Курс лекций для студентов специальности -48 02 01 «Биотехнология» Минск 2014 034)

10 
Важнейшими преимуществами микробиологического синтеза 
являются использование дешевого сырья, часто в виде промышлен-
ных отходов, возможность синтеза сложных органических соедине-
ний в одну стадию в мягких условиях (низкая температура, невысо-
кое давление). 
Эффективность микробиологического синтеза определяется 
прежде всего возможностями микроорганизмов – продуцентов целе-
вых продуктов. К промышленным продуцентам предъявляются опре-
деленные требования, в числе которых: 
– высокая скорость роста; 
– непатогенность штаммов, нетоксичность биомассы; 
– термотолерантность; 
– высокий выход биомассы (или метаболита) от субстрата; 
– фагоустойчивость; 
– легкость выделения клеток из культуральной жидкости; 
– конкурентоспособность, устойчивость в процессе непрерывного 
культивирования; 
– возможность культивирования в нестерильных условиях; 
– минимальное накопление второстепенных продуктов метабо-
лизма в культуральной жидкости. 

11 
2. СЫРЬЕ И ПИТАТЕЛЬНЫЕ СРЕДЫ 
В МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВАХ 
Важнейшим фактором, влияющим на рост микроорганизмов 
и биосинтез ими различных биологически активных веществ, является 
состав питательной среды, а также условия ее приготовления и стери-
лизации. Производственная питательная среда должна быть полно-
ценной, т. е. содержать обоснованный и сбалансированный набор 
компонентов, необходимых для построения клеточной массы и синте-
за целевого продукта. В питательной среде должны присутствовать 
все элементы, из которых формируется клетка. Состав среды для каж-
дого вида используемого в производстве микроорганизма индивидуа-
лен. Универсальной среды не существует.
В технологии микробного синтеза используют разнообразные 
среды (рис. 2.1). 
Рис. 2.1. Классификация производственных питательных сред 
Натуральные среды – это комплексные среды неизвестного или 
неопределенного состава, полученные на основе природных веществ 
растительного или животного происхождения (молоко, пшеничные 
отруби, кукурузный экстракт, зерновое сусло, молочная сыворотка 
и др.). Комплексные натуральные среды используют, в частности, 
в производстве этанола, ферментных препаратов. Особенность нату-
ральных сред состоит в том, что они сложны и непостоянны по со-
ставу, это часто делает их малопригодными для крупнотоннажного 
производства. 
Синтетические среды включают комплекс органических и неор-
ганических химических соединений известной природы, взятых 
в определенных количествах. Преимущество синтетических сред – 
по происхождению 
по консистенции 
Питательн
ы
е 
среды
натуральные 
полусинтетические 
синтетические 
жидкие 
плотные (агаризованные) 
сыпучие 

12 
постоянство состава и воспроизводимость, отсутствие балластных 
веществ, затрудняющих получение высокоочищенного целевого про-
дукта. Однако для обеспечения полноценности таких сред необходи-
мо, как правило, вносить микродобавки – факторы роста.
Полусинтетические среды, кроме органических и неорганических 
веществ известного состава, содержат в определенном количестве 
компоненты природного происхождения (мелассу, пшеничную муку, 
кукурузный экстракт и др.). К полусинтетическим средам относят 
кондиционированные гидролизаты растительных материалов.
Рассмотренное разделение питательных сред условно. Многие 
специалисты-биотехнологи считают целесообразным строгое разделе-
ние сред на синтетические и натуральные, в состав которых входят 
какие-либо природные продукты или отходы производств. 
Основными компонентами питательных сред являются источники 
углерода, азота, фосфора, микроэлементов, факторов роста. В наи-
большем количестве в средах присутствует углеродсодержащий ком-
понент. В производственной практике в качестве источника углерода 
чаще всего используют углеводы (прежде всего сахарозу, крахмал), 
а также органические кислоты (уксусная кислота), спирты (этанол, 
метанол), н-парафины (фракция С
11
–С
18
). В асептических производ-
ствах (аминокислот, антибиотиков) распространенным компонентом 
питательных сред является отход свеклосахарного производства – ме-
ласса, которая представляет собой сиропообразную жидкость темно-
коричневого цвета, содержащую 70–85% сухих веществ (плотность –
1300 кг/м
3
), в том числе 45–50% сахарозы, 50–120 мг/т витамина В
7
. 
В мелассе содержатся аминокислоты, органические кислоты, макро- 
и микроэлементы. Ресурс мелассы в Республике Беларусь составляет 
около 1 млн. т в год. 
Состав мелассы непостоянен. Качество ее зависит от ряда факто-
ров: климатических условий вегетации свеклы, времени уборки 
и условий хранения корнеплодов, технологии производства сахара, 
условий хранения мелассы и др. При длительном хранении мелассы ее 
качество ухудшается: развиваются микроорганизмы, расщепляются 
углеводные и белковые компоненты, протекают сахароаминные реак-
ции, повышается температура в хранилище (до 70–90°С), возрастает 
кислотность, в объеме мелассы скапливаются выделяющиеся газы 
(СО
2
, Н
2
, NН
3
и др.), возникает угроза газового выхлопа. Необходимо 
соблюдать определенные правила при хранении мелассы: 
– хранилища перед заполнением тщательно дезинфицируются; 
– при сливе мелассы из цистерны допускается минимально необ-
ходимый разогрев с последующим охлаждением массы в хранилище; 

