- •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
1.2 Распространение микроорганизмов в природе
Вследствие малых размеров, а также способности усваивать са- мые разнообразные вещества в качестве источников питания, легко приспосабливаться к условиям внешней среды, микроорганизмы широ- ко распространены в природе и могут быть обнаружены там, где отсут- ствуют другие формы жизни. Естественной средой обитания микроор- ганизмов являются почва, вода и организмы человека и животных.
Воздух не является благоприятной средой для развития микро- бов, поскольку не содержит капельножидкой воды, но, попадая в воз- дух с поверхности земли или предметов вместе с пылью, многие ми- кроорганизмы могут временно сохранять жизнеспособность.
Численность и видовой состав микроорганизмов, населяющих почву, определяется наличием в ней влаги и питательных веществ, ре-
акцией среды, температурой, степенью аэрации. Почва, кроме самого
верхнего слоя, служит микроорганизмам защитой от губительного дей- ствия прямых солнечных лучей. Почва является местом обитания раз- нообразных видов бактерий, водорослей, грибов, простейших. Наибо- лее богаты микроорганизмами хорошо обработанные почвы. Число бактерий в 1 г почвы может составлять несколько миллионов, водо- рослей – до 100 тыс., грибов – десятки тысяч. Микроорганизмы, насе-
9
ляющие почву, обладают колоссальной общей поверхностью. Так, в пахотном слое 1 га почвы поверхность микробных клеток составляет около 500 га. Именно этим и объясняется чрезвычайно активное воз- действие микроорганизмов на почву. Большинство бактерий развива- ется в верхнем слое почвы глубиной 15 – 20 см. Водоросли развива- ются в слое до 10 см и иногда вызывают обильное цветение почвы. Выделяя кислород в процессе жизнедеятельности, они способствуют аэрации почвы. В условиях хорошей аэрации верхнего слоя интенсив- но развиваются микроскопические грибы. В почве широко представле- ны черви и личинки насекомых, которые рыхлят почву, обеспечивая проникание кислорода в более глубокие слои.
Микронаселение водных объектов, его численность и видовое разнообразие определяются, прежде всего, степенью загрязненности
воды, т.е. наличием в ней органических веществ. Гидробионты - оби-
татели водной среды – относятся к различным систематическим груп- пам. В природных водоемах могут развиваться водоросли, бактерии, простейшие, грибы. Для глубоко залегающих артезианских вод благо- даря защищенности водоносных слоев обычно характерно почти пол- ное отсутствие микроорганизмов. Воды открытых водоемов отличают- ся разнообразием и непостоянством химического состава и микробного населения. Численность последнего зависит от ряда причин: заселен- ности прибрежных районов, количества атмосферных осадков, време- ни года и т.д., поскольку они обусловливают характер и степень за- грязненности водоема. Особенно много микроорганизмов в водных ис- точниках вблизи крупных городов. Значительно возрастает число бак- терий в водоемах после дождя и в период весеннего половодья. В зим- ний период численность гидробионтов резко уменьшается. Наиболее богаты микроорганизмами сточные воды. Число бактерий в 1 мл сточ- ной воды может превышать 1 млрд. Источником микроорганизмов бытовых сточных вод являются физиологические выделения человека
и его хозяйственная деятельность. Некоторые виды производственных сточных вод содержат специфические микроорганизмы, используемые
в технологическом процессе производства лекарственных препаратов,
спирта, молочнокислых продуктов и т.д. Ливневые сточные воды за-
грязнены микробами, вымываемыми из почвы.
Микрофлора человека и животных. Многие микроорганизмы вре- менно или постоянно обитают в полостях тела или на теле человека и животных. От стабильности сложившегося в ходе эволюции баланса между организмом и его микрофлорой и равновесия внутри микроб-
10
ных ассоциаций существенно зависит ход разнообразных процессов в организме и, в конечном счете, его здоровье.
Оценивая качественный и количественный состав микрофлоры человека и животных, необходимо подчеркнуть особое ее обилие и разнообразие в различных отделах пищеварительного тракта. Наи-
большее количество микробов обитает в толстой кишке и нижних от-
делах тонких кишок. Много их на слизистых оболочках полости рта
(микрококки, пневмококки, стрептококки, лактобациллы, дрожжи, ак- тиномицеты и др.) и в зубном налете (лактобациллы, стрептококки и спирохеты). На коже человека и животных постоянно обнаруживаются стафилококки, энтерококки, сарцины, кишечная палочка и др. виды семейства энтеробактерий. Свободны или почти свободны от микроор- ганизмов нижние органы дыхания, пищевод и желудок.
В последние годы в связи с широким применением антибиотиков, иммунодепресантов и многих других биологически активных веществ участились нарушения в составе микрофлоры (дисбактериозы), яв-
ляющиеся причиной заболевания человека.