Процессов

При ферментационной технологии можно использовать цельные

живые клетки (микробов, клетки животных и растений) или какие-нибудь

клеточные компоненты (например, ферменты) с целью физических или

химических преобразований органических веществ. Однако недостаточно

получать требуемые изменения веществ, метод должен иметь

преимущества перед другими, применяемыми в настоящее время,

технологиями производства этих же самых продуктов.

Преимущества

производства

органических

продуктов

биотехнологическими способами перед чисто химическими методами

достаточно многогранны:

• многие сложные органические молекулы, такие, как белки и

антибиотики, не могут практически быть синтезированы

химическими способами;

• биоконверсия обеспечивает значительно больший выход целевого

продукта;

• биологические системы функционируют при более низких

температурах, менее высоких значениях рН (близких к нейтральному)

и т. п.;

• каталитические биологические реакции намного специфичнее, чем

реакции химического катализа;

• биологические процессы обеспечивают почти исключительно

продукцию чистых изомеров одного типа, а не их смесей, как это

часто бывает в реакциях химического синтеза.

Но вместе с тем биологические способы в сравнении с химическими

методами обладают рядом явных недостатков:

1. Биологические системы могут легко быть загрязнены посторонней

нежелательной микрофлорой.

2. Целевой продукт, синтезируемый биологическим способом,

присутствует в довольно сложной смеси, что обусловливает

необходимость разделения его от примеси ненужных веществ.

3. Биотехнологические производства требуют больших количеств

воды, которую в итоге необходимо удалять, сбрасывая в

окружающую среду.

4. Биопроцессы обычно идут медленнее в сравнении со стандартными

химическими процессами.

Для каждого биотехнологического процесса должна быть разработана

подходящая схема, а сам процесс должен постоянно наблюдаться и

тщательно

контролироваться.

Для

большинства

практических

биотехнологических процессов такими системами являются ферменторы

или биореакторы, которые обеспечивают необходимые физические

условия, способствующие наилучшему взаимодействию катализатора со

средой и поставляемым материалом. Биореакторы варьируют от простых

сосудов до весьма сложных систем с различным уровнем компьютерного

оснащения.

Биореакторы изготавливаются в двух вариантах или типах. Первый

тип для нестерильных систем, когда нет абсолютной необходимости

оперировать с чистыми культурами микроорганизмов (например,

ферментация при пивоварении, производство пекарских дрожжей и т. п.).

Биореакторы второго типа предназначены для асептических процессов,

обычно используемых в производстве таких соединений как,

антибиотики,

аминокислоты,

полисахариды

и

одноклеточный

бактериальный белок. В реакторах такого типа все посторонние

микроорганизмы должны быть исключены, что, естественно, связано со

значительными сложностями при их конструировании и разработке

самого биотехнологического процесса.

Основное требование к биореакторам любого типа сводится к

обеспечению оптимальных условий роста продуцента или накоплению

синтезируемого им продукта. Для достижения указанных целей

необходимо разрабатывать технологию, призванную оптимизировать

процесс, а именно: использовать подходящий источник энергии, набор

питательных веществ должен соответствовать питательным потребностям

организма-продуцента, из ростовой среды должны быть удалены

соединения, ингибирующие его жизнедеятельность, должна быть

подобрана соответствующая посевная доза и, наконец, обеспечены все

остальные требуемые физико-химические условия. Экономически

рентабельные процессы в своей основе весьма сходны, независимо от

избранного продуцента, используемой среды и образуемого продукта.

Главная задача – получение максимального количества клеток с

одинаковыми свойствами при их выращивании в определенных

тщательно контролируемых условиях. Фактически один и тот же

биореактор (лишь с небольшими изменениями) может быть использован

для производства ферментов, антибиотиков, органических кислот или

одноклеточного белка.