Биотехнологиялық өндіріс және өнімдердің сипаттамасы.
Микроорганизмдер клеткалары үлкен ерекшеліктермен сипатталатын, зат алмасу процесі қарқынды жүретін объектілер. Бір микробтық клетка минутына 10-нан 100 мың белок молекулаға дейін синтездейді. Көптеген микроорганизмдердің екі еселену уақыты 0,3-2 сағат аралығында болады, бұл ең жоғары өнімді өсімдіктермен салыстырғанда 500 рет, ал жоғары асыл тұқымды малдардан 1000-5000 рет жылдам екендігін көрсетеді. Тағы да бір үлкен көңіл қоятын мәселе, кейде клеткалардың барлық биохимиялық активтілігі өздерінің өсуі мен кебеюіне ғана бағытталмай, керісінше, адамға қажетті заттарды синтездеуге жұмсалады, микроорганизмдердің мұндай қабілетін реттеуге және қарқындылығын арттыруға болады. Мәселен, бір өсу циклында 1 кг биомассаға 0,5 кг пенициллин түзетін мутантты штамдар және тіршілік қажеттілігінен 100-200 есе жоғары мөлшерде В витаминін түзетін микроорганизмдер белгілі. Микробиологиялық синтездің тиімділігі, субстрат ретінде меласса, сүт сарысуы, мұнай және т.б. өнімдердің қалдықтары мен екіншілік шикізат көздерінің қолданылу мүмкіндігімен анықталады.
Микроорганизмдер қолданылатын өндірістерді екі топқа бөледі:
- Тамақ және ашу өндірісі. Тамақ және ашу өндірісінде ауыл шаруашылық шикізаттарды өңдеуде микроорганизмдердің қолданылуы технологиялық циклдың белгілі бір сатысында шектеледі. Яғни микроорганизмдердің жоғары биомассасын дақылдау және олардың метаболизмінің өнімдерін жинау мен тазартуды қажет етпейді, мұндай өндіріс орындарын микробиологиялық өнеркәсіпке жатқызбайды.
- Микробиологиялық өнеркәсіп. Микробиологиялық өнеркәсіптің негізгі технологиялық сатысы микроорганизмдерді дақылдау болып табылатын өндіріс.
Микробиологиялық өнеркәсіпті технологиялық белгілері
Микробиологиялық өнеркәсіпті 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 микроорганиздердің өсуін тежейтін концетрацияда болады, кейбір жағдайда аэрацияны қажет етпейтін анаэробтар және т.б. қолданылады. Мұндай жағдайлар биотехнологиялық процестерді бөгде микрофлорадан сақтауды және көп мөлшердегі сұйықтықты мұқият заласыздандыруды, ауаны терең тазалау мен қоңдырғыларды гермитизациялау сияқты талаптарды орындаудың қажеттілігін жояды.
Ал, көп тоннажды өндірістің негізгі ерекшеліктерінің бірі — өнімді бөліп алу сатысының қарапайымдылығы, оларды сұйық түрде өндіреді және өнімдердің термотөзімділігіне байланысты жылумен кептіруге болады.
- Аз тоннажды өндіріс жоғары физиологиялық активтілікке ие (витамин, ферменттер) күрделі құрылымды заттар мен бактериялық препараттар алумен байланысты микробиологиялық синтез. Аз тоннажды өндірісте микроорганизмдерді терең дақылдау әдісі пайдаланады, сондықтан қолданылатын қоректік орталарды, қоспаларды, аэрацияланатын ауаны заласыздандыру, жұмыс орындарының гермитизациялануы жоғары талаптарға сай орындалуы қажет: Соңғы өнімді бөліп алу және тазалау бірнеше күрделі операциялардан тұрады.
Микробиологиялық синтездің өнімдері
Микробиологиялық синтездің өнімдерін 3 түрге бөледі:
- Негізгі активті компоненті ретінде тіршілік етуге қабілетті, тірі микроорганизмдерден тұратын биологиялық препараттар (өсімдіктерді қорғайтын заттар, бактериялық тыңайтқыштар, ұйытқылар т.б.).
- Инактивирленген клеткалар және олардың өңделген өнімдерінен құрылған биологиялық препараттар (азықтық ашытқылар, саңырауқұлақтың мицелиялары).
3.Микроорганизмдер метаболизмінің тазаланған өнімдері негізіндегі биологиялық препараттар (витаминдер, аминқышқылдар, ферменттер, антибиотиктер т.б.).
Бұл өнімдерді химиялық табиғатына және өндіруші (продуцент) микробтық клеткалар үшін мәніне байланысты 3 топқа бөледі:
- молекулалық массасы 10000-нан бірнеше миллионға дейін үлкен молекулалы заттар (ферменттер, полисахаридтер және т.б.).
- бірінші реттік метаболиттер, яғни микроорганизмдер өсуі үшін қажетті қосылыстар (аминқышқылдар, витаминдер, пуринді және пиримидинді нуклеотидтер және т.б.).
- екінші реттік метаболиттер, яғни микроорганизмдердің өсуіне қажетсіз қосылыстар (антибиотиктер, токсиндер, алкалоидтар).
Бірінші және екінші реттік метаболиттердің молекулалық массасы 1500 дальтоннан аспайды.
ТМД елдерінде жемдік азық ретінде ағаш гидролизаты және мұнай
көмірсутегілері негізінде микробтық белокты көп тоннажды өндіру
өндірісі құрылған. Өндірістегі ашытқылардың бір жылдық өнімі 1 млн
тоннаға тең. Бұл өнімде шамамен 20 млн тонна аралас жемдік азықты
және тауық шаруашылығы мен шошқа шаруашылығында қосымша 1 млн. тонна етті белокпен байытуға мүмкіндік беретін 60%-ға жуық протеин болады. Сонымен, бірге көптеген витаминдер, амин қышқылдар – лизин, активтендіретін және антибактериялық әсері бар микробиологиялық препараттар, бактериялық тыңайтқыштар, ферментті препараттарды өндіру жолға қойылған. Биотехнологиядағы техникалық прогрестің негізгі критериялары субстратты терең өңдеу, максимальды шығымдылық және өнімнің химиялық тазалығы болып табылады. Бұл талаптарға сай биотехнологиялық процестерді және
өнімдерді ғылыми зертханаларда жүргізеді.