Научно-образовательный комплекс по кредитной технологии обучения

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РЕСПУБЛИКИ  КАЗАХСТАН

 

ИННОВАЦИОННЫЙ ЕВРАЗИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

 

 

 

 

 

 

 

Научно-образовательный  комплекс

по кредитной технологии обучения

 

 

 

 

 

ОСНОВЫ БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО  ПРОИЗВОДСТВА

ОПОРНЫЕ  КОНСПЕКТЫ  ЛЕКЦИЙ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ПАВЛОДАР  2009 год

 

 

«УТВЕРЖДЕНО»  Директор Инженерной Академии Док. вет. наук, проф. ______________Е.Б. Никитин «____»________________2009г.
Составител:   Старший  преподаватель	______________    В.Ш.  Ахметова

 

 

 

Кафедра « Прикладная биотехнология»

 

Опорные конспекты лекций

по дисциплине «Основы биотехнологического производства»

для студентов специальности  050701 - Биотехнология 

для очной формы обучения на базе  общего среднего образования

 

 

 

Опорные конспекты лекций разработаны  на основании Государственного общеобязательного стандарта высшего образования РК специальности 050701 – «Биотехнология», ГОСО РК 3.08.327-2006,  «Образование высшее профессиональное. Бакалавриат», г. Астана, 2006 г. и на основании рабочей учебной программы дисциплины.

 

 

 

Опорные конспекты лекций рассмотрены на заседании кафедры   «Прикладная биотехнология»

Протокол  № ____  от _________200    г.

 

Зам. зав. кафедрой  «Прикладная  биотехнология»    ________    М.С. Омаров

 

 

Опорные конспекты лекций утверждены на заседании научно-методического совета Инженерной Академии  и рекомендованы к изданию                                                     

Протокол  № ____  от __________200   г.

 

 

Председатель НМС Инженерной Академии  

Канд. техн. наук, проф. ______________              Е.К. Ордабаев

 

 

Согласовано:

Начальник ИМО 

к.п.н., проф.                  ________________             Н.М. Ушакова

 

 

сдано в     __________________

 

 

 

 

 

 

 

ТЕМАТИЧЕСКИЙ  ПЛАН ЛЕКЦИЙ

 

№	Темы лекций	Кол-во часов
	Модуль 1
1	Введение в биотехнологию	2
2	Стадии биотехнологических производств	2
3	Блок-схемы биотехнологических производств.	2
4	Процессы ферментации. Классификация процессов ферментации.	2
	Модуль 2
5	Сырьё для  процессов ферментации.	2
6	Основные технологические  параметры в процессе ферментации.	2
7	Биокатализ и биотрансформация. Отделение биомассы от культуральной  жидкости.	2
8	Отделение биомассы от культуральной  жидкости	1
Итого:		15

