Дәріс №2

Тақ ырыбы: Биотехнологиялық ү дерістердің негізгі элементтері

Жоспары:

1.Экологиялық -биотехнологиялық ө ндірістердің технологиялары

2.Биотехнологиялық ү дерістегі негізгі сатысы

Дә ріс мақ саты: Биотехнологиялық ү дерістердің негізгі элементтерін қ арастыру

Кез келген биотехнологиялық ү деріс ү ш негізгі сатыны: ферментациялау алдындағ ы, ферментациялау жә не ферментациялаудан кейінгі сатыларды қ осады.

Ферментация алдындағ ы сатыда продуцент културасын (инокулянтты) сақ тау мен дайындауды, қ оректік субстраттар мен орталарды, ферментациялық аппаратураны, технологиялық жә не рециркуляцияланатын су мен ауаны алу мен дайындауды іске асырады.

Продуцент, оның физиологиялық -биохимиялық сипаттамалары мен қ асиеттері бү кіл биотехнологиялық ү дерістің тиімділігін анық тайтындық тан, таза култураны ұ стап тү ру жә не дайындау ферментация алдындағ ы сатының ө те маң ызды сә ті болып табылады. Таза култураны бө ліп алуда ө ндірістік штамдарды сақ тауды жү зеге асырады жә не олардың реактивациясы мен инокулятты ү дерістің басталуы ү шін қ ажетті мө лшердерде жасап шығ аруды қ амтамасыз етеді. Инокуляттың егетін дозаларын ө сірген кезде масштабтау қ ағ идасын қ олданады, яғ ни биомассаны колбаларда, бө телкелерде, одан соң дә йекті фер- ментерлердің сериясында біртіндеп арттыруды жү ргізеді. Аталғ ан ү дерістің ә рбір одан кейінгі кезең і алдындағ ы кезең нен кө лемі бойынша бір шамағ а ерекшеленіп отырады. Стерилді егу бағ ыты бойынша алынғ ан инокулянт одан ә рі осында ферменттеу сатысы жү зеге асырылатын аппаратқ а жіберіледі.

Қ оректік орталарды дайындау араластырғ ыштармен жабдық талғ ан арнайы реакторларда жү зеге асырылады. Орталардың қ ұ рамдас бө ліктерінің ерігіштігіне жә не ү йлесімділігіне байланысты жекелеген реакторлар қ олданылуы мү мкін. Егер олардың қ ұ рамына ерімейтін қ ұ рамдас бө ліктер кіретін болса, орталарды дайындау технологиясы айтарлық тай кү рделене тү седі. Ә ртү рлі биотехнологиялық ү дерістерде шығ у тегі жә не мө лшерлері бойынша ә ртү рлі субстраттар қ олданылады, сондық тан оларды ә зірлеу ү дерісі ө згеріп отырады.

Сондық тан қ оректік қ ұ рамдас бө ліктерді дозалау ә рбір ө ндірісте нақ тылы ү дерістің технологиялық регламентіне сә йкес жеке-жеке іріктеп алынады жә не жү зеге асырылады. Бұ л кезде дозалайтын жабдық ретінде тамақ жә не химия ө неркә сіптерінде пайдаланылатын салмақ тық жә не кө лемдік қ ондырғ ылар қ олданылады. Тасымалдау сораптармен: ленталы жә не шнекті тасымалдағ ыштармен іске асырылады. Сусымалы қ ұ рамдас бө ліктерді ферментерлерге вакуумды сораптардың кө мегімен береді. Кө біне кө п алдын ала қ оспалар қ ағ идасы қ олданылады, яғ ни тұ здарды алдын ала ерітіп алады жә не одан кейін бұ лардың берілуін мө лшерлей отырып, қ ү бырлар бойынша тасымалдайды.

Биотехнологиялық ү дерістердің жә не оларды іске асыру ү шін қ олданылатын орталардың, ә дістер мен аппаратураның ерекше ә р алуандығ ына орай, аталғ ан элементтерді қ арастыру ә рі қ арай нақ тылы биотехнологиялық ө ндірістермен байланыстырылатын болады.

