Lektsia_2 (1)

2. Элементы биотехнологического процесса

Элементы биотехнологического процесса
Биологический агент
Субстрат
Аппаратура
Продукт

1. Биологический агент
При выборе биологического агента и постановке его на производство прежде всего следует соблюдать принцип технологичности штаммов.
Промышленные продуценты также должны :
обладать устойчивостью к мутационным воздействиям, фагам, заражению посторонней микрофлорой (контаминации);
характеризоваться безвредностью для людей и окружающей среды,
не иметь при выращивании побочных токсичных продуктов обмена и отходов,
иметь высокие выходы продукта и приемлемые технико-экономические показатели.

Биологический агент
Ферменты - катализаторы биологического происхождения.
Иммобилизованные ферменты представляют собой гармонично функционирующую систему, действие которой определяется правильным выбором фермента, носителя и способа иммобилизации.
Преимущество мобилизованных ферментов в сравнении с растворимыми заключается в следующем:
стабильность и повышенная активность,
удержание в объеме реактора, возможность полного и быстрого отделения целевых продуктов,
организации непрерывных процессов ферментации с многократным использованием биологического агента.

Биологический агент
Клетки и ткани растений
каллус
Клетки животных
гибридомы
стволовые клетки

1-е поколение
Продукты животного и растительного происхождения
2-е поколение
Углеводороды (ациклические, ароматические)
3-е поколение
Газы, летучие жидкости
2. Субстраты

3. Аппаратура
Отличия биотехнологических процессов от химических технологий
чувствительность биологических агентов к физико-механическим воздействиям
наличие межфазового переноса веществ (по типу «жидкость – клетки», «газ – жидкость – клетки»)
требования условий асептики
низкие скорости протекания многих процессов в целом
нестабильность целевых продуктов
пенообразование
сложность механизмов регуляции роста и биосинтеза

Аппараты для анаэробных процессов
Аппараты для аэробной поверхностной ферментации
Аппараты для аэробной глубинной ферментации
Типы ферментационных аппаратов

Применяются в процессах конверсии растительного сырья, в том числе растительных отходов, а также различных промышленных отходов.
Метановые установки оборудованы системой подачи сырья, системой теплообменах труб для стабилизации температуры, несложным перемешивающим устройством для гомогенного распределения сырья и биомассы продуцента, газовым колпаком и устройством переменного объема (газгольдер) для сбора образуемого биогаза.
Аппараты для анаэробных процессов

Применяются для производства органических кислот и ферментов.
жидкофазные
твердофазные
Аппараты для аэробной
поверхностной ферментации

Классификация по подводу энергии:
к газовой фазе,
к жидкой фазе,
комбинированный подвод.
Аппараты для аэробной
глубинной ферментации

По подводу энергии к газовой фазе:
Данные аппараты представляют собой вертикальную ёмкость, снабженную газораспределительным устройством одного из известных типов. Барботажные газораспределительные устройства обычно устанавливаются в нижней части аппарата. Подаваемый сверху через распределительную трубу воздух, пройдя через барботер, насыщает кислородом толщу среды.
барботажно-колонный
барботажно-эрлифтный
Аппараты для аэробной
глубинной ферментации

По подводу энергии к жидкой фазе:
В данных аппаратах ввод энергии осуществляется жидкой фазой, обычно самовсасывающими мешалками или насосами.
Аппараты для аэробной
глубинной ферментации

По комбинированному подводу энергии:
Основными их конструкционными элементами являются перемешивающие устройства всех известных типов, а также наличие в совокупности насосов и перемешивающих устройств. Это могут быть аппараты с группой самовсасывающих мешалок и насосом для перекачивания культуральной жидкости и другие сочетания перемешивающих и аэрирующих устройств.
Аппараты для аэробной
глубинной ферментации

1 группа – биомасса, которая является целевым продуктом (белок одноклеточных) или используется в качестве биологического агента (биометаногенез, бактериальное выщелачивание металлов);
2 группа – первичные метаболиты – это низкомолекулярные соединения, необходимые для роста микроорганизмов в качестве строительных блоков макромолекул, коферментов (аминокислоты, витамины, органические кислоты);
3 группа – вторичные метаболиты (идиолиты) – это соединения, не требующиеся для роста микроорганизмов и не связанные с их ростом (антибиотики, алкалоиды, гормоны роста и токсины).
4. Продукты