Субстраты для культивирования биообъектов
Питательные среды для выращивания объектов биотехнологии, т. е.
продуцентов тех или иных соединений, могут быть неопределенного
состава и включать различные биогенные добавки (растительные,
животные или микробные) – мясной экстракт, кукурузную муку, морские
водоросли и т. п. Применяются также среды из чистых химических
соединений определенного состава, так называемые синтетические.
потребностями продуцента. Во многих процессах используют в качестве
объектов организмы, ранее называвшиеся гетеротрофами, которые в
настоящее время подразделяются на: органо автотрофы (употребляющие
органические вещества как источники энергии), литогетеротрофы
(использующие органические вещества как источники углерода) и
органогетеротрофы (для которых органические вещества служат и
источниками энергии, и источниками углерода).
Питательные среды призваны обеспечивать жизнеспособность, рост и
развитие соответствующих продуцентов, а также синтез целевого
продукта с максимальной эффективностью. Требования к питательным
средам, используемым в биотехнологии, ничем не отличаются от
требований, предъявляемым к питательным средам, применяемым в
микробиологии для культивирования тех или иных микроорганизмов. Для
приготовления питательных сред в биотехнологии используются
разнообразные субстраты, которые должны удовлетворять определенным
Субстрат представляет собой сырье для получения целевого продукта
и должен быть недефицитным, дешевым, по возможности легко
Растительная биомасса и (в меньшей степени) биомасса животных
организмов представляют собой достаточно хорошо утилизируемые
источники углерода для биотехнологических целей. На основе этих
источников основано давно существующее производство алкоголя из
зерна и сыра из молока. Растительные источники могут рассматриваться
как практически неистощимые. Первичная продукция фотосинтеза (рост
растений за счет использования солнечной энергии) на земле
обеспечивает 2Ч10 11 т вещества (биомассы) в год в пересчете на сухой вес!
Наибольшая доля биомассы (около 44 %) образуется в виде
древесины. Вызывает удивление факт, что продукция сельского хозяйства
составляет лишь 6 % первичной продукции за счет фотосинтеза, хотя
именно из этого количества получается основная часть пищи для людей и
животных, а также многие необходимые материалы (например, для
текстильной и бумажной промышленности).
В будущем значительная часть традиционных сельскохозяйственных
продуктов сможет производиться с использованием современной
биотехнологии. В частности, новые биотехнологические подходы
позволят обеспечить утилизацию большого количества отходов сельского
хозяйства, которые в настоящее время не находят применения, и
использовать их для приготовления питательных продуктов.
Биомасса сельского и лесного хозяйства в настоящее время является
значительным экономическим потенциалом во многих национальных
экономиках, в первую очередь в тропических и субтропических регионах.
Источник
Субстраты для культивирования биообъектов
Питательные среды для выращивания объектов биотехнологии, т. е. продуцентов тех или иных соединений, могут быть неопределенного состава и включать различные биогенные добавки (растительные, животные или микробные) – мясной экстракт, кукурузную муку, морские водоросли и т. п. Применяются также среды из чистых химических соединений определенного состава, так называемые синтетические. Компонентный состав сред определяется питательными потребностями продуцента. Во многих процессах используют в качестве объектов организмы, ранее называвшиеся гетеротрофами, которые в настоящее время подразделяются на: органо автотрофы (употребляющие органические вещества как источники энергии), литогетеротрофы (использующие органические вещества как источники углерода) и органогетеротрофы (для которых органические вещества служат и источниками энергии, и источниками углерода).
Питательные среды призваны обеспечивать жизнеспособность, рост и развитие соответствующих продуцентов, а также синтез целевого продукта с максимальной эффективностью. Требования к питательным средам, используемым в биотехнологии, ничем не отличаются от требований, предъявляемым к питательным средам, применяемым в микробиологии для культивирования тех или иных микроорганизмов. Для приготовления питательных сред в биотехнологии используются разнообразные субстраты, которые должны удовлетворять определенным критериям.
