- •Продуценты в биотехнологии Бактерии
- •Дрожжи (внетаксономическая группа грибов, утративших мицелиальное строение)
- •3.1. Смешанные культуры микроорганизмов. Использование. Типы взаимодействия между микроорганизмами в смешанной культуре.
- •3.2. Отличия биотехнологических процессов от химических. Обобщенные схемы основных производств микробиологического синтеза.
- •3.3. Биотехнология получения витаминов на примере витамина b12.
- •3.4. Общие показатели загрязненности сточных вод. Классификация методов очистки сточных вод.
- •4. Бактериальные и биологические загрязнения сточных вод
- •3.5. Среднее время пребывания потока в аппарате, как одна из основных характеристик кривых распределения. С- и f- кривые. Моменты с-кривой и их сущность.
- •4.1. Конкурентное ингибирование в периодической и хемостатной культуре.
- •4.2. Сорбционные методы выделения продуктов биосинтеза.
- •4.3. Уксусная кислота. Методы получения. Технология уксуснокислого брожения.
- •4.4. Ксенобиотики как загрязняющие факторы окружающей среды
- •1. Ксенобиотический профиль биогеоценоза
- •2. Пути переноса и трансформации ксенобиотиков
- •4. Ксенибиотики (кб) как зазрязняющие факторы ос. Основные источники поступления. Пути миграции и превращения.
- •5.1.Пищевая конкуренция в смешанных культурах. Влияние условий культивирования на состав популяций. Аутостабилизация фактора, ограничивающего развитие популяции.
- •5.2. Конструкции барботажных и барботажно-эрлифтных ферментеров.
- •5.2. Ферментеры газлифтные колонные и тарельчатые. Достоинства и недостатки.
- •5.3. Аминокислоты. Биосинтез, производство и характеристика лизина.
- •5.4 Аэробная очистка сточных вод. Последовательные стадии очистки.
- •5.6. Решение:
- •6.2. Сублимационная сушка.
- •6.3. Направленный синтез аминокислот и его регуляция. Ферментативная конверсия субстратов в аминокислоты.
- •6.4. Особенности микробиологической трансформации отдельных классов органических ксенобиотиков (пестициды, пав, органические галогенированные соединения).
- •7.1. Основные фазы роста и развития микробной культуры при периодическом культивировании.
- •7.3. Пищевая биотехнология. Производство молочных продуктов.
- •7.4. Микробиологические превращения металлов. Биосорбция металлов из растворов.
- •7.5. Аппаратурное оформление и основные принципы процесса ректификации.
- •8.1. Параметры роста культур микроорганизмов: скорость роста, время генерации, скорость деления, время удвоения. Эффективность биосинтеза.
- •8.2. Методы очистки и стерилизации воздуха. Аппаратурное оформление операций.
- •8.3.Продуценты белка
- •8.4. Характеристика анаэробных реакторов. Методика расчета менатенка. Области применения анаэробной очистки сточных вод. Сравнительный анализ эффективности работы аэробных и анаэробных реакторов.
- •8.5. Этапы процесса проектирования. Этапы создания детализированной технологической схемы, предварительной компоновки оборудования и корректировки начальной технологической схемы.
- •9.1. Особенности, условия и приемы культивирования изолированных тканей.
- •9.2. Экстракция. Применение в биотехнологии. Способы экстрагирования.
- •9.3. Спиртовое брожение. Производство этилового спирта. Области применения. Сырье, технологическая схема.
- •10.1. Одноступенчатое гомогенное культивирование микроорганизмов с рециркуляцией. Преимущества и недостатки.
- •10.2. Охрана труда, техника безопасности и санитарный контроль микробиологических производств.
- •10.3. Глутаминовая кислота: способы получения, биосинтез и схема получения.
- •10.4.Химия и использование бактериального окисления сульфидных минералов. Выщелачивание куч и отвалов, подземное выщелачивание
- •Механизм бактериального выщелачивания
- •Организация выщелачивания
- •10.5. Конструкции теплообменных аппаратов.
- •11.1 Влияние условий культивирования на скорость роста микроорганизмов.
- •11.2. Способы выделения биолологически активных веществ из биомассы микроорганизмов.
- •11.3. Лимонная кислота. Биосинтез. Технологическая схема производства.
- •11.4. Бактериальное выщелачивание.
- •11.5. Выпаривание. Температура кипения растворов (ткр). Температурная депрессия (тд). Технические методы выпаривания (тмв).
3.3. Биотехнология получения витаминов на примере витамина b12.
Органич. низ. молек. в., участв. в биохим. реакц, обеспеч. обмен веществ.
Жирорастворимые: А, Е, D, K.
Водорастворимые: С, Н, B1, B2, B6, B12.
Методы получения:
1) Экстракция из раст. и жив. сырья.
2) Хим. синтез – преимущ.