1. ВВЕДЕНИЕ В БИОТЕХНОЛОГИЮ. 
ЧТО ТАКОЕ БИОТЕХНОЛОГИЯ

       Биотехнология — это целенаправленное получение ценных для народного хозяйства и  различных  областей человеческой деятельности  продуктов, в процессе которого используется биохимическая  деятельность микроорганизмов, изолированных клеток или их компонентов.  
            Наиболее часто биотехнологию пугают с растениеводством или животноводством.  
Например, получение пшеницы из воды и удобрений на первый взгляд — биотехнология. Однако здесь используется биохимическая деятельность не изолированных клеток, а целого растения, макроорганизма, относящегося к высшим, многоклеточным организмам.  Это — не биотехнология, а растениеводство. Точно так же получение лекарства из корня женьшеня — не биотехнология. А вот когда из этого корня берут отдельные клетки, отделяя их с помощью ферментов от многоклеточной растительной ткани, и разводят эти отдельные, изолированные клетки на специальном питательном растворе, как дрожжи, получая биомассу изолированных клеток женьшеня, из которой путем настаивания можно получить столь же ценное лекарство,  это-   биотехнология.  
           Другой пример - производство молока. Молоко получают от коровы, овцы или другого млекопитающего животного, т. е. это  
работа макроорганизма. Значит, это не биотехнология. А вот получение из молока кефира, йогурта или другого кисломолочного продукта основано на биохимической деятельности молочно- кислых  бактерий — это вполне легитимная биотехнология. В производстве глюкозы из крахмала есть процесс гидролиза:  раствор крахмала подкисляют, нагревают до определенной температуры и выдерживают некоторое время. В результате крахмал распадается на глюкозу, получается гидролизат — грязноватый раствор глюкозы с примесями. Это — типичный химический процесс. Есть другой процесс — процесс ферментативного гидролиза крахмала. В этом случае к суспензии крахмала добавляют фермент, и под его действием также происходит расщепление крахмала до глюкозы, но в гораздо более мягких условиях и без образования нежелательных примесей, с меньшими потерями. Ферменты — это выделенные из клетки белковые вещества, компоненты клетки. Следовательно, по определению, этот процесс — биотехнология.    
          Во всех приведенных примерах в качестве основания для отнесения процесса к биотехнологии или к химической технологии мы рассматривали то, посредством каких воздействий осуществляется  обработка продукта.  
         Иногда обращают внимание на другое: какое сырье обрабатывается — химическое или биологическое. Например, очень часто производство мясных продуктов относят к биотехнологии, обосновывая это тем, что исходное сырье — туши забитых животных, сырое мясо и так далее - являются продуктами биологического происхождения.  
С этой точки зрения, например, приготовление котлет — это биотехнология, хотя рабочий процесс заключается в измельчении мяса и затем в его тепловой обработке, т. е. нет биохимической деятельности микроорганизмов или клеток, а значит, это не биотехнология. А вот обработка мясного фарша определенными заквасками и последующий режим созревания, используемый при приготовлении дорогих сортов колбас, — это, конечно, био- технология.  
         На практике часто не делают столь строгих различий, и многие процессы переработки сырья биологического происхождения называют процессами биотехнологическями.  
        В дальнейшем мы увидим, что и строго биотехнологических  производства, например микробиологическое получение спирта или антибиотиков, имеют в своем составе кроме биотехнологических также химико-технологические и физико-механические процессы.  
Поскольку сырьем для каждого из этих процессов служит полупродукт биотехнологического происхождения, эти процессы вполне законно также называют биотехнологическими — как часть многостадийной технологии производства.  
Обратим внимание еще на одно важное слово в определении биотехнологии — «целенаправленно». Действительно, с точки зрения человека микроорганизмы работают в природе не всегда целенаправленно. 

Биотехнология — это организованная человеком деятельность микроорганизмов, направленная на получение определенного продукта.  
Существует биогеохимическая деятельность бактерий, в результате чего происходит переработка растительности и деревьев в торф, уголь, нефть, выщелачивание металлов и многие другие глобальные процессы. Эти процессы нельзя называть биотехнологическими, потому что они нецеленаправленные. Или, например, можно заметить, как после загрязнения почвы нефтью происходит естественное (не организованное человеком, т. е. не целенаправленное) биовосстановление — через 5—10 лет под воздействием микроорганизмов почва самоочищается. А вот когда мы специально организовываем технологию очищения почвы, вводя в нее дополнительные микроорганизмы или усиливая питание естественных почвенных микроорганизмов, — это уже биотехнология, биотехнология очистки почвы от загрязнений.  
Какие виды биохимической деятельности микрообъектов используют в биотехнологии, иначе говоря, какие цели преследуются при применении микроорганизмов?  
Перечислим их, не вдаваясь в подробности.  
       1. Наращивание клеточной массы, которая и представляет собой продукт. К такому классу технологий относится получение пекарских дрожжей, кормовых дрожжей, многих вакцин.  
       2. Образование (биосинтез) в процессе роста и развития клеток ценных биохимических продуктов — некоторые из них выделяются в среду (внеклеточные продукты), некоторые накапливаются в биомассе (внутриклеточные продукты). В этих случаях производство существует ради получения таких продуктов, а не самой биомассы, которая часто является балластом.  
        З. Биотрансформация — процесс, в результате которого под воздействием биохимической деятельности микроорганизмов или)  в происходит изменение химического состава исходного химического вещества. Отличие от рассмотренного процесса биосинтеза состоит в том, что при этом обычно происходят относительно отличие изменения в химической структуре вещества, оно не синтезируется  заново из относительно более простых веществ. Кроме того, в процессе биотрансформации используют обычно уже готовый биологический агент — клетки микроорганизмов или ферменты, в ходе самого процесса биотрансформации они не образуются.

