружающей среды
- •53. Получение и использование трансгенных растений для повышения продукции сельского хозяйства и качества продуктов питания
- •54. Получение трансгенных животных для продукции белков медицинского назначения
- •55. Возможные риски использования генетически модифицированных организмов (гмо) для здоровья человека и окружающей среды
- •56. Достижения молекулярной биотехнологии в генотерапии
- •57. Биотехнология очистки промышленных отходов
- •58. Биотехнологические способы получения энергоносителей
- •59. Исследования генома человека и его результаты
- •60. Получение рекомбинантных белков с помощью эукариотических систем
29. Принципы масштабирования технологических процессов: лабораторные, пилотные и промышленные ферментеры и решаемые с их использованием задачи
Технология производственного процесса всегда отрабатывается поэтапно. Принцип масштабирования – поэтапное увеличение объема аппаратов. Сначала его моделируют в лабораторных биореакторах, затем в пилотных и только после этого в промышленных установках. Лабораторные биореакторы (объем – 0,5-100 л) по форме, системам аэрации и перемешивания напоминают промышленные. В них используется механическое перемешивание с барботажем. По типу теплообмена могут быть двух категорий:
Лишенные собственных систем теплообмена и стерилизации. При этом установку помещают в водяную баню с постоянной температурой, а стерилизацию проводят в автоклаве;
Принцип устройства полностью соответствует промышленным биореакторам.
Лабораторные ферментаторы применяют для решения следующих задач:
кинетических – скорость роста клеток, утилизация субстратов и образование целевого продукта;
массообменных – рассчитывают коэффициент массопередачи, скорость поступления в среду кислорода и других газов, скорость освобождения среды от газообразных продуктов жизнедеятельности;
стехиометрических – связь потребленных субстратов и кислорода с получаемыми целевыми и побочными продуктами.
Пилотные биореакторы (пионерские, поисковые, указывающие путь) (объем – 100 л - 5 м3) дублируют промышленные установки. В них изучают макрокинетику потоков жидкости, газа и теплоты. Такие установки позволяют решать вопрос о том, пойдет ли процесс в промышленном масштабе.
Промышленные биореакторы (объем – 5-1000 м3). В них осуществляется синтез кинетических и стехиометрических характеристик. Причем многие параметры не соответствуют лабораторным и пилотным установкам. Для них важным критерием является масштабирование. Как правило, оптимальные условия в ферментаторах изменяются при каждом десятикратном увеличении объема установки.
30. Специализированные ферментационные технологии: анаэробные, твердофазные и газофазные процессы
Большинство ферментационных технологий связано с жидкими аэрируемыми системами, однако в настоящее время достаточно широко используются ферментационные технологии, основанные на утилизации плотных субстратов, при отсутствии воды или малом ее количестве, а также в безкислородных условиях. Анаэробные процессы. Биореакторы для таких процессов лишены приспособлений для аэрирования среды, хотя некоторые из анаэробных процессов сопровождаются потреблением газообразных продуктов водорода, метана, поэтому требуют соответствующих приспособлений для подачи газов в жидкую среду. Ведущим моментом является обеспечение анаэробиоза, что сопряжено со значительными сложностями. Твердофазные процессы. Твердофазные осуществляются, на основе растительного сырья и используют чаще всего мицелиальные грибы и дрожжи или их комбинации. Различают три типа твердофазных процессов:
Поверхностные, когда слой субстрата не превышает 3-7 см ("тонкий слой"). В качестве "биореакторов" используются большие (до нескольких квадратных метров) подносы или культуральные камеры.
Глубинные процессы, идущие в не перемешиваемом слое ("высокий слой"). Биореакторы представляют собой глубокие открытые сосуды. Для аэробных твердофазных процессов разработаны приспособления, обеспечивающие диффузионный и конвекционный газообмен.
Перемешиваемые процессы, протекающие в перемешиваемой и аэрируемой массе субстрата, который может быть гомогенным (полужидкой консистенции) или состоять из частиц твердого вещества, взвешенных в жидкости (переходный вариант от твердофазного процесса к процессу в жидкой фазе). Для этого обычно используют биореакторы с низкоскоростным перемешиванием.
Газофазные процессы. Процессы этого типа осуществляются в аппаратах с твердым наполнителем, через который пропускают газ. В таких аппаратах получают, например, спирт на основе дрожжей, а также их биомассу, мелкие агрегаты дрожжевых клеток, предварительно увлажненные концентрированной питательной средой, "парят" в потоке газа, подаваемого под сильным давлением через сопло в днище реактора. Газ,покидающий аппарат, несет с собой летучие продукты жизнедеятельности дрожжей (в том числе и спирт), которые конденсируются в холодильнике.Процесс может осуществляться как в аэробных, так и в анаэробных условиях (в зависимости от используемого газа).