- •О. Ю. Сартакова
- •Учебное пособие
- •Содержание
- •1 Основы микробиологии ................................................... 7
- •2 Основы биотехнологии ................................................... 42
- •3 Типовая схема и основные стадии
- •4 Основные понятия биокатализа и53
- •5 Ферментация....................................................................... 65
- •6 Области применения биотехнологии........................... 69
- •Введение
- •1 Основы микробиологии
- •1.1 Общие сведения о микроорганизмах
- •1.2 Распространение микроорганизмов в природе
- •1.3 Морфологическая характеристика отдельных групп микроорганизмов
- •1.3.1 Структура эукариотической клетки
- •Ской мембраны
- •1.3.2 Структура прокариотической клетки
- •1.3.3 Ультрамикробы
- •1.3.4 Бактерии
- •1.3.4.1 Спорообразование у бактерий
- •1.3.4.2 Движение бактерий
- •1.3.4.3 Размножение бактерий
- •1.3.4.4 Питание бактерий
- •1.3.4.5 Типы питания
- •1.3.4.6 Систематика бактерий
- •1.3.5 Актиномицеты
- •1.3.6 Грибы
- •1.3.7 Водоросли
- •1.3.8 Простейшие
- •1.3.9 Коловратки
- •2 Основы биотехнологии
- •2.1 Объекты биотехнологии
- •2.2 Прошлое и настоящее биотехнологии
- •2.3 Перспективы развития биотехнологии
- •2.4 Основные виды биотехнологической деятельности микроорганизмов
- •2.5 Преимущества биотехнологических процессов
- •3 Типовая схема и основные стадии биотехнологических производств
- •4 Основные понятия биокатализа и биотрансформации
- •4.1 Основные группы биотрансформаций
- •4.2 Основные виды реакций биокатализа
- •4.3 Классификация ферментов
- •4.4 Преимущества и недостатки биокаталитических процессов
- •4.5 Основные понятия иммобилизации ферментов
- •4.6 Методы иммобилизации ферментов
- •Го связывания с носителем
- •«Сшивки»
- •4.7 Оценка качества иммобилизованных ферментов и метода иммобилизации
- •4.8 Примеры использования ферментов
- •5 Ферментация
- •5.1 Классификация процессов ферментации
- •Ферментация бывает:
- •5.2 Основные параметры периодической ферментации
- •5.3 Понятие скорости роста
- •5.4 Фазы периодической ферментации
- •5.5 Преимущества и недостатки периодической ферментации
- •6 Области применения биотехнологии
- •6.1 Биотехнологические процессы в решении экологических задач
- •6.2 Примеры блок-схем микробиологической очистки стоков
- •6.3 Биохимические методы очистки воды
- •6.3.1 Микробная ассоциация и технологические условия ме-
- •6.3.2 Очистка воды в аэротенках
- •6.3.3 Очистка воды в биофильтрах
- •6.3.4 Комбинированные сооружения аэробной биохимической очистки воды
- •6.3.5 Процессы нитрификации и денитрификации
- •6.3.6 Методы обработки осадка
- •6.3.7 Аэробная стабилизация осадка
- •6.3.8 Метановое брожение (биометаногенез)
- •6.3.8.1 Этапы метанового брожения
- •Биогаз (сн4, co2 )
- •6.3.8.2 Химизм процесса метанового брожения
- •6.3.8.3 Микробная ассоциация биометаногенеза
- •6.3.8.4 Сырье биометаногенеза
- •6.3.8.5 Технологические режимы и аппаратурное оформление процесса метанового брожения
- •6.4 Биоценозы как индикаторы сапробности водоемов
- •6.5 Применение биотехнологии в медицине
- •6.5.1Антибиотики
- •6.5.2. Гормоны
- •6.5.3 Вакцины, иммунные сыворотки и иммуноглобулины
- •6.5.4 Ферменты
- •6.5.5 Биодатчики в медицине
- •6.6 Применение биотехнологии в энергетике
- •6.6.1 Законы биоэнергетики
- •6.6.2 Биологические мембраны, как преобразователи энергии
- •6.6.3 Характеристика растительного сырья как источника энергии
- •6.6.4 Альтернативные источники энергии и их получение
- •6.7 Производство пищевых продуктов и напитков
- •6.7.1 Биотехнологические процессы в хлебопекарном производстве
- •6.7.2 Биотехнология приготовления пива
- •6.7.3 Производство вина и спиртсодержащих продуктов
- •6.7.4 Биотехнология приготовления кисломолочных продуктов и сметаны
- •6.7.5 Биотехнологические процессы в сыроделии
- •6.7.6 Биотехнология приготовления маргарина
- •6.8 Химическая промышленность и биотехнология
- •6.9 Сельское хозяйство и биотехнология
- •6.10 Биогеотехнология
- •6.10.1Биогидрометаллургия
- •6.10.2 Выщелачивание куч и отвалов
- •6.10.3 Бактериальное выщелачивание in situ
- •6.10.4 Выщелачивание минеральных концентратов
- •6.10.5 Микробиологический способ извлечения золота
- •6.10.6 Биосорбция металлов из растворов
- •6.10.7 Обогащение руд
- •6.10.8 Извлечение нефти
- •6.11 Безопасность биотехнологических процессов
- •Глава 1
- •Главы 2, 3
- •Глава 4
- •Глава 5
- •Глава 6
4.8 Примеры использования ферментов
Наиболее известные примеры использования ферментов.