Пример процесса биотрансформации — превращение глюкозы  во фруктозу под воздействием фермента глюкозоизомеразы. Оба сахара имеют одну формулу  С6Н1206, но различную пространственную структуру молекулы.  
Интересно, что подобный процесс в природе осуществляют пчелы (если кормить их глюкозой). Но поскольку здесь в операции принимает участие макроорганизмы — пчела, мы не можем данный процесс назвать биотехнологическим.  
             4. Потребление микроорганизмами из жидких сред различных веществ, которые являются нежелательными примесями (загрязнениями). Здесь биомасса микроорганизмов служит промежуточным агентом, по окончании процесса она становится ненужной. Такие процессы применяют при биологической очистке сточньюх вод. Продуктом здесь является очищенная вода, а биомасса активного ила, которая потребляет загрязнения, все время отводится от системы и затем обезврежявается или перерабатывается для получения из нее других полезных продуктов.  
          5. Выщелачивание с помощью микроорганизмов, т.е. перевод в растворенное состояние некоторых веществ, находящихся в твердых телах. Примером является микробиологическое выщелачивание ценных металлов из руд — меди, цинка, урана и др.  
         6. использование биохимической деятельности микроорганизмов с целью образования газов и за счет этого создания, например, пористых материалов. Так, для этого используют дрожжи при приготовлении хлеба. Одно из назначений дрожжей при получении пива или шампанского — также создать в среде высокую концентрацию растворенного диоксида углерода, чтобы вино или пиво хорошо пенилось.  
Рассмотренные шесть основных направлений биохимической деятельности микроорганизмов являются основой для получения широкого класса продуктов биотехнологии.

Биотехнология — это организованная человеком деятельность микроорганизмов, направленная на получение определенного продукта.  
Существует биогеохимическая деятельность бактерий, в результате чего происходит переработка растительности и деревьев в торф, уголь, нефть, выщелачивание металлов и многие другие глобальные процессы. Эти процессы нельзя называть биотехнологическими, потому что они нецеленаправленные. Или, например, можно заметить, как после загрязнения почвы нефтью происходит естественное (не организованное человеком, т. е. не целенаправленное) биовосстановление — через 5—10 лет под воздействием микроорганизмов почва самоочищается. А вот когда мы специально организовываем технологию очищения почвы, вводя в нее дополнительные микроорганизмы или усиливая питание естественных почвенных микроорганизмов, — это уже биотехнология, биотехнология очистки почвы от загрязнений.  
Какие виды биохимической деятельности микрообъектов используют в биотехнологии, иначе говоря, какие цели преследуются при применении микроорганизмов?  
Перечислим их, не вдаваясь в подробности.  
       1. Наращивание клеточной массы, которая и представляет собой продукт. К такому классу технологий относится получение пекарских дрожжей, кормовых дрожжей, многих вакцин.  
       2. Образование (биосинтез) в процессе роста и развития клеток ценных биохимических продуктов — некоторые из них выделяются в среду (внеклеточные продукты), некоторые накапливаются в биомассе (внутриклеточные продукты). В этих случаях производство существует ради получения таких продуктов, а не самой биомассы, которая часто является балластом.  
        З. Биотрансформация — процесс, в результате которого под воздействием биохимической деятельности микроорганизмов или)  в происходит изменение химического состава исходного химического вещества. Отличие от рассмотренного процесса биосинтеза состоит в том, что при этом обычно происходят относительно отличие изменения в химической структуре вещества, оно не синтезируется  заново из относительно более простых веществ. Кроме того, в процессе биотрансформации используют обычно уже готовый биологический агент — клетки микроорганизмов или ферменты, в ходе самого процесса биотрансформации они не образуются.

