Шпаргалка по "Биотехнология"

• Объем культивирумой смеси должен оставаться постоянным, т. е. чтобы не было утечки или испарения содержимого.

• Уровень растворенного  кислорода должен поддерживаться выше критических уровней аэрирования культуры аэробных организмов.

• Параметры внешней среды, такие, как температура, рН и т. п., должны постоянно контролироваться.

• Культура при выращивании  должна быть хорошо перемешиваемая.

К материалам, используемым при конструировании сложных, прецизионно работающих ферменторов, предъявляются определенные требования (порой весьма строгие):

а) все материалы, вступающие в контакт с растворами, подающимися  в биореактор, соприкасающиеся с культурой микроорганизма, должны быть устойчивыми к коррозии, чтобы предотвратить загрязнения

металлами даже в следовых количествах;

б) материалы должны быть нетоксичным и, чтобы даже при  самой малой растворимости они  не могли бы ингибировать рост культуры;

в) компоненты и материалы  биореактора должны выдерживать повторную стерилизацию паром под давлением;

г) перемешивающая система  биореактора и места поступления и выхода материалов и продуктов должны быть легко доступными и достаточно прочными, чтобы не деформироваться или ломаться при

механических воздействиях;

д) необходимо обеспечить визуальное наблюдение за средой и культурой, так  что материалы, используемые в процессе, по возможности должны быть прозрачными.

Для оптимизации биотехнологических процессов требуется постоянный и тщательный контроль за изменяющейся картиной ферментации, что обеспечивается наличием в биореакторах соответствующих датчиков, позволяющих осуществлять избирательный анализ определенных параметров ферментационного процесса. Неотъемлемой частью большинства ферментаций является та или иная степень компьютеризации. За последние десятилетия форма биореакторов существенно изменилась. Первые (исходные) ферментационные системы представляли собой неглубокие емкости, перемешивание в которых осуществлялось либо путем их встряхивания, либо посредством перемешивания содержимого вручную. На основе первичных систем в последующем были созданы аэрируемые башенные конструкции, которые в настоящее время доминируют в промышленном производстве.

Системы перемешивания являются важным классификационным принципом  биореакторов различного типа. Правда, поскольку биореакторы являются многопараметровыми аппаратами, они могут классифицироваться и по другим критериям: размерам, целевым назначениям (лабораторные, опытно-промышленные или пилотные, промышленные), режиму работы (периодического и непрерывного действия), условиям культивирования (аэробные и анаэробные, мезофильные и термофильные, для поверхностного и глубинного

выращивания, для жидких и твердых питательных сред, газофазные). И все же система перемешивания имеет не последнее значение в классификации. По способу перемешивания и аэрации биореакторы

подразделяются на аппараты с механическим, пневматическим и  циркуляционным перемешиванием.

17) Преимущества микроорганизмов перед другими объектами в решении современных биотехнологических задач.Мир  микроорганизмов крайне  разнообразен.  В настоящее время относительно  хорошо  охарактеризовано (или известно)  более 100 тысяч различных их  видов.Главным  критерием при выборе  биотехнологического объекта (в нашем случае  микроорганизма-продуцента)  является  способность синтезировать целевой продукт.  Однако  помимо  этого,  в технологии самого  процесса  могут закладываться дополнительные  требования, которые порой бывают  очень и очень важными,  чтобы не  сказать решающими. В общих словах микроорганизмы должны: • обладать высокой скоростью роста; • утилизировать необходимые для их  жизнедеятельности дешевые субстраты; • быть  резистентными к посторонней микрофлоре,  т.  е.  обладать высокой конкурентоспособностью.  -небольшие размеры-вездесущны-разнообразные типы метаболизма-фототрофы-занимают небольшой объем-высокая скорость деления,быстрый рост-способны жить в различных условиях.Повышенная устойчивость к нагреванию,но малоактивны при обыных температурах.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

18) Преимущества и недостатки биотехнологических производств по сравнению с хим. технологиями;

Преимущества производства органических продуктов

биотехнологическими способами  перед чисто химическими методами

достаточно многогранны:

• многие сложные органические молекулы, такие, как белки и

антибиотики, не могут практически  быть синтезированы

химическими способами;

• биоконверсия обеспечивает значительно больший выход целевого

продукта;

• биологические системы  функционируют при более низких

температурах, менее высоких  значениях рН (близких к нейтральному)

и т. п.;

• каталитические биологические  реакции намного специфичнее, чем

реакции химического катализа;

• биологические процессы обеспечивают почти исключительно

продукцию чистых изомеров одного типа, а не их смесей, как это

часто бывает в реакциях химического синтеза.

