1 Дәріс. «Микробиология биотехнология» пәніне кіріспе. Микробиология саласының даму тарихы. Микроорганизмдердің жалпы белгілері мен алуан түрлілігі
Микроорганизмдер қолданылатын өндірістер түрлері
жүктеу/скачать 1,63 Mb.
|
| Микроорганизмдер қолданылатын өндірістер түрлері. Микробиотехнология немесе микробтық биотехнология – техника мен өнім өндіру мақсатында микробиология, биохимия мен инженерлік ғылымдарының көмегіне сүйене отырып, микроорганизмдердің потенциалды мүмкіндіктерін толығынан пайдалануды зерттейтін ғылым саласы.
Микробиотехнология өндірісінің негізгі зерзаттары болып микробтар мен вирустар (вироидтар мен фагтарды қоса алғанда), бактериялар мен зең саңырауқұлақтары, протозоа туыстары есептелінеді. Кейбір жағдайларда микробиотехнология өндірісінің биозерзаты (биообьектісі) ретінде, микробтардың біріншілік өнімі болып табылатын қайсібір ферменттер де бола алады. Өсімдіктер мен хайуандар жасушаларына қарағанда, микробтар өте тез көбею қабілеттіліктеріне ие болуы себебінен, олардағы барлық зат алмасу реакциялары да өте жоғары қарқында жүреді. Микроорганизмдердің биозерзат ретіндегі басқалармен салыстырғандағы артықшылықтары қатарына: 1) олардың геном құрылымының қарапайымдылығы; 2) табиғи немесе жасанды орта жағдайына тез бейімделгіштіктері (лабильділіктері); 3) бұларда жүретін ферментативті реакцияларының қарқынды жүруі нəтижесінде қысқа мерзімде олардың массасының тез артуы жатады. Жоғарыда аталған басымдылықтарының ішінде біріншісіне тоқталатын болсақ, яғни олардың геном құрылымының қарапайымдылығы, микробтық жасушаларының тұқым қуалаушылық аппаратына оңай өзгертулер жүргізу мен қайта құру мүмкіндіктеріне, мысал алғанда олардың құрамына басқа жаттегісін (ген) ендіру, жасушаға плазмида енгізу немесе керісінше одан оны элиминациялау жəне т.б. мүмкіндіктеріне қол жеткіздіреді. Екінші артықшылықтарын бактериялар мен зең саңырауқұлақтарын мысалға ала отырып көрсетуге болады. Мысалы, температураға төзімділіктеріне байланысты микробтар психрофильді (тіршілік ету аясы 200С-тан төмен), мезофильділер (тиісінше 20-450С аралығы ) жəне термофильділер (450С-тан жоғары ортада тіршілік ете алады) деп бөлінетіндіктері белгілі. Бірақ та жоғарыда келтірілген температуралық шамалардан асып кететін жағдайлар да кездеседі. Атап айтсақ, Xanthomonas pharmiicola туысына жататын психрофильді бактериясы 0-ден +400С дейінгі температуралық орталықта өсе алса, мезофильді бактериясына жататын lactobacillus lactis 20 мен 500С аралықтарында, ал термофильді Bac. Coaculans бактериясы 20-дан 650С аралықтарында да өмір сүре алады екен. Микроорганизмдер жасушаларының үшінші үлкен ерекшеліктері – олардағы зат алмасу үдерістерінің қарқынды жүруі екендігі жоғарыда айтылды. Бір микробтық жасушасы минутына 10-100000 дейін ақуыз молекуласын синтездей алады. Көптеген микроорганизмдер массасының 2 еселену уақыты 0,3-2 сағат арасында болады. Бұл ең жоғарғы өнімді өсімдіктермен салыстырғанда 500 рет, ал жоғарғы өнімді асыл тұқымды малдардан 1000-5000 рет жылдам екенін көрсетеді. 62 Тағы бір үлкен көңіл қоятын мəселе, кейде жасушалардың барлық биохимиялық активтілігі өздерінің өсуі мен көбеюіне ғана бағытталмай, керісінше адамдарға қажет заттарды ситездеуге жұмсалады жəне микроорганизмдердің мұндай қабілетін реттеп, оның қарқындылығын арттыруға да болады. Микробиологиялық синтездің тиімділігі субстрат ретінде меласса, сүт сарысуы, мұнай жəне т.б. өнімдердің қалдықтары мен екіншілік шикізат көздерін қолдану мүмкіндігімен артады. Микроорганизмдер қолданылатын өндірістерді шартты түрде 2 топқа бөледі : 1. Тамақ жəне ашу өндірісі. Тамақ жəне ашу өндірісінде, ауылшаруашылық шикізаттарын өңдеуде микроорганизмдердің қолданылуы технологиялық циклдың белгілі бір сатысында шектеледі. Яғни, микроорганизмдердің жоғарғы биомассасын дақылдау жəне олардың метаболизмінің өнімдерін жинау мен тазартуды қажет етпейді, мұндай өндіріс орындарын микробиологиялық өнеркəсіпке жатқызбайды. 