Пример процесса биотрансформации — превращение глюкозы  во фруктозу под воздействием фермента глюкозоизомеразы. Оба сахара имеют одну формулу С6Н1206, но различную пространственную структуру молекулы.  
Интересно, что подобный процесс в природе осуществляют пчелы (если кормить их глюкозой). Но поскольку здесь в операции принимает участие макроорганизмы — пчела, мы не можем данный процесс назвать биотехнологическим.  
             4. Потребление микроорганизмами из жидких сред различных веществ, которые являются нежелательными примесями (загрязнениями). Здесь биомасса микроорганизмов служит промежуточным агентом, по окончании процесса она становится ненужной. Такие процессы применяют при биологической очистке сточньюх вод. Продуктом здесь является очищенная вода, а биомасса активного ила, которая потребляет загрязнения, все время отводится от системы и затем обезврежявается или перерабатывается для получения из нее других полезных продуктов.  
          5. Выщелачивание с помощью микроорганизмов, т.е. перевод в растворенное состояние некоторых веществ, находящихся в твердых телах. Примером является микробиологическое выщелачивание ценных металлов из руд — меди, цинка, урана и др.  
         6. использование биохимической деятельности микроорганизмов с целью образования газов и за счет этого создания, например, пористых материалов. Так, для этого используют дрожжи при приготовлении хлеба. Одно из назначений дрожжей при получении пива или шампанского — также создать в среде высокую концентрацию растворенного диоксида углерода, чтобы вино или пиво хорошо пенилось.  
Рассмотренные шесть основных направлений биохимической деятельности микроорганизмов являются основой для получения широкого класса продуктов биотехнологии.

2. СТАДИИ БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ  ПРОИЗВОДСТВ

БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СТАДИЯ

Основной стадией является собственно биотехнологическая стадия, на которой  с использованием того или иного биологического агента (микроорганизмов, изолированных клеток, ферментов или клеточных органелл) происходит преобразование сырья в тот или иной целевой продукт.  
Обычно главной задачей биотехнологической стадии является получение определенного органического вещества.  
Однако биотехнологическая стадия, как правило, включает в себя не только синтез новых органических соединений, но и ряд других биотехнологических процессов, перечисленных ранее. 
        Ферментация— процесс, осуществляемый с помощью культивирования микроорганизмов.  
        Биотрансформация - процесс изменения химической структуы вещества под действием ферментативной активности клеток микроорганизмов или готовых ферментов. В этом процессе обычно не происходит накопления клеток микроорганизмов, а химическая структура вещества меняется незначительно. Вещество как бы уже в основном готово, биотрансформация осуществляет его химическую модификацию: добавляет или отнимает радикалы, гидроксильные ионы, дегидрирует и т. п.  
        Биокатализ химические превращения вещества, протекающие с использованием биокатализаторов-ферментов.

Биоокисление — потребление загрязняющих веществ с помощью микроорганизмов или ассоциации микроорганизмов в аэробных условиях.  
           Метановое брожение — переработка органических отходов с помощью ассоциации метаногенных микроорганизмов в анаэробньгх условиях.  
           Биокомттостирование — снижение содержания вредных органи- ческих веществ ассоциацией микроорганизмов в твердых отходах, которым придана специальная взрыхленная структура для обеспечения доступа воздуха и равномерного увлажнения.

 

Биосорбция – сорбция вредных примесей из газов или жидкостей микроорганизмами, обычно закрепленными на специальных твердых носителях.

Бактериальное выщелачивание – процесс перевода нерастворимых в воде соединений  металлов в растворенное состояние под действием специальных микроорганизмов.

Биодеградация – деструкция вредных соединений под воздействие микроорганизмов – деструкторов.  Обычно биотехнологическая стадия имеет в качестве выходных потоков один жидкостной потоки один газовый, иногда только один - жидкостной.

           1. Подготовительные  стадии:

1. Приготовление среды
2. Стерилизация среды
3. Подготовка и стерилизация газов (воздуха)
4. Подготовка посевного материала
5. Приготовление биокатализатора
6. Предварительная обработка сырья.