Субстрат представляет собой сырье для получения целевого продукта и должен быть недефицитным, дешевым, по возможности легко доступным.
ІV. Иллюстративный материал:прилагается
V. Литература:
основная:
1. Егорова Т.А., Клунова С.М., Живухина Е.А. Основы биотехнологии. – М.: Изд. центр «Академия», — 2008. – 208 с.
2. Евтушенков А.Н., Фомичев Ю.К. Введение в биотехнологию: Курс лекций. – Минск.: БГУ, 2002. — 105 с.
3. Сазыкин Ю.О., Орехов С.Н., Чакалева И.И. Биотехнология: Учебное пособие. – М.: Изд. Центр «Академия». – 2006. – 256 с.
4. Орехов С.Н. Фармацевтическая биотехнология. Руководство к практическим занятиям. – Учебное пособие. – Под ред. акад. РАМН В.А. Быкова, проф. А.В Катлинского. – М. : ГЭОТАР-Медиа 2009. – 384 с.
5. Елинов Н.П. Химическая микробиология. — Учебник. — М.: Высшая школа. — 1989, 448 с
6. Воробьева Л.И. Промышленная микробиология. — Учебное пособие. — М.: Изд-во МГУ. — 1989, 294 с.
7. Биотехнология. Принципы и применение. Пер. с англ. / Под ред. И. Хиггинса, Д. Беста, Дж. Джонса. — М.: Мир. — 1988, 480 с.
8. Чуешов В.И., Зайцев А.И., Шебанова С.Г. Промышленная технология лекарств. Том 2. Харьков, 2002.
9. Биотехнология микробного синтеза (Под ред. Бекера М.Е.) – Рига – 1980.
10. Биотехнология. (Отв. редактор А.А. Баев). — М.: Наука. — 1984, 310 с.
11. Перт С. Дж. Основы культивирования микроорганизмов. М., — 1979 г.
12. Промышленная микробиология (Под ред. Егорова Н.С.) – М., 1989 г.
13. Процессы и аппараты химической технологии (Под ред. П.Г. Романкова). – Л. – 1981.
дополнительная:
1. Березов Т.Т. , Коровкина Б.Ф. – Биологическая химия (Под ред. И.М. Ивановой) – М., Медицина – 1981 г.
2. Никитин Г.А. – Биохимические основы микробиологических производств – Киев, 1981.
3. Бриттон Г. – Биохимия природных пигментов. М., Мир – 1986 г.
4. Попова Т.В. – Развитие биотехнологии в СССР – М., Наука — 1988 г.
5. Популяционные аспекты биотехнологии – Печуркин Н.С., Брильков А.В., Маркенкова Т.В. – Новосибирск: — Наука – 1990 г.
6. Специальные журналы: «Биотехнология», «Фармация Казахстана», «Фармацевтический бюллетень» и др.
VІ. Контрольные вопросы (обратная связь):
1. Способы для получения новых штаммов?
2. Каковы требования предъявляемые к питательным средам?
3. Раскажите о видах мутагенов?
4. Что такое гибридизация?
5. Что такое гибридомная биотехнология?
Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет
Источник
Субстраты для культивирования биообъектов.
Питательные среды для выращивания объектов биотехнологии, т.е. продуцентов тех или иных соединений, могут быть неопределенного состава и включать различные биогенные добавки (растительные, животные или микробные) — мясной экстракт, кукурузную муку, морские водоросли и т. п. Применяются также среды из чистых химических соединений определенного состава, так называемые синтетические.
Компонентный состав сред определяется питательными потребностями продуцента. Во многих процессах используют в качестве объектов гетеротрофные организмы, которые в настоящее время подразделяются на: органоавтотрофы (употребляющие органические вещества как источники энергии), литогетеротрофы (использующие органические вещества как источники углерода) и органогетеротрофы (для которых органические вещества служат и источниками энергии, и источниками углерода).