Но вместе с тем биологические  способы в сравнении с химическими

методами обладают рядом  явных недостатков:

1. Биологические системы  могут легко быть загрязнены  посторонней

нежелательной микрофлорой.

2. Целевой продукт, синтезируемый  биологическим способом,

присутствует в довольно сложной смеси, что обусловливает

необходимость разделения его  от примеси ненужных веществ.

3. Биотехнологические производства  требуют больших количеств

воды, которую в итоге  необходимо удалять, сбрасывая в

окружающую среду.

28

4. Биопроцессы обычно идут медленнее в сравнении со стандартными

химическими процессами.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

19)Большинство  ферментационных  технологий  связано  с  жидкими

аэрируемыми  системами,  однако  в настоящее время достаточно широко используются  ферментационные технологии,  основанные  на  утилизации

плотных  субстратов,  при  отсутствии  воды  или  малом  ее  количестве,  а 

также в безкислородных условиях.

Анаэробные процессы

Биореакторы  для таких процессов лишены  приспособлении  для

аэрирования  среды,  хотя  некоторые из  анаэробных  процессов

сопровождаются потреблением газообразных продуктов водорода, метана,

поэтому  требуют  соответствующих  приспособлений  для  подачи  газов  в

жидкую  среду.  Ведущим  моментом  является  обеспечение  анаэробиоза,

что сопряжено со значительными  сложностями.

Твердофазные процессы.

Многие  биотехнологические  процессы  основаны  на  взаимодействии

трех  фаз:  твердой,  жидкой  и  газообразной.  Существуют  процессы,  в

которых роль жидкой фазы сведена  до минимума: она лишь используется

для  увлажнения  твердой  поверхности  или  воздуха (газа). В  зависимости 

от  превалирующей  фазы  процессы  и  соответствующие  им  аппараты

подразделяются на твердофазные и  газофазные.

Твердофазные осуществляются, как правило, на основе растительного

сырья  и  используют  чаще  всего  мицелиальные  грибы и дрожжи  или их

комбинации. Различают три типа твердофазных процессов:

•  Поверхностные,  когда  слой  субстрата  не  превышает 3–7 см

("тонкий  слой").  В  качестве "биореакторов"  используются

большие (до  нескольких  квадратных  метров)  подносы  или 

культуральные камеры.

•  Глубинные  процессы,  идущие  в  не  перемешиваемом  слое

("высокий  слой").  Биореакторы  представляют  собой глубокие

открытые  сосуды.

•  Перемешиваемые  процессы,  протекающие  в  перемешиваемой  и

аэрируемой  массе  субстрата,  который  может  быть  гомогенным

(полужидкой  консистенции)  или   состоять  из  частиц  твердого

вещества,  взвешенных  в  жидкости (переходный  вариант  от

твердофазного  процесса  к  процессу  в  жидкой  фазе).  Для  этого 

обычно  используют  биореакторы  с низкоскоростным

перемешиванием.

Преимущество твердой перед жидкой:

1)  они  требуют  меньших   затрат  на  оснащение  и   более  дешевые  в

эксплуатации;

2) характер субстрата облегчает  отделение и очистку продукта;

3)  низкое  содержание  воды  препятствует  заражению  культуры 

продуцента посторонней микрофлорой;

4)  твердофазные  процессы  не  связаны  со  сбросом  в   окружающую

среду больших количеств сточных вод.

Однако  и  здесь  существуют  свои  проблемы.

Газофазные процессы

Процессы  этого  типа  осуществляются  в  аппаратах  с  твердым

наполнителем,  через  который  пропускают  газ.  В  таких  аппаратах 

получают,  например,  спирт  на  основе  дрожжей,  а  также  их  биомассу,

мелкие  агрегаты  дрожжевых  клеток,  предварительно  увлажненные 

концентрированной  питательной  средой, "парят"  в  потоке  газа,

подаваемого под сильным давлением  через сопло в днище реактора. Газ,

покидающий аппарат, несет с  собой летучие продукты жизнедеятельности 

дрожжей (в том числе и спирт), которые конденсируются в холодильнике.