2. Биотехнологические  стадии:

1. Ферментация  
2.  Биотрансформацвия  
3.  Биокатализ (реакции с ферментами)  
4.  Биоокисление  
5.  Метавовое брожение  
6.  Биокомпостирование  
7.  Биосорбция  
8.  Бактериальное выщелачивание  
9.  Биодеградация

   3. Разделение жидкости и биомассы:

     1.  Отстаивание  
     2.  Фильтрация  
     3.  Сецарация  
     4.  Центрифугирование  
     5.  Микрофильтрация  
     6.  Ультрафвльтрапия  
     7.  Коатуляция  
     8.  Флотания

4. Выделение вне-внутриклеточных  продуктов:

1. Экстракция и экстрагирование
2. Осаждевие Цевтрифугировавие
3. Адсорбция
4. Ионцый обмен
5. Оттонка, ректификацця
6. Деэиятеграшiя
7. Гидролиз
8. Ферментолиз
9. Ультрафильтрация

5. Очистка продукта 

1. Экстракция
2. Осождение
3. Адсорбция
4. Ионный обмен
5. Храмотография
6. Диализ
7. Ультрофильтрация
8. Обратный осмос
9. Ферментолиз
10. Кристаллизация
11. ректификация

6. Концентрирование продукта

1. Выпаривание
2. Сушка
3. Осаждение
4. Кристаллизация
5. Фильтрация
6. Ультрафильтрация
7. Нанофильтрация

7. Изготовление готовой  формы продукта

1. Гранулирование
2. Дражирование
3. Таблетирование
4. Розлив
5. Фасовка
6. Ампулирование

 

1. ПОДГОТОВИТЕЛЬНАЯ СТАДИЯ

 

         Подготовительные стадии - служат для приготовления и подготовки необходимых видов сырья биотехнологической стадии.  На стадии подготовки могут быть использованы следующие процессы: Приготовление среды, обычно жидкой, включающей необходимые компоненты питания для биотехнологической стадии.

         Стерилизация среды — для асептических биотехнологических процессов, где нежелательно попадание посторонней микрофлоры. 

         Подготовка и стерилизация газов (обычно воздуха), необходимых для протекания биотехнологического процесса. Чаще всего подготовка воздуха заключается в очистке его от пыли и влаги, обеспечении требуемой температуры и очистке от присутствующих в воздухе микроорганизмов, включая споры.     

        Подготовка посевного материала. Очевидно, что для проведения м икробиологического процесса или процесса культивирования изолированных клеток растений или животных необходимо подготовить и посевной материал — предварительно выращенное малое по сравнению с основной стадией количество биологического агента.       

      Подготовка биокатализатора.  Для процессов биотрансформации или биокатализа необходимо предварительно подготовить биокатализатор - либо фермент в свободном или закрепленном на носителе виде, либо биомассу микрооргазмов, выращенную предварительно до состояния, в котором проявляется ее ферментативная активность.  

        Предварительная обработка сырья. Если сырье поступает в производство в виде, непригодном для непосредственного использования в биотехнологическом процессе, то проводят операцию по предварительной подготовке сырья.

 

2. РАЗДЕЛЕНИЕ ЖИДКОСТИ И БИОМАССЫ

 

                    Чаще всего целевой продукт находится либо в самой биомассе, либо в жидкости. В обоих случаях необходимо сначала разделить эти две фазы, В зависимости от свойств биомассы и жидкости для этих целей могут быть использованы различные процессы.  
Отстаивание — разделение под действием гравитационных сил (обычно при очистке сточных вод).  
                 Фильтрация — пропускание суспензии через фильтрующий материал, на котором задерживаются частицы твердой фазы — био- масса. Такой способ применяют в производстве антибиотиков, особенно в тех случаях, когда микроорганизм-продуцеi-iт имеет мицелиальный характер.  
                 Сепарация, центрифугирование — разделение под действием центробежных сил. Наиболее часто используется для отделения дрожжей или бактерий в производстве кормовой биомассы.  
                Микрофильтрация, ультрафильтрация — пропускание суспензии через мембраны с весьма малым размером пор, обеспечивающее удержание клеток микроорганизмов на мсмбране и получение раствора, свободного от взвешенных клеток. Ультрафильтрация задерживает уже не только клетки, но и крупные молекулы растворенных веществ.  
              Коагуляция — добавление в суспензию реагентов, способствующих образованию и осаждению более крупных клеточных агломератов и отделению их от жидкости путем отстаивания.  
            Флотация — захват биомассы микроорганизмов пузырьками пены и выделение ее из пенной фракции.