3) Биосинтез – сложн. строения, хим. синт невозможно (B2, B12, D2)
Витамин B12 — а-(5,6-диметилбензимидазолил) кобамид цианид представляет собой октаэдральный кобальтовый комплекс с шестью лигандами. Молекула витамина состоит из кобальтопиримидинового цикла в виде шестиосновной кислоты или фактора В и из 5,6-диметил-бензимидазол-нуклеотида. Витамин представляет собой диэфир фосфорной кислоты, в котором свободный отрицательный заряд фосфорной кислоты нейтрализован одним положительным зарядом атома кобальта. Применяют при лечении пернициозной анемии, язвах желудка и двенадцатиперстной кишки, гастрите, болезни Боткина, при лечении нервных и психических расстройств, костных переломах. Коферментная форма обладает высоким терапевтическим эффектом.
Питательная среда для культуры:
Барда, Глюкоза, CaCO3, CoCl2*6H2O.
Streptomyces olivaceus, Propionibacterium, Bacillus megatherium. Streptomyces olivaceus-аэробный микроб, хорошо растет на средах, содержащих углеводы, минеральные соли и органические азотсодержащие вещества. В качестве источника азота для питательной среды эффективно применять барду спиртовых заводов. Наилучшие выходы (1,6 у/мл) были получены при добавлении 4% барды к весу питательной среды. При этом максимальное образование витамина В12 наблюдалось на четвертый день инкубации. Добавление к средам, содержащим барду, аминокислот, некоторых витаминов комплекса В, кукурузного экстракта, мочевины, пиримидинов, 5,6-диметил-бензимидазола не увеличивало выход витамина В12.
S. olivaceus- быстро растет при 28—300, при 41° роста нет. В качестве источника углеводов можно применять глюкозу, мальтозу, лактозу, крахмал и мелассу. На выход витамина В12 влияет добавка кобальта в виде СоС12*6Н2О, CoSO4 *7Н20 и Со(NO3)2*6Н20. Максимальные выходы витамина B12 были получены при добавлении 2,5 частей CoSО4*7Н2О на 1 млн. частей питательной среды. Схема производства относится к микроорганизму S. olivaceus. Исходную культуру выращивают на агаровой среде (косяки) при 280С в течение 4—6 дней. Споры с косяков переносят в колбы, где при 280С выращивают культуру 48 час. Затем ее переводят в инокулятор 1. Питательную среду готовят в смесителе 2, где ее стерилизуют при 120° в течение 60 мин. Состав питательной среды: барды 4%, глюкозы 0,5—1,0%. CaCO3 —0,5% и CoCl2*6H2O — 1,5—10 част./млн.; рН доводят едким натром до 6,5—7,0. Из смесителя-стерилизатора 2 среда поступает в ферментатор 3, где ее охлаждают водой до 22°. Из инокулятора 1 туда же вводят культуру и пускают струю воздуха давлением 2,5 атм. из компрессора 4 через измеритель воздуха 5 и угольный фильтр 6, предварительно стерилизованный паром. Стерильный воздух пропускают в количестве 0,1—0,5 л в 1 мин. на 1 л среды. Ферментаторы имеют объем 20 м3, а инокуляторы — 1,4 м3. Размер угольных фильтров: диаметр 0,45 м и высота 2,5 м. В инокуляторах культуру выращивают 2 дня, а в производственных ферментаторах 3—4 дня. Признаком окончания процесса ферментации является разжижение среды. рН при этом повышается до 8,0 и более. Содержание витамина B12 в культуральной жидкости в конце ферментации 1,0—2,0 у/мл. После окончания ферментации содержимое ферментатора перекачивают в сборник 7, где витамин В12 стабилизируют добавлением небольшого количества сульфата натрия и доведением рН серной кислотой до 5,0.
Культуральная жидкость содержит около 3% сухих веществ. Из сборника 7 ее направляют в вакуум-выпарной аппарат 8, где уваривают до сиропообразного состояния и спускают в сборник 9. Далее сироп поступает в атмосферную вальцовую сушилку 10, где высушивается до 5°/о влаги. Сухой продукт измельчают в дробилке11, откуда он поступает в смеситель 12, для расфасовки.
Производство кормового концентрата витамина В12: продуценты, среды, технологическая схема.
Methanosarcina barkeri, Metanobacterium formicum, Mtb. thermoautotrophicum.
Витаминный состав кормового концентрата, названного КМБ-12 (концентрат метанового брожения, содержащий витамин В12), следующий, мг/кг натурального веса: В12, пантотеновая кислота, рибофлавин, пиридоксин, никотиновая кислота, тиамин, фолиевая к., холин. Принципиальная схема производства кормового концентрата витамина В12 (КМБ-12) из послеспиртовой и последрожжевой барды:
1) Метановое сбраживание
2) Обработка метановой бражки соляной кислотой
3) Подогрев и дегазация подкисленной метановой бражки
4) Упаривание метановой бражки
5) Сушка упаренной метановой бражки
6) Расфасовка и упаковка готового продукта (КМБ-12)
Концентрат содержит 25% протеинов. Образующиеся газы брожения (20-25 м3/т барды) содержат 65-70% метана, имеют теплотворную способность 6200-6500 ккал/м3 и используются как топливо. Конденсаты, получаемые при упаривании метановой бражки, после их охлаждения на градирне имеют БПК5 = 80-100 мг/л.
