загрузка...
загрузка...
На головну

Микроорганизмдердің клеткалық массасының құрамы

  1. Атмосфераға антропогенді әсердің ықпалы. Атмосфераның құрылысы мен газдық құрамы.
  2. Күлдің физико-химиялық құрамы
  3. Литосфераның құрылысы, құрамы және қасиеті.
  4. Микроорганизмдердің қоректенуінің ғылыми принциптері.
  5. Отын және түтiн газдар құрамындағы улы заттар
  6. Ші кесте. Атмосфераның төменгі қабатының құрамы

Кесте 1.1

Биомасса түрі Құрамы, құрғақ салмағы бойынша, %
Белок Көмірсутек Майлар Минералды заттар
Бактериялар 62-73 10-15 6-12
Ашытқылар
Балдырлар
Арық сиыр еті -

Микробиологиялық синтез жолымен белоктық препараттар алу өндірісі, аталған өнімдерді басқа жолмен алу түрлеріне қарағанда тиімді саналады. Микроорганизмдер жануар және өсімдіктерге қарағанда жүз есе тиімді. Әр түрлі микроорганизмдер, өсімдіктер және жануарлар массасының екі еселену уақыттары (сағ.) мынадай: Ашытқылар......................................................................................0,3-2

Балдырлар.........................................................................................2-50

Ауыл шаруашылық культурасы, шөп...........................................170-340

Балапандар........................................................................................340-680

Торайлар............................................................................................680-1000

Ірі қара мал...................................................................................680-1360

Ашытқылар мен бактериялардың өсу жылдамдығы ауыл шаруашылығындағы ең өнімді дақылдарға қарағанда 500 есеге жуық, ал ірі мүйізді малдың жақсы тұқымдарына қарағанда 100 есе көп. 1 м3 қоректік ортада 1 сағ өсіріп 3 кг-ға жуық жемдік ашытқыларды алуға болады. Ал 1 тәулікте 1 м3 аппараттан 30 кг-ға жуық ақуыздар алуға болады. Ақуыздың осындай массасын бұршақтан алу үшін 18 га осы дақылдың егістігі, ал бір тәулікте жануар ақуыздың осындай массасын алу үшін 100 сиыр асырау қажет.

Ауылшаруашылық, тағамдық, ағаш өңдейтін және мұнай химиялық өндірістердің қалдықтары ретінде қолданатын қолайлы және арзан шикізат ақуыз өндірудің микробиологиялық әдісінің тағы бір ерекшелігі болып табылады. Сонымен белоктық заттарды алу мүмкіндігі көмірсутектік субстраттар негізінде глюкоза, меласса, ағаштың гидролизаты және ауыл шаруашылық қалдықтары, сонымен бірге жаңа перспективті - мұнайдың н-парафиндері, этанол, метанол, метанның және мұнай фракциясының дистиляты - бейорганикалық сала тәжірибесінің дамуына жол ашты.

Микробиологиялық технологияның соңғы өнімін биомасса (ашытқылар, бактериялар) және метаболиттер микроорганизмдер синтезделетіндер (амин қышқылдар, ферменттер, антибиотиктер және т.б.) деп үлкен 2 топқа бөлуге болады.

Биомасса алу кезінде, мысалы, жемдік ашытқылар, ауыл шаруашылық малдардың жемдеріне қосатын дайын өнім микроорганизмдер клеткаларының құрғақ массасынан тұрады. Белоктық биомасса алуға арналған құрамында көміртегі бар субстраттың әр түрлілігі 1.1. суретте көрсетілген микробиологиялық өндірудің жалпы принципті технологиялық схемаларына өзгертулерді талап етпейтінін белгілеп қою керек.