2. Микробиологиялық өнеркəсіп. Микробиологиялық өнеркəсіптің негізгі технологиялық сатысы микроорганизмдерді дақылдау болып табылатын өндіріс. Микробиологиялық өнеркəсіпті өз кезегінше технологиялық белгілері бойынша екі топқа бөледі: Көп тоннажды өндіріс. Оның өнімдері органикалық қышқылдар, спирттер, микробтық биомасса болып табылады. Олардың негізгі белгілері терең, яғни суспензиялық өсіру, ал қоректік орта компоненттері қанттар, спирттер, мұнайдың көмірсутектері көптеген микроорганизмнің өсуін тежейтін концентрацияда болады, кейбір жағдайда аэрацияны қажет етпейтін анаэробтар жəне т.б. қолданылады. Мұндай жағдайлар биотехнологиялық үдерістерді бөгде микрофлорадан сақтауды жəне көп мөлшердегі сұйықтықты мұқият залалсыздандыруды, ауаны терең тазалау мен қондырғыларды герметизациялау сияқты талаптардың орындалу қажеттігін жояды. Ал көп тоннажды өндірістің негізгі ерекшеліктері қатарына – өнімді бөліп алу сатысының қарапайымдылығы, олардың сұйық түрде өндірілуі жəне өнімдердің термотөзімділігіне байланысты жылумен кептіруге болатындығын жатқызуға болады. Микробиологиялық өндірістің технологиялық үдерістері жалпылай алғанда келесі сатылардан тұрады: · себінді материялды дайындау; · қоректік орталарды дайындау жəне залалсыздандыру; · микроорганизмдерді дақылдау (микроб синтезі); · қажетті (соңғы, құнды) өнімді бөліп алу; · дəрмектердің тауарлы өнімдерін алу (кептіру, ұнтақтау, стандарттау жəне қаптау). Аз тоннажды өндірісі – жоғарғы физиологиялық қасиеттерге ие (дəрумен, фермент) күрделі құрылымдық заттар мен бактериялық заттар алуға байланысты жүретін микробиологиялық синтез үдерісіне негізделген. Аз тоннажды өндірісте микроорганизмді терең дақылдау əдісі пайдаланылады, сондықтан қолданылатын қоректік орталарды, қоспаларды, аэрацияланатын ауаны залалсыздандыру, жұмыс орындарының гермитизациялануы жоғары талаптарға сай орындалуы қажет. Микробиологиялық синтездердің өнімдерін 3 түрге бөледі: 1. Негізгі активті компоненті ретінде тіршілік етуге қабілетті, тірі микроорганизмдерден тұратын биологиялық дəрмектер (өсімдіктерді қорғайтын заттар, бактериялы тыңайтқыш заттары, ұйытқылары жəне т.б.). 2. Инактивирленген жасушалар жəне олардың өңделген өнімдерінен құрылған биологиялық дəрмектер (азықтық, ашытқылар, саңырауқұлақтың мицеллиялары). 3. Микроорганизмдер метаболизмінің тазаланған өнімдері негізіндегі биологиялық өнімдер (дəрумендер, амин қышқылдары, ферменттер, антибиотиктер). Бұл өнімдерді химиялық табиғатына жəне өндіруші түріндегі (продуцент) микробтық жасушалар үшін мəніне байланысты 3 топқа бөледі: 1. Молекулалық массасы 10000-нан бірнеше мыңға дейінгі үлкен молекулалық заттар (ферменттер, полисахаридтер). 2. Бірінші реттік метоболиттер, яғни микрооргизмдер өсуі үшін қажетті қосылыстар (амин қышқылдары, дəрумендер, пуринді жəне пиримидинді нуклеотидтер жəне т.б.). 3. Екінші реттік метаболиттер, яғни микроорганизмдердің өсуіне қажетсіз қосылыстар (антибиотиктер, токсиндер, алкалоидтар). Бірінші жəне екінші реттік метаболидтің молекулалық массасы 15000 дальтоннан аспайды. ТМД елдерінде жемдік азық ретінде ағаш гидролизаты жəне мұнай көмірсутегі негізіндегі микробтық ақуыздың көп тоннажды өндірісі құрылған. Мұндай өндірістегі ашытқылардың бір жылдық жалпы өнімі 1 млн. тоннаға тең деп есептелінеді. Бұл өнімде, шамамен, 20 млн. тонна аралас жемдік азықты жəне тауық шаруашылығы мен шошқа шаруашылығында қосымша 1 млн. тонна етті ақуызбен байытуға мүмкіндік беретін 60%-ға жуық протеин болады. Сонымен бірге көптеген дəрумендер, амин қышқылдарынан – лизин, активтендіретін жəне антибактериялық əсері бар микробиологиялық дəрмектер, бактериялық тыңайтқыштар, ферментті дəрмектерді өндіру жолға қойылған. Биотехнологиядағы техникалық дамудың негізгі критериялары ретінде – субстратты терең өңдеу, максималды шығымдылық жəне өнімнің химиялық тазалығы болып табылады. жүктеу/скачать 1,63 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|