Folyamatok Biotechnológia
Fontos feladat a teremtés bármely biotechnológiai eljárás kifejlesztése és optimalizálása tudományos alapú technológia és berendezések neki.
A szervezet a biotechnológiai termelési részben kölcsönzött a tapasztalat, mire kémiai technológia. Azonban biotechnológiai folyamatok meglehetősen eltér a kémiai, mint a biotechnológia felhasználása bonyolultabb szervezet anyag - biológiai. Mindegyik biológiai objektum (sejt, egy enzim, stb ...) - egy autonóm önszabályozó rendszert. A természet biológiai folyamatok összetett és nem teljesen tisztázott. A mikrobiális populációk, például jellemzi szignifikáns heterogenitás több alapon - életkor, fizikai aktivitás, rezisztenciát kölcsönöz a káros környezeti tényezők.
Ők is, hogy véletlenszerű mutációk gyakoriságát, ami 10-4-10-8. A heterogenitás is az oka, hogy a jelenléte interfész felületek és inhomogenitása a közeg.
A alapján a szétválás a biotechnológiai eljárások alapja lehet a különböző elvek, például értékelésére tárgyak tartozó superkingdom élőlények, a funkcionális aktivitását a bio-objektum, a lehetőségét, izoláljuk az egyes fázisok a biotechnológiai termelési rendszerek, mint külön folyamatok: elválasztási, tisztítási és csomagolása a végtermék, stb (2.1 táblázat.).
Táblázat 2.1. Rendszerezése biotechnológiai eljárások
Az ilyen osztályozási rendszer indokoltak, és tudod használni őket, mint egyenlő.
Biotechnológiai eljárások osztható biológiai, biokémiai és bioanalogichnye. Az előbbi közé tartoznak azok, amelyek alkalmazásán alapulnak akariot, prokarióták és eukarióták, a második - a használata enzimek és mások - kémiai szintézissel vagy félszintézissel anyagokat funkcionálisan hasonló vagy ekvivalens primer (előállítására aminosavak, stb) vagy másodlagos metabolitok az élő szervezetek ( derivatilázását penicillin és cefalosporin, tetraciklin, stb nukleotidbázisokból.).
Általánosságban, minden olyan biotechnológiai eljárás három fő szakasza: predfermentatsionnuyu, fermentációs és postfermentatsionnuyu. Vázlatos diagramja végrehajtásának biotechnológiai eljárások általában képviseli egy diagram, amely kísérlet történik, hogy tükrözze az összes lehetőséget fermentációs folyamatok (ábra. 2.1).
Ábra. 2.1. Generalizált rendszer folyamatok Biotechnológia
Predfermentatsionnaya szakaszban
Ebben a lépésben, végzett tárolás és előkészítés a kultúra a termelő (inokulum) és fogadó előállítására táptalajon és szubsztrátok, fermentációs berendezések, és újrahasznosított folyamat levegő és a víz.
A komponensei a tápközegnek alapján választjuk tömegmérleg számítási társított az átalakulás egy áramforrás a sejt biomassza és / vagy metabolit ráhagyásnál fogyasztott (megjelent) energia. Jellemzően a minőségi és mennyiségi összetételét a táptalaj van adva a szabályozási dokumentációt.
A karbantartási és előkészítése tiszta kultúra egy nagyon fontos pont predfermentatsionnoy lépés, hogy a kívánt termék: legtöbbször ez a biomassza mikroorganizmusok - a termelők. Ezek a baktériumok és a gombákat, de néha működhet, mivel a termelők magasabb rendű eukarióta sejtek (rovar, emlősök, növények).
Előállítása, fiziologobiohimicheskie jellemzőit és tulajdonságait hatékonyságának meghatározására a biotechnológiai eljárással. Tiszta kultúrában a tároló rekesz végzett ipari törzsek, és azok reaktiválás és üzemideje termelő szükséges mennyiségű, a folyamat elindításához.
Ipari törzs ideális megfelelnek az alábbi alapvető követelményeket:
1) a stabilitás a szerkezeti és morfológiai jellemzői és fiziológiai aktivitás a gyártására és üzemeltetésére;
2) egy nagyobb növekedési sebesség és a bioszintézis a cél (-s) a termék (ek);
3) megfelelően széles körű rezisztenciát kölcsönöz a káros környezeti tényezők (hőmérséklet-ingadozás, pH, keverés, közepes viszkozitású);
4) mérsékelt igények korlátozott számú tápegységek; mint a szélesebb körű szén-, nitrogén-és egyéb elemek használhatók termelési törzs, annál könnyebb tenyésztjük, és nagyobb haszonnal.
Amikor növekvő termesztett inokulum alkalmazott dózis méretezés elve, t. E. Elvégzett szekvenciálisan termelő kapacitása biomassza flakonokba, palackokba, majd egy sorozat egymást követő fermentorok. Minden ezt követő lépésben az eljárás különbözik az előzőtől szempontjából a sorrendben rendszerint. Nyert termelő steril vetőmag vonalak irányított további berendezésben, ahol a fermentációs lépést végre.
Táptalajok készítéséhez végzik speciális reaktorokban keverővel felszerelt. Attól függően, hogy az oldhatóság és a kompatibilitás az alkotóelemek között külön reaktorokban is alkalmazhatók. Food Technology környezetben jelentősen bonyolítja, ha oldhatatlan komponenseket tartalmazza összetételére. A különböző biotechnológiai folyamatokban alkalmazott különböző eredetűek, és szubsztrát mennyisége, így a folyamat a előállításukra változhat.