 
 

1.1-сурет. Биомасса өндірісінің принципті технологиялық схемасы

Ауыл шаруашылық мұқтаждығына керек метаболиттерді алуда, мысалы жемдік антибиотиктер және витаминдік препараттар, азық-түліктерді көбінесе таза күйінде алмайды, оларды сұйық және құрғақ концентраттар түрінде шығарады. Олардың құрамында тұтас компоненттермен бірге басқа да метаболиттер, микроорганизмдерді продуцирлейтін биомасса, қоректік заттың қалдықтары және қосымша материалдары кездеседі. Концентратты тауарлы форма ферментті препараттың ортасында да көп таралған. 1.1. суретте көрсетілген өндірістің технологиялық схемасында биомассаның флотационды қойылту кезеңінің болмауы және өнімдерді сұйық күйінде алған кездегі кептіру кезеңінің болмауымен ерекшеленеді.

Микробиологиялық өндірістерге тазалығын қатаң сақтау керек, себебі аппараттарға бөтен жабайы бактериалды және ашытқы микрофлора түсіп кетсе, онда пайдалы микроорганизмдердің өсуіне бөтен микроорганизмдер жағымсыз бәсекелестік құбылыс туғызады. Тазалықтың бұзылуы тікелей барлық технологиялық процестің сандық және сапалық көрсеткіштерінің төмендеуі экономикалық зардапқа алып келуі мүмкін. Сондықтан амин қышқылдардың, ферменттердің, антибиотиктердің өндірістерінің ерекшелігі - аппараттарды және ферменттік орталарды стерилдеу, технологиялық ауаны бөтен микрофлорадан тазалау болып табылады.

Микроорганизмдерді культивирлеу шарты бойынша, биомассаның жиналуы немесе метаболиттерді алу әртүрлі. Дегенмен, бұлардың барлық әртүрлігіне қарамастан системада тірі обьектілердің болуы, барлық технологиялық процессте өнімнің толығымен түзілуіне әсер етеді және аппараттық әшекеленуі оның жалпы мінездемесіне сай келеді.

Әрбір микробиологиялық өндірістің негізгі сатысы биохимиялық өзгеріс айналымы-ферментация болып табылады. Осы негізгі сатыда техника-экономикалық көрсеткіштері анықталады.Ферментация әртүрлі аппараттардың конструкциясымен және қозғалыс принципі бойынша жұмыс істейді.Бұл аппараттарды ферментатор деп атайды.

Ферментация процесі негізінен зат алмасудан,қоректік компанентінің биомассамен пайдалануынан,оларды клеткада қайта өңдеуден және қоректік ортаға метаболизм өнімін шығарудан тұрады. Зат алмасу әсерінен клетканың массалық синтезі,микроптық популяциясының өсуі және дамуы жүреді, былай айтқанда микроорганизмдер биомассасының тез өсуіне әкеледі.Бұл процесс энергия беру құбылысымен бірге жүреді. Осылайша аппараттағы микробиологиялық синтез процесі бұл микроорганизм популяциясының қоршаған ортамен байланысып дамуы, осы орта клетканың өсуіне керекті заттардан тұрады.

Микробтық популяцияның негізгі өзіне тән ерекшеліктерінің бірі болып,оның көптеген особьтардан тұрады. Особьтардың мөлшері кіштентай (0,5-ден 20 мкм дейін) болып келеді.Микроорганизмдер популяциясының дамуы оның индивидуалды вариациясына немесе клетка ішінде болатын процестерге байланысты емес.Ол негізінен жалпы көрсеткіштеріне сүйенеді.

Клетканы культивирлеу процесі кезінде өсуі және дамуы,оны қоршаған қоректік орта факторларына байланысты. Жалпы осы факторлардың арасында ең басты фактор болып клеткаға қоректік заттардың келіп түсуі, оттегімен қамтамасыз етілуі, тиімді физико-химиялық шартын ( температура, қысым, рН және т.б) қалыпты ұстау болып табылады.

