- •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
Введение
Микроорганизмы самые древние существа на нашей планете. С момента их появления (приблизительно 3,6 млрд. лет тому назад) ми- неральная история Земли идет параллельно и взаимосвязано с эволю- цией живого. Именно в результате геохимической деятельности ми- кроорганизмов в окружающей среде произошло накопление опреде- ленных минералов, появились необходимые условия для возникнове- ния и развития растений и животных, а также, в конечном счете, сфор- мировалась биосфера планеты. Основную роль в поддержании биосфе- ры в более или менее устойчивом состоянии путем осуществления кру- говорота необходимых для жизни элементов продолжают выполнять микроорганизмы и в наши дни.
Человек, постоянно находясь в окружении микробов, издавна ощущал проявления их жизнедеятельности, а некоторые из них ис- пользовал в своей практике. Уже в 5-6-м тысячелетии до н. э. человек
пользовался плодами деятельности микроорганизмов, не зная об их су-
ществовании. С давних времен люди занимаются виноделием, пивова- рением, выпечкой хлеба, вымачиванием льна и некоторыми другими производствами, в основе которых лежат микробиологические процес- сы. Повсеместно в окружающей среде человека происходило и в на- стоящее время происходит разложение различных веществ. И, нако- нец, во все времена человечество страдало от микроорганизмов, вызы- вающих инфекционные заболевания. Тем не менее, о мире микробов люди узнали сравнительно недавно, что объясняется, в первую оче- редь, ограниченностью наших органов чувств. Глаз человека имеет разрешающую способность примерно 100 мкм, а размеры подавляю- щего большинства клеток бактерий составляют 2-5 мкм. Попытки преодолеть созданный природой барьер и расширить возможности ор- ганов зрения человека были предприняты еще в Древнем Вавилоне, где изготовлялись увеличивающие линзы. Можно считать, что с изготов- лением этих линз человек сделал первый шаг на пути в микромир и стал осознано использовать микробов в своей хозяйственной деятель- ности.
Биотехнология - одна из самых старых и одновременно одна из самых молодых наук и отраслей промышленности. Биотехнология - это организованная человеком деятельность микроорганизмов, направлен- ная на получение определенного продукта. В настоящее время биотех- нология является одним из приоритетных направлений науки, с кото- рым связывают благосостояние всего человечества в обозримом буду-
6
щем. При этом содержание, которое вкладывается в этот термин, зача- стую существенно различается. Например, многие под биотехнологией понимают использование растениеводства и животноводства для на- родного хозяйства - то, что обычно называют сельскохозяйственным производством. Другое направление, также определяемое термином
«биотехнология», - применение различных генетических манипуляций для получения трансформированных геномов любых живых объектов - от вирусов до человека. От этого направления ожидают революционн-
ых изменений в качестве жизни человечества, и эти надежды вполне
обоснованны.
Однако достижения биотехнологии становятся реальной помо- щью народному хозяйству и отдельным людям лишь тогда, когда на их основе создаются промышленные производства, функционирование которых направлено на разработку практически ценных продуктов в заметных, а не микроскопических количествах. Именно эта сторона деятельности человека охватывается дисциплиной «Промышленная биотехнология». Знания по этой дисциплине нужны не только непо- средственно инженерам-биотехнологам, но также и инженерам-меха- никам, имеющим дело с оборудованием биотехнологических произ- водств, и инженерам-экологам при работе с этими производствами.
Изучение биотехнологических процессов невозможно без знаний основ микробиологии, а именно морфологии и систематики микроор- ганизмов.