Для приготовления питательных сред в биотехнологии используются разнообразные субстраты, которые должны удовлетворять определенным критериям. Субстрат представляет собой сырье для получения целевого продукта и должен быть недефицитным, дешевым, по возможности легкодоступным.
Достаточно хорошо утилизируемым источником углерода для биотехнологических целей является растительная биомасса и, в меньшей степени, биомасса животных организмов. На основе этих источников основано давно существующее производство алкоголя из зерна и сыра из молока. Растительные источники могут рассматриваться как практически неистощимые. Наибольшая доля биомассы образуется в виде древесины. Продукция сельского хозяйства составляет лишь 6 % первичной продукции за счет фотосинтеза, хотя именно из этого количества получается основная часть пищи для людей и животных, а также многие необходимые материалы (например, для текстильной и бумажной промышленности).
Биомасса сельского и лесного хозяйства в настоящее время является значительным экономическим потенциалом во многих странах, в первую очередь в тропических и субтропических регионах.
Природные сырьевые материалы.Источником природного сырья являются сельское хозяйство и отрасли лесоводства. Получаемые в этих отраслях материалы представляют собой соединения различной химической сложности и включают сахара, крахмал, целлюлозу, гемицеллюлозу и лигнин.
Наиболее подходящим и доступным питательным субстратом для биотехнологических процессов является сырье, используемое в производстве сахара — сахарная свекла и сахарный тростник. Однако в настоящее время в мире традиционное использование сахара постепенно снижается, и он заменяется более эффективными подсластителями. Уже сейчас сахарный тростник используется в качестве субстрата для бразильской «топливной» программы (производство этанола как горючего для двигателей внутреннего сгорания). Бразильский пример быстро убеждает многие другие страны в перспективности такой новой технологии.
Существенную значимость представляют крахмалосодержащие сельскохозяйственные продукты, включающие различные злаки, такие как кукуруза, рис, пшеница, картофель, различные корнеплоды, сладкий картофель и маниока.
Половину высушенной растительной массы как сельскохозяйственного, так и «лесного» происхождения составляет один из самых распространенных биополимеров — полисахарид целлюлоза, являющийся ценным источником энергии и углерода. Чистая целлюлоза может быть довольно легко разрушена путем химического или ферментативного гидролиза до растворимых сахаров, которые затем легко подвергаются ферментации (сбраживанию) микроорганизмами с образованием этанола, бутанола, ацетона, одноклеточного белка, метана и многих других продуктов. В этом плане значительные успехи достигнуты в США, Швеции, Британии.
Наибольшие трудности встречаются при попытках утилизации древесины, в которой целлюлоза находится в комплексе с гемицеллюлозой и лигнином. Лигноцеллюлозные комплексы характеризуются очень высокой степенью устойчивости к биодеградации.
Использование побочных продуктов в качестве сырья для биотехнологии.Одной из главных задач биотехнологии является максимальное использование огромных объемов органических отходов, повсеместно образующихся в мировом производстве. Биотехнологическая утилизация этих отходов, во-первых, обеспечит удаление источников загрязнения (например, сточных вод), а во-вторых, обусловит превращение этих отходов в полезные целевые продукты. Так, многие побочные материалы пищевой промышленности оказываются экономически малозначащими и часто выбрасываются в магистральные водные системы, обусловливая мощное загрязнение внешней среды. В связи с этим, весьма перспективной может быть разработка технологии их утилизации в качестве биотехнологического сырья, с извлечением двойной выгоды.
Широко распространенными видами отходов, которые нашли уже сейчас применение в биотехнологических процессах в качестве сырья для ферментации, являются меласса (черная патока) и молочная сыворотка. Меласса представляет собой побочный продукт, появляющийся при производстве сахара, и содержит до 50 % сахаров. Меласса широко используется как питательный субстрат для ферментационных процессов в производстве антибиотиков, органических кислот и коммерческих дрожжей для хлебопечения; помимо этого, она используется в чистом виде в качестве добавки в корма животным. Сыворотка, получаемая при производстве сыра, также может быть использована в качестве питательного субстрата для ферментации.
