Geum.ru

Книга предназначена для философов, интересующихся социальными аспектами научно-технического прогресса, биотехнологов и историков науки, она также будет интересна широкому кругу читателей,

Вид материалаКнига

Содержание


3.становление и развитие традиционной БИОТЕХНОЛОГИи
3.1биотехнологические процессы
3.Постферментационные стадии
Подобный материал:
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   24

3.становление и развитие традиционной БИОТЕХНОЛОГИи


Задачи, решаемые биотехнологией и производствами, на базе которых она возникла, в течении всей ее тысячелетней предыстории и полувековой истории менялись мало - она помогала решить проблему питания, лечения болезней, утилизации отходов. Методы же решения этих задач совершенствовались, становились все точнее и эффективнее. Сначала изменения шли медленно, темп нарастал по экспоненте и теперь стал настолько быстрым, что публикации пятилетней давности уже не дают представления о многих важных направлениях.

3.1биотехнологические процессы


Основу традиционной и существенную часть новейшей биотехнологии составляют биотехнологические процессы производства различных продуктов в промышленных условиях.

Важнейшее звено в любом биотехнологическом процессе - биообъект. Обычно это - живая клетка (бактерии, дрожжи или другие низшие грибы, в последнее время используются клетки и ткани растений, животных и человека). Используют также убитые клетки и изолированные из клеток биологические структуры, осуществляющие трансформацию сырья - ферменты, нуклеиновые кислоты, стероиды и другие сложные органические вещества. Продуценты получают путем отбора из внешней среды и селекции, индуцированного мутагенеза, методами генной и клеточной инженерии. Биотехнологические объекты - наиболее сложные и наименее изученные из всех производственных объектов. В них сочетаются черты как естественного, так и искусственного, технического.

Биотехнологический процесс включает следующие стадии:

1. Предферментационные процессы - это подготовка сырья, вспомогательных материалов, воды, питательных сред, выращивание культуры продуцента для инокуляции и т.д.

2. Основная стадия процесса - ферментация. На этой стадии происходит получение целевых продуктов - синтез биомассы, белков, аминокислот, антибиотиков и т.д. или микробиологическая трансформация компонентов сырья. Обычно процесс осуществляется в специально сконструированных аппаратах - биореакторах или ферментерах. Биореакторы могут быть разного объема (от 0.5 л до сотен кубометров). В биометаллургии, при очистке почвы и воды от загрязнений, в сельском хозяйстве процесс иногда происходит без ферментера - непосредственно в рудном теле или куче руды, на поверхности почвы и т.д. Как правило, процессы осуществляются в жидкой фазе и требуют большого количества воды, реже осуществляется твердофазная ферментация.

В зависимости от используемых продуцентов процессы делят на аэробные(для осуществления которых необходим постоянный доступ кислорода к клеткам продуцентов) и анаэробные. Аэробные процессы можно осуществлять на поверхности среды (поверхностное культивирование) или в толще всей среды (глубинное культивирование). Очевидно, глубинное культивирование значительно эффективнее.

Выращивание продуцентов можно осуществлять периодическим способом, при котором вначале каждого цикла вносят все питательные компоненты, а в конце удаляют отработанную среду и продукты ферментации. При этом во время роста клеток происходят трудно поддающиеся регуляции изменения условий и система находится в неустойчивом состоянии. При непрерывном культивировании в биореактор непрерывно подается свежая питательная среда и удаляется такой же объем отработанной среды с клетками и продуктами метаболизма. Применение этого метода позволяет стабилизировать процесс во времени, регулировать его, улучшать качество продукта и внедрять автоматизацию.

Технологические процессы могут протекать в неасептических условиях, когда из окружающей среды могут попадать посторонние клетки. Проведение процессов в асептических условиях, при которых в биореакторе растет лишь подобранная культура продуцента - одна из ключевых проблем биоинженерии. Для этого создается полностью герметизированное оборудование, которое можно подвергать стерилизации.

3.Постферментационные стадии - приготовление готовой формы продукта, а также очистка сточных вод и газовоздушных выбросов.

Выделение и очистка готового продукта осложняются тем, что биопрепараты содержатся в среде или в клетках в небольшой концентрации, они часто связаны с клеточными органеллами. Кроме того, биопрепараты относятся к легко разрушаемым соединениям, и это накладывает существенные ограничения на выбор применяемых методов.

В биотехнологическом производстве все стадии взаимосвязаны. Поэтому уже с начальных стадий разработки процессов - с подбора продуцента и сред необходимо взаимодействие микробиолога или молекулярного биолога с технологом, инженером, экономистом и другими специалистами, и весь процесс надо разрабатывать и оптимизировать как единое целое. Современные биотехнологические процессы требуют сложных систем контроля и управления. Для этого необходимы эффективные методы определения важнейших параметров процесса, мощные компьютеры и адекватные математические модели процессов.

Большинство продуктов новейшей биотехнологии (генной и клеточной инженерии) получают в настоящее время по той же технологической схеме, что и традиционные продукты. Большая сложность продуцентов, их более низкая стабильность, требуют повышения качества контроля и управления. Разработка технологии культивирования и выделения готового продукта в новейшей технологии нередко требует более сложных и дорогостоящих исследований, чем собственно создание продуцента методами новейшей биотехнологии. В последнее время в качестве биореакторов начинают применять непосредственно трансгенные растения или животные.