Приклади біотехнологічних процесів

Відео: Схема бізнес-процесу. Деталізація процесів. Visio (4/4)

Розглянемо кілька прикладів біотехнологічного виробництва різних продуктів.

Історично найбільш ранніми і широко поширеними способами біотехнології є бродильні процеси. Як приклад бродіння можна привести схему процесу виробництва хліба (див. Рис. 5). Аналогом приготування середовища тут є отримання опари (суспензії борошна в воді), в яку додають дріжджі і піддають бродінню. Бродіння відбувається і на подальших стадіях - замішуванні тіста, формуванні заготовок, расстойке, випічці.


В кінці XIX століття було налагоджено виробництво лимонної кислоти на основі сахарсодержащих сировини, наприклад, меляси. Лимонна кислота є однією з основних харчових кислот, які використовуються в харчовій промисловості в якості підкислювача, консерванту, підсилювача смаку, емульгатора.

В даний час для її виробництва застосовують глибинну ферментацію з використанням цвілевих грибів Aspergillus niger в герметичних ферментерах (блок-схема виробництва приведена на рис. 6). Використання цього штаму грибів дозволяє домогтися 99% виходу кислоти в перерахунку на витрачену сахарозу. Як дешевого вуглеводневої сировини для синтезу застосовують мелясу, крохмаль і глюкозний сироп. Останнім часом була запропонована високоефективна екологічно безпечна технологія, заснована на використанні в якості продуцента цитрату натрію і лимонної кислоти спеціально селекціоновані високоактивного і стабільного штаму дріжджів.


В якості сировини використовується непитної етиловий спирт, в тому числі технічний, алкогольної напівпродукти і відходи спиртових заводів.

Процес ферментації - перетворення алкогольної сировини в лимонну кислоту і (або) цитрат натрію, який використовується для виготовлення екологічно чистих синтетичних миючих засобів, здійснюється в безперервному або періодичному режимах в стандартних ферментаційних апаратах в умовах перемішування і аерації. Технологія дозволяє виробляти цитрат натрію різної кваліфікації, а також лимонну кислоту харчового і технічного призначення. У порівнянні з традиційною, нова технологія забезпечує значне зниження собівартості кінцевого продукту завдяки стабільній активності штаму-продуцента, невисокій вартості вихідної сировини, істотного скорочення стадій виробництва, зниження питомих витрат електро- і теплоенергії, знижується кількість твердих відходів і обсяг стічних вод.

Найважливішим продуктом мікробіологічної промисловості є харчова оцтова кислота. Її отримують по реакції окислення етанолу. Цей процес протікає за участю уксусно-кислих бактерій, що відносяться до пологів Acetobacter і Gluconobacter. Оскільки уксусно-кислі бактерії не перетворюють вуглеводи безпосередньо в оцтову кислоту, вихідна сировина спочатку піддається спиртовому бродінню, а потім вийшов спирт окислюється до оцтової кислоти. Окислення спирту протікає в аеробних умовах.

Біотехнологічними або іншими процесами отримують також молочну кислоту, що застосовується в якості сировини для биоразлагаемого полімеру полілактат. Ітаконовою кислоту, що використовується у виробництві пластмас і барвників, отримують шляхом ферментації на середовищах, що містять цукру або парафіни нафти. Яблучну кислоту, що застосовується в харчовій промисловості в якості окислювача, можна синтезувати з н-парафінів за допомогою дріжджів роду Candida, з етанолу шляхом ферментації за участю бактерій, а також з фумаровой кислоти з використанням іммобілізованого ферменту фумарази. Біотехнологічними або іншими процесами виробляють також глюконовую кислоту. Ця кислота і її солі використовуються в харчовій промисловості, медицині.

На рис. 7 представлена блок - схема виробництва паприн (кормових дріжджів). В СРСР в 70 - 80 рр. паприн був одним з продуктів великомасштабного виробництва білково - вітамінних концентратів (БВК) для тварин. Дане виробництво являє собою отримання інактивованої біомаси, важливою особливістю якого є повернення в ферментер відпрацьованої культуральної рідини (ОКЖ), в результаті чого виключаються стоки на стадії сепарації.


Одне з провідних місць в біотехнології займає синтез амінокислот. Амінокислоти знаходять застосування в різних цілях: для збагачення кормів, як добавки в харчові продукти, що містять рослинні білки, в хімічній промисловості. Синтез амінокислот біотехнологічними методами більш кращий, ніж хімічними, так як в цьому випадку не утворюється суміш оптичних ізомерів амінокислот. Розглянемо виробництво важливою незамінної амінокислоти лізин (рис. 8).


У промисловості отримують L-ізомер цієї амінокислоти. Використання L-лізину дозволяє оптимізувати склад їжі, зменшити витрати на виробництво корму для тварин і звести до мінімуму виділення азоту. Дана амінокислота є в даний час основною харчовою добавкою при виробництві свинини і м`яса свійської птиці. Процес отримання лізину включає кілька підготовчих стадій: отримання посівного матеріалу, приготування складної багатокомпонентної середовища, її стерилізація, компримування і стерилізація повітря.

На стадії концентрування утворюється в процесі ферментації культуральну рідину спочатку випарюють під вакуумом і потім сушать. Обсяг світового виробництва лізину становить зараз близько 600 000 т в рік. Серед його виробників лідирують японські, американські і німецькі компанії. Приріст виробничих потужностей лізину становить 7-10% на рік.

Крім лізину, найважливішою амінокислотою, виробництво якої збільшується з кожним роком, є сірковмісна амінокислота метіонін. Обсяг його світового виробництва - близько 400000 т в рік. Основною сферою застосування метіоніну є виробництво харчових добавок для корму домашньої птиці. Кормової DL-метіонін є сумішшю D- і L-ізомерів і проводиться хімічними методами. Останнім часом, однак, зростає також виробництво L-метіоніну фармацевтичного призначення.

Фармацевтичні амінокислоти знаходять застосування як парентерального (внутрішньовенні) препарати, а також у виробництві діабетичних харчових добавок. Для отримання енантіомерно-чистого L-метіоніну необхідно використовувати біотехнологічні методи. Лідером у виробництві фармацевтичного L-метіоніну є німецька фірма Degussa, що використовує новітню технологію ферментного розкладання. Слід зазначити, що Degussa є в даний час єдиним виробником всіх чотирьох основних амінокислот, які використовуються для виробництва корму: L-лізину, DL-метіоніну, L-треоніну і L-триптофану.

С.В. Макаров, Т.Є. Никифорова, Н.А. Козлов