         2.3   ВЫДЕЛЕНИЕ ПРОДУКТОВ БИОСИНТЕЗА

Эта стадия имеет определенные отличия, связанные с тем, являются продукты внеклеточными или внутриклеточными.  
Так, для внутрикслеточных продуктов сначала необходимо разрушить клеточную оболочку одним из методов, среди которых можно назвать следующие: 

              Дезинтеграция клеток. Этот процесс разрушения клеточной оболочки может осуществляться физическими методами с помощью мелющих тел, путем замораживания в вродавливания, воздействием ультразвуком, методом декомпрессии — резкого сброса давления) или химическими и биотехнологическим и методами.  
             Гидролиз — разругвение клеточных оболочек под действием химических реагецтов и температуры.  
             Ферментолиз — разрушение клеточных оболочек под действием ферментов при повышенной температуре.  
            Автолиз — разновидность ферментолмза, когда используют собственные ферментьт клетки.  
После проведения предварительной операции разрушения кгеток выделение целевого продукт осуществляется из раствора методами, которые являются общими для внеклеточных и внутриклеточных продуктов.  
           Экстракция — переход целевого продукта из водной фазы в несмешиваюшуюся с водой органическую жидкость (экстрагент). Наиболее известно выделение жироподобньгх веществ жидкими углеводоролами (типа бензина), но применяются и многие другие виды экстрагентов (хлороформ, эфир, бутилацетат). Экстракция прямо из твердой фазы (в том числе и биомассы микроорганизмов) называется экстрагированием.  
           Осаждение — выделение целевого продукта путем добавления к жидкости реагента, взаимодействующего с растворенным продуктом и переводящего его в твердую фазу.  
           Адсорбция — перевод растворенного в жидкости продукта в твердую фазу путем его сорбцви на специальных твердых носителях (сорбентах).  
          Ионный обмен — то же, что адсорбция, но в этом случае в твердую фазу переходят ионьт (катионьг или анионы), а не целиком молекула целевого продукта или примеси.  
        Отгонка, ректификация — эти методы используют для выделения растворенных в культуральцой жидкости легкокипящих продуктов. Пример этиловый спирт.  
       Ультрафильтрация, нанофильтрация и обратный осмос применяются для выделения высокомолекулярных соединений (белков, полилепитидов, полинуклеотидов). Обратный осмос и нанофильтрация позволяют отделять даже небольшие по размеру молекулы.  

2.4 ОЧИСТКА ПРОДУКТА 

 

На стадии выделения  продукта главная задача – отделить основную часть продукта. Поэтому необходимо получать биопродукты высокой кондиции, добавляют еще стадию очистки продукта. Задача этой стадии убрать примеси, сделать продукт максимально чистым.  
          Эта задача решается с помощью разнообразных процессов, в числе которых многие из тех, что уже были рассмотрены ранее.

Это - экстракция и экстрагирование, адсорбция, ионный обмен, ультрафильтрация и обратный осмос, ректификация и ферментолиз. Кроме этих процессов используют и следуюшие.  
          Хроматография — процесс, напоминающий адсорбцию. На твердом сорбенте собираются растворенньие вещества, но не одно, а несколько, часто близких по структуре. Например, смеси белков, нуклеотвдов, сахаров, антибиотиков. При адсорбции они и десорбируются вместе. А вот при хроматографии они выходят из сорбента как бы по очереди, что и позволяет их разделять и, значит, очищать друг от друга.  
Диализ — процесс, в котором через полупроницаемую перегородку могут проходить низкомолекулярные вещества, а высокомолекулярные остаются. Путем диализа осуществляют очистку вакцин и ферментов от солей и низкомолекулярных растворимых примесей.  
        Кристаллизация. Этот процесс базируется на различной растворимости веществ при разных температурах. Медленное охлаждение позволяет формировать кристаллы из растворов целевых продуктов, причем чистота их обычно очень высока. Вся «грязь» остается в маточном растворе. Таким образом, например, получают кристаллы пенициллина.  
Можно даже получить еще более чистый продукт, если кристаллы растворить в воде или растворителе, а потом снова кристаллизовать (т. е. провести процесс перекристаллизации).  

