INDUSTRIA MICROBIOLOGICĂ
INDUSTRIA MICROBIOLOGICĂ, producerea unui produs cu ajutorul microorganismelor. Procesul efectuat de microorganisme se numește fermentație; Capacitatea în care curge se numește fermentatorul (sau bioreactorul).
Procesele care au loc cu participarea bacterii, drojdii și mucegaiuri, persoana care a solicitat sute de ani pentru a produce alimente și băuturi, textile și de prelucrare a pieilor, dar participarea la aceste procese de microorganisme a fost demonstrată doar în mijlocul secolului al 19-lea în mod clar.
În secolul XX. industria a folosit o varietate de abilități biosintetice remarcabile ale microorganismelor, iar acum fermentația este esențială pentru biotehnologie. Cu ajutorul său, se obțin o varietate de substanțe chimice și medicamente de înaltă puritate. face bere. vin. fermentate. În toate cazurile, procesul de fermentare este împărțit în șase etape principale.
Creați un mediu.
Mai întâi de toate, trebuie să alegeți mediul de cultură adecvat. Microorganismele au nevoie de surse de carbon organice, o sursă adecvată de azot și diverse minerale pentru creșterea lor. În producția de băuturi alcoolice în mediu trebuie să fie orz, fructe stoarse sau fructe de padure. De exemplu, berea este de obicei făcută din must de must, iar vinul - din suc de struguri. Pe lângă apă și, eventual, unii aditivi, aceste extracte formează un mediu de creștere.
Mediu pentru produse chimice și medicamente mult mai dificil. Cel mai des folosit in zahar si alti carbohidrati, dar de multe ori uleiuri și grăsimi, hidrocarburi, și, uneori, ca sursă de carbon. o sursă de azot sunt de obicei amoniac și săruri de amoniu, precum și diferite produse de origine vegetală sau animală origine: făină de soia, făină de soia, făină de semințe de bumbac, arahide, produse secundare amidon de porumb, deșeuri de abator, făină de pește, extract de drojdie. Pregătirea și optimizarea mediului de creștere este un proces foarte complex și rețete medii industriale - secrete jealously păzit.
Sterilizare.
Mediul trebuie sterilizat pentru a distruge toate microorganismele poluante. Echipamentul de fermentare și auxiliar este, de asemenea, sterilizat. Există două metode de sterilizare: injecția directă a aburului supraîncălzit și încălzirea cu un schimbător de căldură. Gradul dorit de sterilitate depinde de natura procesului de fermentație. Ar trebui să fie maximă atunci când primiți medicamente și substanțe chimice. Cerințele privind sterilitatea în producția de băuturi alcoolice sunt mai puțin stricte. Astfel de procese de fermentare sunt denumite "protejate", deoarece condițiile create în mediu sunt de așa natură încât numai anumite microorganisme pot crește în ele. De exemplu, în producția de bere, mediul de creștere este pur și simplu fiert, mai degrabă decât sterilizat; Fermentatorul este, de asemenea, utilizat curat, dar nu steril.
Obținerea culturii.
Înainte de a începe procesul de fermentare, este necesară pentru a obține o cultură extrem de productiv curat. culturi pure de microorganisme sunt depozitate în cantități foarte mici și în condiții care să asigure viabilitatea și eficiența acestuia; de obicei, acest lucru se realizează prin depozitare la temperatură scăzută. Fermentatorul poate conține mai multe sute de mii de litri de mediu de cultură, iar procesul este pornit prin introducerea în ea a unei culturi (inocul) constituind 1-10% în volum, în care fermentația se va proceda. Astfel, cultura inițială ar trebui să fie eliminate (e subcultivă) pentru a ridica nivelul biomasei microbiene realiza procedeu microbiologic suficient pentru debitul cu productivitatea necesară.
Este absolut necesar să se mențină puritatea culturii tot timpul, fără a se permite contaminarea acesteia cu microorganisme străine. Conservarea condițiilor aseptice este posibilă numai cu un control microbiologic și chimico-tehnologic atent.
Creștere într-un fermentator industrial (bioreactor).
Microorganismele industriale ar trebui să crească într-un fermentator în condiții optime pentru formarea produsului dorit. Aceste condiții sunt strict controlate, asigurându-se că acestea asigură creșterea microorganismelor și sinteza produsului. Proiectul de fermentare ar trebui să permită reglarea condițiilor de creștere - temperatura constantă, pH (aciditatea sau alcalinitatea) și concentrația de oxigen dizolvată în mediu.
Un fermentator tipic este un rezervor cilindric închis, în care mediile și microorganismele sunt amestecate mecanic. Aerul circulă prin mediu, uneori saturat cu oxigen. Temperatura este reglată cu ajutorul apei sau a aburului, care trece prin tuburile schimbătorului de căldură. Un astfel de fermentator cu agitare este utilizat în cazurile în care procesul enzimatic necesită o cantitate mare de oxigen. Unele produse, dimpotrivă, se formează în condiții anoxice și în aceste cazuri se folosesc fermentoare cu un design diferit. Astfel, berea este preparată la concentrații foarte scăzute de oxigen dizolvat, iar conținutul bioreactorului nu este aerat și nu se amestecă. Unele fabrici de bere folosesc încă în mod tradițional rezervoare deschise, dar în majoritatea cazurilor procesul se desfășoară în recipiente cilindrice închise, ne aerate, care se îngrădează în jos, ceea ce contribuie la uscarea drojdiei.
Baza pentru producerea de oțet este oxidarea alcoolului în acid acetic prin bacterii Acetobacter. Procesul de fermentare are loc în containere numite acetatori, cu aerare intensivă. Aerul și mediul sunt aspirați printr-un agitator rotativ și alimentați pe pereții fermentatorului.
Izolarea și purificarea produselor.
După terminarea bulionul de fermentație în prezența microorganismelor, nutrienți componente media neutilizate, diverse reziduuri microorganisme și produsul în care se dorește să se obțină la scară industrială. Prin urmare, acest produs este purificat din alte componente bulion. La primirea de băuturi alcoolice (vin și bere), suficient doar pentru a separa drojdia este filtrat și filtratul a fost adus până la standard. Cu toate acestea, substanțele chimice individuale produse prin fermentație, extrase dintr-un bulion de compoziție complexă. Cu toate că microorganismele industriale special selectate în funcție de proprietățile lor genetice, astfel încât pentru a obține produsul dorit al metabolismului lor a fost maximă (în sens biologic), concentrația acestuia este încă scăzută în comparație cu cea obținută în producția prin sinteză chimică. Prin urmare, este necesar să se recurgă la metode sofisticate de selecție - extracție cu solvent, cromatografia și ultrafiltrare.
Prelucrarea și lichidarea deșeurilor de fermentație.
PROCESE MICROBIOLOGICE INDUSTRIALE
Procesele microbiologice industriale pot fi împărțite în 5 grupe principale: 1) biomasa microbiană în creștere; 2) producția de produse metabolice ale microorganismelor; 3) obținerea de enzime de origine microbiană; 4) producerea de produse recombinante; 5) biotransformarea substanțelor.
Biomasa microbiană.
Celulele microbiene pot servi ca produs final al procesului de producție. Două tipuri principale de microorganisme sunt produse la scară industrială: drojdia necesară pentru coacere și microorganismele unicelulare utilizate ca sursă de proteine care pot fi adăugate la alimentele umane și animale. Drojdia de drojdie a fost cultivată în cantități mari de la începutul secolului al XX-lea. și folosit ca produs alimentar în Germania în timpul primului război mondial.