Микробиологиялық өндірісте қолданылатын қоректік орталар әртүрлі компоненттен тұрады. Олар клетка түзетін барлық элементтерден (көміртегі, сутегі,оттегі, азот, фосфор,күкірт,калий,кальций, магний, темір және микроэлементтер) тұруы керек.Сонымен қатар, өнім түзілуіне әсер ететін шығушы (исходных) заттардың трансформациясын қамтамасыз ететін элементтерде болуы тиіс.

Микроорганизмдердің өсуіне негіз болатын көміртегі көзі ретінде әртүрлі құрамында көміртегілері бар қосылыстар жатады. Осы қосылыстардың ішінде ең жақсы көзі көмірсулар болып табылады.

Өндірістегі ферментациалық қоректік орталар көбінесе әртүрлі жартылай фабрикаттардан және ауылшаруашылық қалдықтарынан, сонымен қоса тағам және миниралдық тұздары қосылған гидролиз өндірісіндегі өнімдерден дайындалады. Осының ішінде микробиологиялық өндірісте қөп қолданылатыны меласса (қызылша қантының өндірісінің қалдығы), жүгері экстрактысы,жемдер,автолизатты ашытқылар, кебек,ағаш өнімінің гидролизаты,тек қана көмірсуларға бай емес, онымен қоса басқада компаненттерге бай шрот, сонымен қоса макро және микро элементтергеде бай. Аминоқышқылдармен және антибиотиктердің биосинтезі құрамында әртүрлі қант және миниралдық тұздары бар мелассалық ортада жүреді. Азықтандыратын ашытқылар өндірісінде ең жақсы қоректік орталар ретінде гидролизатты торф және ағаш өнімдері жатады. Ал ферменттік препараттар биосинтезінің негізгі шикізаты ретінде крахмал және құрамында ақуызы бар субстраттар жатады.

Өндірісте тағамның шикізатына кететін шығындар көп болған үшін, оларды алмастырғыштар ізделінеді.Соның ішінде көп мән берілетіні көмірсулар болып табылады.

Микроорганизмдердің көміртегімен қоректенуін арнаулы мұнай өңдейтін заводтардан алады.Осы мұнай өңдейтін заводтарда шикізаттың сапасын қатаң тексереді. Осыған қарамастан, Н-парафинде алынатын азықтандыратын ашытқыларының дәрумендері және ақуызы бойынша, көміртекті субстраттың құрамынан кем емес.Дегенмен мұнайдан алынған ақуыздарды микробиологиялық өндірісте пайдалану қымбатқа соғады.

Соңғы кездері көміртектерді алудың ең қайнар көзі болып этанол,метанол және метан жатады.Этанолдың жіне метанолдың суда толығымен еруі , микроорганизмдерді культивирлеу кезінде көміртегінің клеткаға тасымалдауын жақсы қамтамасыз етеді. Микроорганизмдерді құрамында метаны бар табиғи газда культивирлеудің ерекшелігі , осы газдың құрамындағы қоректік заттар аппаратқа түскенде газ секілді қалпында түседі. Бұл клетка баяу өсуіне әкелетін негізгі фактор болып табылады.Сонымен қатар, егерде сутегі қышқылды бактерияларды осындай газ тәрізді ортада өсірсе,оның өсуі баяу болады.

Биотехнологиялық аппараттарда болып жатқан процестер, өзінің қиындылығымен ерекшеленеді.Бұның себебі бұнда микробиологиялық синтез жүреді.Ал микробиологиялық синтез кезінде физико-химиялық құбылыстар журеді.Ондай құбылыстар арқылы қоректік заттар және энергия тасымалданады. Осыдан кейін биотехнологиялық аппараттағы қиындықтар тереңдей түседі.Бұның себебі бір мезгілде екі процесс жүріп отырады,бірінші микро деңгейде,яғни оларға клеткадағы құбылыстар,микробтық популяция; Екіншісі макро деңгейдегі құбылыстар,оларға: масса және жылу тасымалдау. Ал осы масса және жылу тасымалдануы аппараттағы гидродинамикалық жағдайына байланысты.Дегенмен аппараттағы гидродимнамикалық жағдайы және көпфазалы ағымның структурасы ферменттің коструктивті ерекшелігіне байланысты.