2. Ферменттеу сатысы - биотехнологиялық ү дерістегі негізгі саты, ө йткені оның барысында продуценттің субстратпен ө зара ә рекеттесуі жә не мақ сатты ө німдердің (биомассалардың, эндо жә не экзо ө німдердің) ө зара ә рекеттесуі жү реді. Бұ л саты биохимиялық реакторда (ферментерде) жү зеге асырылады жә не қ олданылатын продуценттің ерекшеліктеріне жә не ақ ырғ ы ө німнің типі мен сапасына қ ойылатын талаптарғ а байланысты ә ртү рлі тә сілдермен ұ йымдастырылуы мү мкін. Ферменттеу қ атаң асептикалық жағ дайларда жә не стерилділік ережелерін сақ таусыз («қ орғ алмағ ан» деп аталатын ферменттеу), сұ йық жә не қ атты орталарда; анаэробты жә не аэробты жү руі мү мкін. Аэробты ферменттеу, ө з кезегінде, беткейде немесе терең де (қ оректік ортаның бү кіл қ абатында) ө рбуі мү мкін. Биологиялық нысандарды ө сіру мерзімді жә не ағ ынды режимдерде, субстрат бере отырып жартылай ү здіксіз іске асырылуы мү мкін.

Мерзімді ферменттеу барысында ө сірілетін култура бірқ атар бірізді сатылардан: лаг-фазадан, экспоненциалды, ө суді баяулату, стационарлық жә не қ ұ рып біту сатыларынан ө теді. Бұ л ретте бионысанның физиологиялық кү йінің, сонымен қ атар ортаның бірқ атар параметрлерінің елеулі ө згерістері жү реді. Мақ сатты ө німдер экспоненциалды (бастапқ ы метаболиттер - ферменттер, амин қ ышқ ылдары, витаминдер) жә не стационарлы (екінші реттік метаболиттер - антибиотиктер) фазаларда тү зіледі, сондық тан биотехнологиялық ү дерістің мақ саттарына байланысты қ азіргі ө неркә сіп ү дерістерінде култивациялаудың дифференциацияланғ ан режимдері қ ағ идасы қ олданылады. Осының нә ижесінде қ андай да бір мақ сатты ө німнің максималды тү сімі ү шін жағ дайлар жасалады.

Бионысандарды ү здіксіз ферменттеу микроб популяциясы жә не оның ө німдері ең кө п біртекті болатын, орнық қ ан режим жағ дайларында іске асады. Ферменттеудің ү здіксіз ү дерістерін қ олдану биосинтездеу процестерін тимді реттеу жэне басқ ару ү шін жағ дайлар жасайды. Ү здіксіз ферменттеу жү йелері толық ығ ыстыру немесе толық араластыру принципі бойынша ұ йымдастырылуы мү мкін. Бірінші мысал - трубулярды култура деп аталатын: ферменттеу ү дерісі ұ зын қ ұ бырда жү зеге асырылады, бұ л қ ұ бырғ а бір ұ шынан қ оректік компоненттер мен инокуляи ү здіксіз келіп отырады, ал екінші ұ шынан - дә л сол жылдамдық пен културалық сү йық тық ағ ып кетіп отырады. Ағ ынды ферменттеудің бұ л жү йесі гетерогенді болып табылады жә не ә детте араластырусыз іске асырылады. Толық араластыратын ферментерлерде ү здіксіз ферменттеу кезінде (гомогенді-ағ ынды тә сіл) ферментациялық аппараттың бү кіл массасында бірдей жағ дайлар жасалады. Ферменттеудің осындай жү йелерін қ олдану жекелеген сатыларды, сонымен қ атар бү кіл биотехнологиялық ү дерісті тиімді басқ аруғ а жә не продуценттерді эксперимент жасаушығ а немесе биотехнологқ а іс жү зінде кез келген қ ажетті кү йде тұ рақ тандыруғ а мү мкіндік береді.

Инженерлік іске асыру тұ рғ ысынан ферменттеу ү дерісін қ амтамасыз ету ферментерге ағ ындардың (инокулянттың, ауаның (немесе газ қ оспаларының), қ оректік биогендердің, кө піршікті басушылардың) мө лшерлеп келіп тү суіне жә не одан жылуды, жұ мыс жасап болғ ан ауаны, културалық сұ йық тық ты бұ руғ а, сонымен қ атар ү дерістің негізгі параметрлерін ө лшеуге жә не продуценттің оптималды дамуына жэне мақ сатты ө німнің тү зілуіне қ ажетті дең гейде тұ рақ тандыруғ а келіп тіреледі. Ферменттеу барысында қ ұ рамында жасушалар, жасушадан тыс метаболиттер, бастапқ ы субстраттың қ алдық концентрациялары бар кү рделі қ оспалар тү зіледі. Бұ л ретте мақ сатты ө німдер ә детте шамалы концентрацияларда қ алдық та қ оспада тұ рады, ал олардың кө пшілігі оң ай ыдырайды. Осының барлығ ы биологиялық препараттарды бө ліп алу мен кептіру ә дістеріне айтарлық тай шектеулер салады.