2.5 КОНЦЕНТРИРОВАНИЕ ПРОДУКТА

 

        После очистки  продукта он часто находится  все-таки в растворе с небольшими  концентрациями примесей. Дальнейшая задача — обеспечить его концентрирование.  
Необходимо рассмотреть, как обычно меняется концентрация целевого продукта от биотехнологической стадии до готовой формы продукта. На выходе из биотехнологической стадии суспензия обычно содержит целевого продукта примерно 0,1—1%, после стадии отделения биомассы — 0,1—2%,  после стадии выделения — 1—10%, после очистки — 50—80%. и,  наконец, после концентрирования — 90— 100%.  
На стадии концентрирования применяют такие процессы, как выпаривание, сушка, осаждение, кристаллизация с фильтрацией получившихся кристаллов, ультрафильтрация и гиперфильтрацяя или нанофильтрация, обеспечивающие «отжим» растворителя из раствора.

 

2.6 ПОЛУЧЕНИЕ ГОТОВОЙ ФОРМЫ ПРОДУКТА

 

На завершающей стадии производства продукт приобретает товарную форму за счет проведения процессов гранулирования (формирование гранул из порошка или прямо из раствора), дражирования, таблетирования (формирование драже, таблеток), розлива или фасовки, амвулирования (затаривания в ампулы).  

 

3. БЛОК-СХЕМЫ БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ

 

          Рассмотрим  несколько примеров блок-схем  производства различных продуктов  из числа перечисленных ранее.  Блок-схема отражает последовательность  технологических стадий при получении  продукта.

 представлена блок-схема производства биогаза. 

 

 Биогаз 

 

 

 

 

Удобрение

 

 

 

 

  Производство   биогаза.

 

 

Здесь из типовой схемы производства имеются подготовительные стадии, стадия метанового брожения, сушка как стадия концентрирования. Компримирование биогаза можно рассматривать как создание его готовой формы.

 

 Йогурт

 

 

 

 

 

Производство йогурта.

 
В производстве йогурта (рис.2) есть две подготовительные стадии, одна биотехнологическая стадия и стадия розлива, представляющая собой приведение продукта к готовой форме.

Производство кормового лизина (рис. 3.4) несколько сложнее. Подготовительные стадии кроме получения посевного  материала включают в себя стадии приготовления многокомпоне нтной  сложной среды, ее стерилизацию, а  также компримирование и стерилизацию воздуха. Два процесса составляют стадию концентрирования: сначала образующуюся на стадии ферментации культуральную жидкость выпаривают под вакуумом (что дешевле, чем сразу сушить) и только после этого сушат на распылительной сушилке. Есть модификации технологии, когда перед сушкой проводят гранулирование продукта с добавленными отрубями, а сушку осуществляют на ленточной сушилке.

           В  производстве вина  впервые появляется  стадия отделения биомассы —  фильтрование.  
          Производство технических внеклеточных ферментов включает в себя полный комплект подготовительных операций для асептической ферментации, отделение биомассы, выделение фермента ультрафильтрацией и затем две стадии сушки для двух продуктов: более мягкая для самого фермента и более жесткая для биомассы микроорганизмов, используемой как кормовой продукт.  
            Производство паприна представляет собой получение инактивированной биомассы, поэтому кроме сепарации биомассы имеется еще процесс ее стерилизации. Важной особенностью этого процесса является возврат в ферментер фугата (называемого ОКЖ — отработанной культуральной жидкостью) через процесс биоокясления активным илом и отделения образованшейся вторичной биомассы (сгущенного ила), которая присоединяется к основной биомассе перед тепловой стерилизацией (на схеме не показано). В результате полностью исключаются стоки на стадии сепарации.