Ферментаторда микроорганизмді культивирлеу келесі фазалардан тұрады:Сұйық ( культуралды сұйықтық- көміртегісі бар субстрат және еритін қоректік тұздар көзі), қатты ( клеткалар- биомассаның прдуценттері ) және газ тәріздес ( газ- газ тәріздес субстрат көзі, мысалы оттегі).

Микроорганизмдердің клеткалары ферментациалық ортада Н-парафинде және мұнай фракцияларында культивирлегенде дисперленген көмірсулардың тамшысы болады. Бұны екі сұйық фаза ретінде қарастыруымызға болады.Бұндай системаның көпфазалығын микроорганизмді культивирлеудің бірден-бір ерекшелігі болып табылады.Бұл ерекшелігі микробиологиялық синтезді,химиялық технология процесінен ажыратады.

Микроорганизмдердің клеткалары ферментациалық орталарда бөлек особь турінде орналасады.Особь культуралық сұйықтықта өлшенген күйде, калониялар және агломерат күйінде. Агломерат түрі көбінесе ашытқыларға тән. Ашытқыларды түптік әдіс арқылы культивирлеу кезінде, қоректік ортаны ферментаторда интенсивті түрде араластырмағанда агломерат түзіледі.

Ашытқыларды Н- парафинде өсіру процесі кезінде, сонымен қатар глобула түзілуі мүмкін. Глобула клетканың бетінде және ішінде адсорбцияланған парафин тамшыларынан тұрады.Глобуланың мөлшері қоректік ортаны интенсивті түрде араластырылғанына байланысты.Оның мөлшері 100-200 мкм дейін жетеді және сонымен қатар ферментация процесі кезіндегі жоғарғы температурадағы ортаның жабысқақтығына байланысты.

Қазіргі таңда аз еритін көмірсулардың субстратының клеткасын қолдану жөнінде пікір әртүрлі. Бір авторлардың айтуы бойынша Н-парафиннің қолданылуы жалпы микроорганизмнің субстрат тамшыларымен тікелей байланысқанда орындалады дейді. Ал екінші бір авторлардың ойынша, көміртектің еріген түрін диффузиалық қолданыс арқылы жүреді деп ойлайды. Сонымен қатар мынадайда пікірлер бар негізгі клетканың қоректенуі субмиккронды тамшылардың арқасында.Ал клетканың мынадай қоректенуі, аппараттағы гидродинамикалық диспергирленген тамшы үшін үлкен өлшемге дейін болуына қарама - қайшы келеді.

Ферментациалық ортада суда аз еритін сұйық фаза - көмірсутегінің болуы, микробтық популяцияның өсуіне әсерін тигізеді.Клетканың агломерат және глобула түрінде жиналуы, парафин тамшысының және ашытқы клеткасының барлығының бір жерде жиналуы,ферментация процесінің көрсеткіштеріне және әрі қарай дамуына әсер етеді.

Клетканы агрегаттың ішінде қоректік заттармен қамтамасыз етуі қиынға соғады.Осыған орай клетканың өсуі және культураны өндіру төмендейді. Сол үшін ферментациялық ортаны интенситі араластыру өте маңызды.Сонымен қатар,ферментаторда іркелкі зонаның тасымалдаушымен бірге болған жөн. Ол тасымалдаушы қоректік заттарды аз - аздан клеткаға тасымалдайды.



1   2   3   4   5   6

Культивирлеу (өсіру) үшін тиімді жағдайлар | Микробиологиялық процестердің кинетикасы. Қоректік орталарды дайындауға арналған жабдықтар. | Гидролиз апппараттары |

загрузка...
© um.co.ua - учбові матеріали та реферати