Adagolás tápanyagok kiválasztott és végrehajtott külön minden egyes gyártási folyamat szabályozásának megfelelően egy adott folyamat. Mivel a használt mérőeszközöket ebben súlya és térfogata eszközök használják az élelmiszeriparban és vegyiparban. Anyagok szállítására szivattyúk, öv csiga. Tömeges táplálják be fermentorokban, oly módon vákuumszivattyúk.
Gyakran használt premixek elvét, azaz a sók előzetesen feloldottuk, majd szállítani csővezetékes, adagolási takarmány térfogat.
Mivel a rendkívül változatos biotechnológiai eljárások és használt azok végrehajtásának környezetben, módszerek és eszközök, figyelembe véve ezek az elemek már társítható specifikus biotechnológiai iparágak.
erjedés
Lépés fermentáció egy fontos lépés a biotechnológiai eljárások, mivel ez alatt történik a kölcsönhatás a szubsztrátum és a kívánt termék termelésére. Ezt a lépést végezzük biokémiai reaktor (fermentor), és lehet megszervezni függően különböző jellemzőit és követelményeit a gyártó használt típusú és minőségű végtermék.
Fermentáció is előfordulhat szigorúan aszeptikus körülmények között, vagy betartása nélkül sterilitás szabályok (az úgynevezett „nem védett” fermentációs); Folyékony és szilárd táptalajokon, aerob és anaerob. Aerob fermentáció is előfordulhat, viszont, felületaktív vagy mély (egész vastagsága a táptalaj). A termesztés biológiai objektumok végezhetjük szakaszos és átfolyó mód, félig folyamatos rátáplálásos-szakaszos szubsztrát.
Során batch fermentáció nőtt tenyészet áthalad egy sorozat egymást követő lépéseket tartalmazza: a lag-fázis, exponenciális, lassú növekedés, helyhez kötött és a haldokló (2.2 ábra.). Így jelentős változások fiziológiai állapotában a bioobject, és számos környezeti paraméterek.
Ábra. 2.2. Curve mikroorganizmusok növekedésének során szakaszos fermentáció: 1 - lag fázis; 2 - az exponenciális növekedési fázisban; 3 - lineáris növekedési fázisban; 4 - a növekedési szakaszban retardáció; 5 - állófázis; 6 - haldokló fázis
A kívánt termékek képződnek az exponenciális (primer metabolitok - enzimek, aminosavak, vitaminok, azaz olyan anyagok, amelyek szükségesek a sejtek növesztéséhez, ..) és az álló (szekunder metabolitok - antibiotikumok, alkaloidok, hormonok, toxinok - alacsony molekulatömegű anyagok, amelyek nem szükségesek a kultúra növekedés de működéséhez szükséges lakossága érett, gyakran egy védelmi funkció) szakaszokban azonban céljától függően a biotechnológiai folyamat a modern ipari folyamatokban alkalmazzák a differenciálás elvének termesztés mód. Ennek eredményeként, a feltételeket a maximális termelését a kívánt terméket.
Folyamatos fermentáció bioobjects végzett egyensúlyi körülmények között, amikor a mikrobiális populáció és a termékek a leginkább homogén, vagyis a. E. A stacionárius fázis. A használata folyamatos fermentációs folyamatok olyan feltételeket a hatékony irányítás és ellenőrzés a bioszintézis folyamatokban. folyamatos fermentációs rendszerben lehet elhelyezni elve szerint a teljes elmozdulás vagy teljes keverési.
Első példa - úgynevezett csőszerű Culture: A fermentációs eljárást hajtjuk végre egy hosszú cső, amely az egyik végén folyamatosan tápláljuk a tápközeget és az inokulumként, és a másik - azonos sebességgel következik folyékony tenyészközeget és a kívánt termékeket. A rendszer fut fermentációs heterogén, és hajtanak végre, mint általában, keverés nélkül.
A folyamatos fermentáció fermentorokban teljes keveredést (homogén-flow módszer) az egész fermentációs tömegegységre azonos körülmények között. Az ilyen rendszerek lehetővé teszi a hatékony fermentációs hogy ellenőrizzék az egyes lépéseket és az összes biotechnológiai eljárás előállítására és stabilizálására van lényegében bármely kívánt kísérletvezető biotechnológia vagy állapot.
Biztosítása a fermentációs folyamat szempontjából a kivitelezés csökkenti, hogy egy mért áramlás egy fermentor folyamok (inokulum, levegő vagy gázkeverékek tápanyag tápanyagok, habzásgátlók) és hőelvonást abból, a kilépő levegő, a tenyésztő folyadékban, valamint a mérési és stabilizálása a fő folyamat paraméterek szinten szükséges optimális fejlődéséhez a termelő és a cél termék.
Az erjesztés során képződnek komplex keverékeit tartalmazó sejtek, extracelluláris metabolitok, a maradék koncentrációja a kiindulási szubsztrát. Ebben az esetben a kívánt termék általában megtalálható ebben a keverékben kis koncentrációban, és sok közülük könnyen tönkremegy. Mindez korlátozásokat vezet be módszerek izolálása és szárítása biológiai termékek.
LV Timosenko, MV Chubik