1. Получение глюкозо-фруктозных сиропов из крахмала. Здесь используется 3 фермента: амилаза — для разжижения крахмала, глю- коамилаза — для осахаривания крахмала (трансформации в глюкозу) и глюкозоизомераза — для изомеризации глюкозы в более сладкий сахар фруктозу.
2. Обработка молочной сыворотки. Фермент бета-галактозидаза способствует расщеплению молочного сахара лактозы на глюкозу и га-
лактозу.
Тот же фермент используется для обработки молока и получения безлактозного молока.
3. Производство этанола, пива. Здесь используют те же фермен- ты, что и для получения глюкозо-фруктозных сиропов (кроме глюкозо- изомеразы) — амилаза и глюкоамилаза.
64
4. Обработка молока при получении творога и сыров. Здесь ис-
пользуется молокосвертывающий фермент.
5. Стиральные порошки с биодобавками. Используются фермен-
ты протеазы.
6. Производство вина и соков. Здесь используется фермент пекти- наза, который позволяет превращать взвешенные частицы виноградной или фруктовой мезги в растворимые сахара.
7. Получение L-аминокислот, преимущественно усваиваемых жи- вотными, из D-аминокислот, которые получаются при химическом синтезе. Такую изомеризацию осуществляют ферменты аминоацилазы.
8. Очистка кожи от волос в кожевенной промышленности. Эта операция осуществляется с использованием ферментов протеаза, кол- лагеназа.
9. Осуществление превращений стероидов (например, превращен- ие гидрокортизона в преднизолон). Используется иммобилизованный фермент дегидрогеназа.
10. Модификация природных антибиотиков. Мы уже упоминали
практически важный процесс получения 6-аминопеницилла-новой кис- лоты (6-АПК) из пенициллина. Используется фермент пенициллинами- даза или иммобилизованные клетки бактерий, продуцирующих этот фермент.
5 Ферментация
Ферментация – это процесс, в котором происходит преобразова- ние исходного сырья в продукт с использованием биохимической дея- тельности микроорганизмов или изолированных клеток. Практически синонимами слова «ферментация» можно считать такие термины, как выращивание микробов, культивирование, биосинтез.
Следует отличать ферментацию от биотрансформации и биоката-
лиза.
Исходную среду в процессах ферментации или ее основной ком-
понент часто обозначают словом «субстрат».
5.1 Классификация процессов ферментации
По признаку целевого продукта процесса, ферментация может быть следующих типов:
65
1) ферментация, в которой целевым продуктом является сама био- масса микроорганизмов; именно такие процессы часто обозначают словами «культивирование», «выращивание»;
2) целевым продуктом является не сама биомасса, а продукты ме- таболизма — внеклеточные или внутриклеточные; такие процессы ча- сто называют процессами биосинтеза;
3) задачей ферментации является утилизация определенных ком- понентов исходной среды; к таким процессам относятся биоокисление, метановое брожение, биокомпостирование и биодеградация.
По основной среде, в которой протекает процесс,