Более сложные продукты отходов, такие, как солома и жом (отход сахарного производства), также имеющиеся в больших количествах и во многих местах, по мере улучшения процессов расщепления лигноцеллюлозных соединений все больше находят применение в биотехнологических производствах.
Химические и нефтехимические субстраты.С развитием биотехнологических процессов в коммерческих масштабах для производства одноклеточного белка, а также ряда других органических продуктов многие питательные вещества химического и нефтехимического происхождения приобретают важную роль в качестве питательных субстратов для ферментации. Преимущество таких субстратов состоит в том, что их можно получать в различных странах мира. Например, метанол и этанол. Наилучшим субстратом из компонентов нефти являются н-алканы с числом углеродных атомов от 10 до 20. Их могут утилизировать большинство бактерий и дрожжи. Однако и нефть, и газ также истощаются. Поэтому биотехнологии ориентируются на возобновляемые источники сырья. Большое внимание уделяется различным видам растительной массы: плоды, соки, клубни, травяная масса и упоминавшаяся выше древесина. Используются также отходы сельского хозяйства, деревообрабатывающей и бумажной промышленности, а также многих отраслей пищевой промышленности. Возможность использования перечисленных сырьевых материалов является основой создания безотходных производств.
Источник
Субстраты для культивирования биообъектов
КУЛЬТИВИРОВАНИЕ БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ
Самым главным направлением биотехнологии (основной задачей) является всемерная интенсификация производственных процессов, что достигается, с одной стороны, внедрением новых высокопродуктивных биологических объектов (продуцентов), а также широким применением эффективных технологических приемов (технологических режимов).
Указанная цель достигается подбором подходящего сырья (субстрата для выращивания продуцента), разработкой наилучшей конструкции биореактора (ферментора), оптимизацией условий культивирования продуцента, обеспечением эффективного контроля за самим технологическим процессом, а также усовершенствованием способов выделения и очистки целевого продукта.
Питательные среды для выращивания объектов биотехнологии, т. е. продуцентов тех или иных соединений, могут быть неопределенного состава и включать различные биогенные добавки (растительные, животные или микробные) – мясной экстракт, кукурузную муку, морские водоросли и т. п. Применяются также среды из чистых химических соединений определенного состава, так называемые синтетические.
Компонентный состав сред определяется питательными потребностями продуцента. Во многих процессах используют в качестве объектов организмы, ранее называвшиеся гетеротрофами, которые в настоящее время подразделяются на: органо-автотрофы (употребляющие органические вещества как источники энергии), литогетеротрофы (использующие органические вещества как источники углерода) и органогетеротрофы (для которых органические вещества служат и источниками энергии, и источниками углерода).
Питательные среды призваны обеспечивать жизнеспособность, рост и развитие соответствующих продуцентов, а также синтез целевого продукта с максимальной эффективностью. Требования к питательным средам, используемым в биотехнологии, ничем не отличаются от требований, предъявляемым к питательным средам, применяемым в микробиологии для культивирования тех или иных микроорганизмов.
Для приготовления питательных сред в биотехнологии используются разнообразные субстраты, которые должны удовлетворять определенным критериям.
Субстрат представляет собой сырье для получения целевого продукта и должен быть недефицитным, дешевым, по возможности легко доступным.
Растительная биомасса и (в меньшей степени) биомасса животных организмов представляют собой достаточно хорошо утилизируемые источники углерода для биотехнологических целей. На основе этих источников основано давно существующее производство алкоголя из зерна и сыра из молока. Растительные источники могут рассматриваться как практически неистощимые. Первичная продукция фотосинтеза (рост растений за счет использования солнечной энергии) на земле обеспечивает 2×1011 т вещества (биомассы) в год в пересчете на сухой вес!