В России производство кормового препарата витамина B12 основано в основном на переработке барды (отхода ацетоно-бутилового или спиртового производства) биоценозом бактерий, осуществляющих термофильное метановое брожение сточных вод.
Используют сложный консорциум анаэробных микроорганизмов, включающих углеводсбраживающие, аммонифицирующие, сульфатвосстанавливающие и метанобразующие бактерии.
Мезофильные и термофильные метаногенные бактерии, в том числе Metanobacterium thermoautotrophi-сит, Mb. thermoformicuin, Mb. bryantii, Metanosarcina barkeri, Ms. vacuolata, Ms. mazei, Methanococcus hatopilus, синтезируют исключительно фактор III.
Истинный витамин B12 образуют неспорообразующие метилотрофы: Eubacterium limosum, близкий к нему Butyribacterium methylotrophicum и Acetobacter woodi. Путем создания искусственных биоценозов и подбора условий ферментации возможно целенаправленное регулированиепроцесса биосинтеза витамина В12.[2]
По способу, разработанному УкрНИИСПом и внедренному на Андрушевском спиртовом заводе, последрожжевую барду используют для производства витамина В12 . С этой целью барду сбраживают метанообразующими бактериями, бражку сгущают на выпарной установке и сушат на распылительной сушильной установке. Получаемый продукт является ценной витаминной добавкой в корма.
К барде добавляют метанол — до 2%, СоСl2 -6Н2О — 10 г/м3 , мочевину - 300 г/м3 и сухие кормовые дрожжи — 230 г/м3 . Добавление низших жирных кислот и низших спиртов позволяет значительно повысить выход целевого продукта. Дозировку обогатителей производят автоматически.
Барду подают в нижнюю часть ферментатора метантенка (на 4—5 тыс. м3 ), в котором автоматически регулируют параметры процесса, обеспечивая контроль температуры (55—57°С), рН (7,5—8,0) и длительности брожения. Одновременно в ферментер поступает посевной материал культуры микроорганизмов, предварительно выращенный в специальных аппаратах. Для выращивания продуцента требуются облигатно анаэробные условия. Для этого в среду подают диоксид углерода или газы, выделяющиеся в процессе ферментации. Процесс ведут непрерывно, ежесуточно заменяя 20—25% бродящей жидкости на свежую барду. В качестве пеногасителя используют рыбий жир.[2]
Для получения кормового препарата бражку выпаривают и сушат. Упаривание метановой бражки производится под вакуумом на четырехкорпусной выпарной станции, оборудованной аппаратами с естественной циркуляцией. Время работы ВУ между промывками 27-28 суток. Промывку осуществляют 2-3 %-ным раствором щелочи без механической чистки.
При метановом сбраживании последрожжевой барды бактерии используют не только органические соединения, но и некоторые кислотные радикалы солей. Сероредуцирующие бактерии переводят SO42- в H2S. В результате этих реакций катионы металлов Ca, K, Na связываются с образующимся при метановом брожении CO2. Ввиду большого избытка CO2 эти металлы образуют бикарбонаты. Растворимый бикарбонат кальция при упаривании превращается в нерастворимый CaCO3:
Ca(HCO3)2 → ↓CaCO3 + H2O + CO2
Во избежание образования отложений на поверхностях нагрева метановую бражку перед упариванием подкисляют соляной кислотой до рН 5,5-6,0 и, нагревая до температуры 100 гр. Цельсия, дегазируют. В этом случая нерастворимые соли кальция превращаются в хлористые легко растворимые соли:
CaCO3 + 2 HCl = CaCl2 + H2O + CO2
Поскольку витамин В12 неустойчив при тепловой обработке, особенно в щелочной среде, его стабилизируют. Для этого получаемую в процессе брожения жидкость перед выпариванием подкисляют до рН 5,0—5,3 и добавляют к ней сульфит натрия (0,1—0,25%). Содержание витамина В12 в исходной сброженной жидкости — 4,4 г/м3 . Сгущение сброженной барды осуществляют на выпарных аппаратах (до 14—17% содержания сухих веществ), а сушку в распылительной сушилке.
Концентрация витамина B12 в высушенном препарате — 500—600 мг/кг. Истинный витамин составляет 20—25% от суммы корриноидов, фактор III — 35—40%, фактор В и другие — 40—45%. Получаемый препарат называют КМБ-12. [5]
Промышленное получение витамина B12 – пример безотходной и экологически чистой технологии. Сырьем для ее реализации служат массовые отходы, а конечными продуктами – биогаз (65% метана, 30% диоксида углерода), использующийся как топливо, и биомасса метановых бактерий – источник биологически активных соединений, активирующих, например, ромт молочнокислых бактерий.[4]