Ферменттеуден кейінгі саты дайын тауарлық ө нім алуды жә не осының маң ызы кем тү спейтіндей, қ алдық тар мен жанама ө німдерді зарарсыздандыруды қ амтамасыз етеді. Ақ ырғ ы ө німнің (жасуша немесе културалық сұ йық тық) шоғ ырлануына жэне оның табиғ атына байланысты ферменттеуден кейінгі сатыда ә ртү рлі аппаратураны, бө ліп алу мен тазарту ә дістерін қ олданады. Жасушаларда жинақ талатын ө німді бө ліп алу ең бектенуді ең кө п қ ажет етеді. Ферменттеуден кейінгі сатының бірінші кезең і културалық сұ йық тық ты фракцияғ а бө лу жә не асылып тү рғ ан фазаны - биомассаны бө ліп алу болып табылады. Осы мақ саттар ү шін ең кең таралғ ан ә діс - арнайы аппараттарда - ө ң делетін културалық сұ йық тық тың қ асиеттеріне байланысты ә ртү рлі схемалар бойынша жұ мыс істейтін сепара- торларда жү зеге асырылатын сепарация болып табылады. Негізгі проблемалар ө лшемі 0.5-1.0 мкм жә не одан да аз ұ сақ асылып тұ рғ ан бө лшектерді (бактериялық жасушалар) бө ліп алу жә не сұ йық тық тың ү лкен кө лемдерін ө ң деу (мал азық тық ақ уыз, бірқ атар амин қ ышқ ыл- дарын ө ндіру) қ ажет болғ ан кезде туындайды. Сепарация ү дерісінің тиімділігін арттыру ү шін култураны алдын ала арнайы ө ң деуі - рН шамасын ө згертуді, қ ыздыруды, химиялық агенттер қ осуды қ олданады.

Биотехнологиялық ө німдердің жарамдылық мерзімін арттыру ү шін оларды сусыздандыруды жә не тұ рақ тандыруды жү ргізеді. Ө німнің қ асиеттеріне байланысты кептірудің ә р алуан ә дістерін қ олданады. Термотұ рақ ты препараттарды кептіру подностарда, ленталы конвейерде, сондай-ақ қ ызғ ан қ абатта жү зеге асырылады. Қ ыздыруғ а, ә сіресе сезімтал препараттарды тө мендетілген қ ысым мен температура кезінде вакуум-кептіргіш шкафтарда жә не тозаң дататынкептіргіштерде кептіреді. Тотырғ ыштар ретінді ә ртү рлі заттарды қ осу биотехнологиялық ө німдердің қ асиеттерінің тұ рақ тануына алып келеді. Мал азық тық ақ уызды тұ рақ тандыру ү шін қ осымша қ оректік қ ұ ндылық қ а ие болып келетін бидай кебектерін, жү гері ұ нын пайдаланады. Ферменттік препараттарды тұ рақ тандыру ү шін ферменттердің денатурациялануына кедергі келтіретін глицерин мен кө мә рсутектерді, сондай-ақ кобалт, магний, натрий иондарын, антибиотиктерді жә не т.б қ олданады.

Бақ ылау сұ рақ тары:

1.Продуцент, оның физиологиялық -биохимиялық сипаттамалары мен қ асиеттері

2. Ферменттеу сатысы

3. Мерзімді ферменттеу

4. Бионысандарды ү здіксіз ферменттеу

Пайдаланылғ ан ә дебиеттер:

1.Джусупова Д.Б Экологиялық биотехнология. – Алматы 2013

2. Джусупова Д. Б. Технологии очистки природных и производственных сточных вод.- Алматы, КазНПУ им.Абая, 2006.

3.Тұ рашева С.Қ. Клеткалық биотехнология негіздері. Оқ у қ ұ ралы., Алматы., «Қ азақ Университеті», 2009