Наибольшая доля биомассы (около 44 %) образуется в виде древесины. Вызывает удивление факт, что продукция сельского хозяйства составляет лишь 6 % первичной продукции за счет фотосинтеза, хотя именно из этого количества получается основная часть пищи для людей и животных, а также многие необходимые материалы (например, для текстильной и бумажной промышленности).
В будущем значительная часть традиционных сельскохозяйственных продуктов сможет производиться с использованием современной биотехнологии. В частности, новые биотехнологические подходы позволят обеспечить утилизацию большого количества отходов сельского хозяйства, которые в настоящее время не находят применения, и использовать их для приготовления питательных продуктов.
Биомасса сельского и лесного хозяйства в настоящее время является значительным экономическим потенциалом во многих национальных экономиках, в первую очередь в тропических и субтропических регионах.
ІV. Иллюстративный материал:прилагается
V. Литература:
основная:
1. Егорова Т.А., Клунова С.М., Живухина Е.А. Основы биотехнологии. – М.: Изд. центр «Академия», — 2008. – 208 с.
2. Евтушенков А.Н., Фомичев Ю.К. Введение в биотехнологию: Курс лекций. – Минск.: БГУ, 2002. — 105 с.
3. Сазыкин Ю.О., Орехов С.Н., Чакалева И.И. Биотехнология: Учебное пособие. – М.: Изд. Центр «Академия». – 2006. – 256 с.
4. Орехов С.Н. Фармацевтическая биотехнология. Руководство к практическим занятиям. – Учебное пособие. – Под ред. акад. РАМН В.А. Быкова, проф. А.В Катлинского. – М. : ГЭОТАР-Медиа 2009. – 384 с.
5. Елинов Н.П. Химическая микробиология. — Учебник. — М.: Высшая школа. — 1989, 448 с
6. Воробьева Л.И. Промышленная микробиология. — Учебное пособие. — М.: Изд-во МГУ. — 1989, 294 с.
7. Биотехнология. Принципы и применение. Пер. с англ. / Под ред. И. Хиггинса, Д. Беста, Дж. Джонса. — М.: Мир. — 1988, 480 с.
8. Чуешов В.И., Зайцев А.И., Шебанова С.Г. Промышленная технология лекарств. Том 2. Харьков, 2002.
9. Биотехнология микробного синтеза (Под ред. Бекера М.Е.) – Рига – 1980.
10. Биотехнология. (Отв. редактор А.А. Баев). — М.: Наука. — 1984, 310 с.
11. Перт С. Дж. Основы культивирования микроорганизмов. М., — 1979 г.
12. Промышленная микробиология (Под ред. Егорова Н.С.) – М., 1989 г.
13. Процессы и аппараты химической технологии (Под ред. П.Г. Романкова). – Л. – 1981.
дополнительная:
1. Березов Т.Т. , Коровкина Б.Ф. – Биологическая химия (Под ред. И.М. Ивановой) – М., Медицина – 1981 г.
2. Никитин Г.А. – Биохимические основы микробиологических производств – Киев, 1981.
3. Бриттон Г. – Биохимия природных пигментов. М., Мир – 1986 г.
4. Попова Т.В. – Развитие биотехнологии в СССР – М., Наука — 1988 г.
5. Популяционные аспекты биотехнологии – Печуркин Н.С., Брильков А.В., Маркенкова Т.В. – Новосибирск: — Наука – 1990 г.
6. Специальные журналы: «Биотехнология», «Фармация Казахстана», «Фармацевтический бюллетень» и др.
VІ. Контрольные вопросы (обратная связь):
1. Какая подходящая схема должна быть разработана для каждого биотехнологического процесса?
2. Какие типы ферментеров используются в биотехнологическом производстве?
3. Какими системами должны обладать современные биореакторы?
4. Какие субстраты используются при культивировании биообъектов?
5. Назовите основные требования оптимальной биореакторной системы.
6. В чем заключаются особенности анаэробного культивирования?
7. В чем заключаются особенности твердофазного культивирования?
Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет
Источник