Ruski biotehnološki trg: vodilni v industriji, obetavni mladi projekti in investitorji. Ustanovitelji domače biofarmacevtike: eksperimentalna biotehnološka proizvodnja IBCh
Biotehnologija mleka
Spekter živil, pridobljenih s pomočjo mikroorganizmov, je obsežen. To so proizvodi, pridobljeni s fermentacijo - kruh, sir, vino, pivo, skuta in tako naprej. Do nedavnega se je biotehnologija uporabljala v živilski industriji za izboljšanje ustaljenih procesov in boljšo uporabo mikroorganizmov, prihodnost pa pripada genetskim raziskavam za ustvarjanje bolj produktivnih sevov za specifične potrebe, uvajanje novih metod v tehnologijo fermentacije.
Proizvodnja mlečnih izdelkov v živilski industriji temelji na fermentacijskih procesih. Osnova biotehnologije mlečnih izdelkov je mleko. Mleko (skrivnost mlečnih žlez) je edinstven naravni hranilni medij. Vsebuje 82-88% vode in 12-18% trdnih snovi. Sestava suhega mlečnega ostanka vključuje beljakovine (3,0-3,2%), maščobe (3,3-6,0%), ogljikove hidrate (mlečni sladkor laktoza - 4,7%), soli (0,9-1%), manjše sestavine (0,01%): encimi. , imunoglobulini, lizocim itd. Mlečne maščobe so po svoji sestavi zelo raznolike. Glavni beljakovini mleka sta albumin in kazein. Zaradi te sestave je mleko odličen substrat za razvoj mikroorganizmov. Pri fermentaciji mleka običajno sodelujejo streptokoki in mlečnokislinske bakterije. Z reakcijami, ki spremljajo glavni proces fermentacije laktoze, se pridobivajo tudi drugi produkti predelave mleka: kisla smetana, jogurt, sir itd. Lastnosti končnega produkta so odvisne od narave in intenzivnosti fermentacijskih reakcij. Običajno se določijo tiste reakcije, ki spremljajo nastanek mlečne kisline posebne lastnosti izdelkov. Tako na primer reakcije sekundarne fermentacije, ki potekajo med zorenjem sirov, določajo okus njihovih posameznih sort. V takih reakcijah sodelujejo peptidi, aminokisline in maščobne kisline v mleku.
Vse tehnološki procesi proizvodnja izdelkov iz mleka je razdeljena na dva dela: 1) primarna predelava - uničenje sekundarne mikroflore; 2) recikliranje. Primarna predelava mleka vključuje več faz. Najprej se mleko očisti mehanskih nečistoč in ohladi, da se upočasni razvoj naravne mikroflore. Mleko nato separiramo (pri proizvodnji smetane) oziroma homogeniziramo. Sledi pasterizacija mleka, pri čemer se temperatura dvigne na 80 o C in se prečrpa v cisterne ali fermentorje. Sekundarna predelava mleka lahko poteka na dva načina: z uporabo mikroorganizmov in z uporabo encimov. Z uporabo mikroorganizmov se proizvajajo kefir, kisla smetana, skuta, kislo mleko, kazein, siri, biofruktolakt, biolakt, z uporabo encimov - živilski hidrolizat kazeina, suha mlečna mešanica za koktajle itd. Pri vnosu mikroorganizmov v mleko laktoza hidrolizira v glukozo in galaktozo, glukoza se pretvori v mlečno kislino, kislost mleka se poveča, pri pH 4-6 pa kazein koagulira.
Mlečnokislinsko vrenje je homofermentativno in heterofermentativno. Pri homofermentativni fermentaciji je glavni produkt mlečna kislina. Med heterofermentativno fermentacijo nastajajo diacetil (ki daje okus maslu), alkoholi, estri in hlapne maščobne kisline. Hkrati potekajo proteolitični in lipolitični procesi, zaradi česar so mlečne beljakovine bolj dostopne in obogatene z dodatnimi aromatičnimi snovmi.
Za postopke fermentacije mleka se uporabljajo čiste kulture mikroorganizmov, imenovane starter kulture. Izjema so starter kulture za kefirje, ki predstavljajo naravno simbiozo več vrst mlečnokislinskih gliv in mlečnokislinskih bakterij. Te simbioze ni bilo mogoče reproducirati v laboratoriju, zato se ohranja kultura, izolirana iz naravnih virov. Pri izbiri kultur za starter kulture se upoštevajo naslednje zahteve:
Sestava starter kultur je odvisna od končnega izdelka (npr. acidophilus bacillus se uporablja za proizvodnjo acidofilusa, mlečni streptokoki se uporabljajo za proizvodnjo jogurta);
Sevi morajo izpolnjevati določene zahteve glede okusa;
Izdelki morajo imeti ustrezno konsistenco, od krhke, zrnate do viskozne, kremaste;
Določena aktivnost tvorbe kisline;
Odpornost sevov na fage (odpornost na bakteriofage);
Sposobnost sinereze (lastnost strdka, da oddaja vlago);
Tvorba aromatičnih snovi;
Združljivost sevov (brez antagonizma med kulturami);
Prisotnost antibiotičnih lastnosti, tj. bakteriostatsko delovanje proti patogenim mikroorganizmom;
Odpornost na sušenje.