13 
– осуществляется контроль за температурой мелассы в хранилище; 
– предусматривается механическая или пневматическая гомогени-
зация мелассы при хранении; 
– не допускается длительное хранение инфицированной и кислой 
мелассы с содержанием сухих веществ менее 74%. 
При культивировании ауксотрофных мутантных штаммов, дефи-
цитных по аминокислотам, необходимым компонентом питательной 
среды является кукурузный экстракт – сиропообразная жидкость ко-
ричневого цвета (плотность – 1200 кг/м
3
). Получают в крахмало-
паточном производстве в результате гидротермической обработки ку-
курузного зерна при 50°С в течение 40–50 ч. Полученные замочные 
воды упаривают до содержания сухих веществ 40–50%. Кукурузный 
экстракт стабилен при хранении, широко применяется в микробиоло-
гическом синтезе. Он является источником азотистых веществ (40–
50% от СВ), причем более половины из них представлены аминокис-
лотами. Содержит также белки, витамины (биотин), углеводы, макро- 
и микроэлементы. Основный недостаток – нестабильность состава. 
Аналогом кукурузного экстракта может выступать дрожжевой 
экстракт, а также гидролизат кормовых или пищевых дрожжей. 
В составе питательных сред в качестве источника углеводов часто 
используется кукурузная мука, содержащая 65–75% крахмала, до 10% 
других углеводов (клетчатка, пентозаны), 10–12% белка, до 4% жира, 
0,8–1% минеральных веществ. Соевая мука входит в состав питатель-
ных сред как источник азотистых веществ – белков (до 30% от СВ). 
Пшеничные отруби – отход мукомольного производства – явля-
ются полноценным сырьем и могут входить в состав питательной сре-
ды единственным компонентом. Широко используются в питательных 
средах для производства ферментных препаратов, а также как напол-
нитель в различных биопрепаратах кормового назначения. Основны-
ми компонентами пшеничных отрубей являются крахмал (16–20%), 
клетчатка (12–15%), белок (10–12%). 
Наряду с рассмотренными компонентами в состав питательных 
сред входят минеральные соли, содержащие азот, фосфор, калий, маг-
ний и другие элементы. Из минеральных азотсодержащих веществ 
наиболее часто применяют водный аммиак, мочевину и аммонийные 
соли серной, соляной или азотной кислот. Для биосинтеза многих со-
единений оказался наиболее пригодным (NH
4
)
2
SO
4
. В результате ис-
пользования азота микроорганизмами в ферментационной среде 
накапливаются неассимилируемые анионы кислот, возрастает кислот-
ность среды (по этой причине такие соли называют «физиологически 
кислыми»). Во избежание закисления в состав исходной среды добав-

14 
ляют мел в количестве около 1% или корректируют рН среды щело-
чью в процессе ферментации. 
Источником фосфора в питательных средах являются диаммо-
нийфосфат (полностью ассимилируемая соль), а также одно- и двух-
замещенные фосфорнокислые соли калия.
Микроэлементы вводят в питательную среду в виде соответству-
ющих солей – сульфатов, реже в виде хлоридов (хлор-ион обладает 
более высоким коррозионным действием на материал оборудования). 
В аэробных ферментационных процессах культуральная жидкость 
вспенивается в результате интенсивной аэрации. В связи с этим в со-
ставе среды предусматривается присутствие пеногасящего вещества 
(растительные масла, животный жир, синтетические полиэфиры (про-
пинол Б-400) и др.). Однако в процессе стерилизации питательной 
среды пеногаситель, обволакивая микробные клетки, повышает их 
устойчивость к температуре. По современным требованиям пеногаси-
тель дозируют непосредственно в ферментатор по сигналу датчика 
уровня пены в аппарате. 
Потребность микроорганизмов в тех или иных соединениях опре-
деляется их физиологическими особенностями. В самом первом при-
ближении потребность микроорганизмов в питательных веществах 
можно определить по химическому составу биомассы микробной 
клетки, однако в этом случае не учитывается количество и состав ме-
таболитов, удаленных клеткой во внешнюю среду, а также то обстоя-
тельство, что химический состав клетки зависит от состава среды оби-
тания и варьируется в значительных пределах.
Формирование состава питательных сред осуществляют по сле-
дующей схеме (рис. 2.2). 
Рис. 2.2. Формирование состава питательных сред 
В производстве продуктов микробного синтеза в качестве пита-
тельных сред используют жидкие отходы промышленных произ-
водств, например, молочную сыворотку, послеспиртовую барду, 
сульфитный щелок (отход производства целлюлозы сульфитным ме-
тодом). Перспективно использование гидролизатов растительных ма-
териалов, являющихся возобновляемым сырьем. 
Удовлетворение 
питательных 
потребностей 
микроорганизмов 
Выбор сырьевых 
источников 
и компонентов 
Оптимизация 
состава 
питательных сред 

15 

жүктеу/скачать 1,87 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: