logo
Раздел 7

Биохимические процессы

Биохимическими называют такие технологические процессы, в ходе которых главным двигателем являются выбранные микроорганизмы.

Микроорганизмы - это бактерии и микроскопические грибки. Микроорганизмы могут жить в разных средах: одни из них для жизни не требуют кислорода - анаэробы, другие без кислорода не могут жить – аэробы. Есть еще и такие, которые прекрасно чувствуют себя в ядерном реакторе. Существуют микроорганизмы, которые живут в вакууме, а также такие, которые выдерживают давление свыше 100 Мпа. В технологии наиболее частое используют микроорганизмы – аэробы.

Биохимические процессы служат основой биотехнологии - науки о получении продукции с использованием биохимических процессов.

Биотехнология основывается на достижениях биохимии, микробиологии, молекулярной биологии и широко используется в пищевой, фармацевтической, горнорудной и химической промышленностях, в процессе очищения сточных вод и т.п.

Плодами биотехнологии пользуются давно: брожению теста содействуют дрожжевые грибки, скисанию молока - молочнокислые бактерии и т.п.

Научное понимание этих процессов пришло лишь в XIX ст. благодаря работе французского ученого Луи Пастера. И лишь через столетие после этого открытия микроскопические грибки и бактерии стали использовать в промышленности.

Сегодня с помощью микроорганизмов получают разнообразнейшую продукцию: антибиотики, витамины, аминокислоты и белки, микробиологические средства защиты растений, спирты, животные корма и т.п. Интерес к биотехнологии постоянно возрастает.

Микробиологические процессы происходят в основном при невысоких температуре и давлении в довольно простом по конструкции оборудовании: благодаря этому упрощается технологический процесс, уменьшаются капиталовложения и эксплуатационные затраты.

Для культивирования микроорганизмов используют дешевое сырье, например, сточные воды, побочную продукцию промышленных предприятий.

Сырьем для микробиологического синтеза выступают нефть и ее компоненты, природный газ, сыворотка, полученная при производстве сыра, а также отходы целлюлозно-бумажной промышленности.

Технологический процесс микробиологического синтеза многостадийный:

Основной стадией является брожение. Этот процесс проходит в агрегатах, где содержится сырье. Здесь созданы все необходимые условия для нормального прохождения процесса: стерильность среды, постоянное перемешивание, аэрирование, соответствующая температура.

Белками называют высокомолекулярные соединения, построенные из аминокислот. Белки бывают естественного и искусственного происхождения. В мире ощущается недостаток естественных белков, поэтому их получают искусственным способом. Одним из важнейших направлений развития биотехнологии является усовершенствование белков и увеличение их количества.

Кормовые белки получают из сырья растительного и минерального происхождения. Из растительного сырья получают гидролизные дрожжи, а из минерального - белково-витаминный концентрат (БВК). Гидролизные дрожжи очень распространены в природе, в особенности там, где есть сахаристые вещества (ягоды, фрукты, молочные продукты и т.п.). Для производства дрожжей необходимо иметь питательную среду, в которой их можно было бы выращивать. Питательную среду получают гидролизом растительного сырья (например, соломы). В процессе гидролиза целлюлоза, которая содержится в этом сырье, расщепляется и переходит в раствор, а лигнин (от лат «Ііgпит» - дерево: составная часть ствола дерева, стеблей растений) остается твердой. Процесс гидролиза энергоемкий, и несмотря на присутствие катализаторов (соляной, серной и других кислот) происходит при условии нагревания сырья при температуре 180°С. Полученный гидролизат (кислый раствор сахаров) нейтрализуют - и питательная среда готова для выращивания микроорганизмов в бродильниках. Полученную дрожжевую биомассу концентрируют, нагревают, высушивают и пакуют. Из одной тонны отходов древесины можно получить до 250 кг кормовых дрожжей, а из такого самого количества кукурузных до 280 кг.

Белково-витаминный концентрат вырабатывают из очищенных парафинов, природного газа, этилового спирта и т.п., к которым добавляют элементы минерального питания: азот, фосфор, калий, железо, цинк, и т.п.. Кроме того, питательная среда содержит в микродозах молибден, медь, кобальт, кальций, никель, серу и т.п.. Недостаточность в питательной среде какого-нибудь элемента из группы минерального питания служит причиной изменения развития клеток и их состава.

Природный газ является лучшим сырьем для производства БВК, чем парафины, поскольку в биомассе содержится до 70% сырого протеина (от греч. - первое место). Протеин - это простой белок, а БВК, полученный из этилового спирта – более качественный.

Биохимические процессы позво­лили бы перестроить целые отрасли: пищевую и химическую промышленность, сельское хозяйство. Однако еще не решены проблемы фиксации атмосферного азота синтеза белков, жиров и углеводов, использования оксида углерода из атмосферы для органического синтеза и некоторые другие.