Процесс может  осуществляться  как  в  аэробных,  так и в анаэробных

условиях (в зависимости от используемого газа).

 

20)Векторные системы, применяемые для конструирования продуцентов БАВ

Вектором называется та часть рекомбинантной ДНК, которая обеспечивает ее проникновение и репликацию в клетке – хозяине.Молекулярное клонирование.Лучше всего разроботана система вектор-хозяин для Е.коли:

• Плазмиды(внехромосомные ген.элементы-ковалентно-замкнутые кольцевые суперспиральные молекулы ДНК.Кодируют устойчивость клеток к ампициллину и тетрациклинупутем трансформации
• Бактериофаг альфа(вирус размножающийся на Е.коли .Двуцепочечная ДНК(кольцеваяДНК-репликативная форма)Основаны на замещениии центральной части фага!фаговые векторы имеют верхний и нижний предел размеров клон-ых объектов!.Удобны для создания клонотек,но не для тонких манипуляций)метод инфицирования
• Производные 2-космиды и фазмиды(Космиды-плазмиды ,несущие липкие коцы ДНК фага альфа.Преднозначены для клонирования больших фрагментов эук.ДНК и создания клеток геномов.инфицирование.Фазмиды-гибриды между фагами и плазмидами.Приемущество-относительная простота комплиментационного анализа.Дают возможность не переклонировать гены из фаговых в плазмидные

Бактериофаг М13(одноцепочечная ДНК переходящая в двухцепочечную после проникновения в клетку .Такая ДНК может быть использована для секвенирования)инфицирование                                                                   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

21) Одноклеточный белок на отходах

снижению загрязнения  и созданию пищевого белкового препарата.

Привлекательность растительных отходов, содержащих углеводы, состоит

низкой стоимости

небольшом количестве операций

. Субстратами для организмов-

продуцентов служат: меласса (Sacharomyces cerevisiae), молочная

сыворотка в производстве сыра (Kluyeromyces fragilis), отходы

крахмального производства с использованием двух видов дрожжей

(Endomycopsis fibuligera и Candida utilis

 Pekilo, представляющий

собой грибной белок, получаемый путем  ферментации углеводов мелассы,

молочной сыворотки, отходов фруктов, гидролизатов древесины или

сельскохозяйственного сырья

 (горох, бобы,

отруби и т. п.) служат объектами  микробной переработки (гидролиз

крахмала и белков) с целью  получения продуктов улучшенного  качества

(например, улучшение аромата продукта, обогащение его белком и

аминокислотами).

Одноклеточный белок из

сельскохозяйственного сырья

растения специально для применения в качестве субстрата

 маниока, сахарный тростник  и некоторые виды

пальм могут явиться перспективным  сырьем, которое подвержено

быстрым ферментативным обработкам с достаточно высоким

экономическим эффектом. Если лигноцеллюлоза окажется способной

легко и экономически выгодно утилизироваться  какими-нибудь

микрорганизмами, то большинство районов мира получат готовые

питательные субстраты, пригодные  для различных биотехнологических

процессов. Одноклеточный белок из водорослей

22) Применение ферментов

1896  г.  считается  достоверным   началом  современной  микробной 

ферментной  технологии  с  получением  первого  коммерческого  продукта

новой  отрасли –  такадиастазы,  представляющей  собой грубую

(неочищенную)  смесь  гидролитического  фермента,  приготавливаемую 

путем выращивания гриба Aspergillus oryzae на отрубях ячменя.

Быстрое развитие ферментной  технологии началось  с  середины 50-х 

годов  на  основе  использования  грибных (микробных)  ферментов.

Причиной этого главным образом  явилось следующее:

1)  Интенсивное  развитие  практики  глубинного  культивирования 

микроорганизмов, связанных с производством  антибиотиков, что, в свою

очередь,  потребовало  новых  знаний  и  привело  к  быстрому  внедрению 

появляющихся разработок в производство.

2)  Быстрое  развитие  основных  знаний  о  свойствах  ферментов, 

обусловливающее  реализацию  их  потенциала  для целей промышленного

катализа.