Kulture za starter kulture se izolirajo iz naravnih virov, nato se izvede lokalna mutageneza in selekcija sevov, ki ustrezajo zgornjim zahtevam. Biotehnologije na osnovi mleka praviloma vključujejo vse glavne faze biotehnološke proizvodnje, ki jih lahko obravnavamo na primeru sirarstva.
Tradicionalna biotehnologija se je rodila pred deset do dvanajst tisoč leti, ko se je končala zadnja poledenitev. Ljudje so stoletja uporabljali mikroorganizme za peko kruha, pivo, sir, pridelavo soje, vino in vitamine. zanimanje za proizvodnjo prehrambeni izdelki v našem času ne oslabi, vendar so te industrije prešle na nova raven z uporabo vseh najnovejših dosežkov sodobne biologije.
Razvijajo se biotehnologije za proizvodnjo organske hrane, ki zagotavlja uravnotežena prehrana tako na osnovi višjih rastlin kot s pomočjo mikrobiološke sinteze.
Izdelki biotehnološke proizvodnje
Biotehnološki izdelki so rezultat delovanja bioloških sistemov za tehnične in industrijski procesi. To vključuje tako tradicionalne organizme kot organizme, ki izhajajo iz genskega inženiringa.Rastline so najcenejši proizvajalec beljakovin in drugih živil. Cena beljakovin, pridobljenih s kmetijsko pridelavo soje ali koruze, je nižja od 1 USD/kg. Medtem ko sedanja uporaba mikrobnih celic v zaprti sistemi(fermentorji), predvsem pa gojene živalske celice kot proizvajalci farmacevtskih beljakovin, stane sto in tisočkrat več. Zato, raziskovanje V zadnjih letih Namen je bil po eni strani prikazati možnost pridobivanja biološko enakovrednih oblik določenega proteina v transgenih rastlinah, po drugi strani pa povečati vsebnost beljakovin ter olajšati in poceniti njihovo naknadno čiščenje.
Zdaj je bilo dokazano, da lahko rastline proizvajajo živalske beljakovine, kot je enkefalin, monoklonska protitelesa, specifična za bakterije, ki povzročajo zobni karies. Predpostavlja se, da bo na podlagi takšnih monoklonskih protiteles, ki jih proizvajajo transgene rastline, mogoče ustvariti resnično zobno pasto proti kariesu.
Od drugih živalskih beljakovin, ki so v medicinskem pomena, je bila dokazana proizvodnja humanega β-interferona v rastlinah. Dobljen je bil krompir, ki izraža oligomere netoksične podenote B-toksina kolere. Te transgene rastline bi lahko uporabili za izdelavo poceni cepiva proti boleznim, kot je kolera. Poleg tega je v primeru kolere imunizacija zelo učinkovita, če se cepivo jemlje peroralno.
Genetski inženiring presnove rastlinskih maščob je že vodil do novih komercialnih izdelkov. Najpomembnejša surovina za pridobivanje različnih vrst kemične snovi so maščobne kisline – glavna sestavina rastlinsko olje. Leta 1995 je bilo eksperimentalno preverjanje zaključeno in pridobljeno dovoljenje od zvezni organi ZDA za pridelavo in komercialno uporabo transgenih rastlin ogrščice s spremenjeno sestavo rastlinskega olja, ki poleg običajnih 16- in 18-členskih maščobnih kislin vsebuje tudi do 45 % 12-členske maščobne kisline – lavrinske. . Ta snov se pogosto uporablja za proizvodnjo pralnih praškov, šamponov in kozmetike.
Nadaljnji študij posebnosti biokemijske sinteze maščobne kisline, bo očitno vodilo do zmožnosti nadzora te sinteze, da bi pridobili maščobne kisline različnih dolžin in stopenj nasičenosti, kar bo bistveno spremenilo proizvodnjo detergentov, kozmetike, slaščice, utrjevalci, maziva, zdravila, polimeri, dizelsko gorivo in še marsikaj v zvezi z uporabo ogljikovodikovih surovin.
Ena od hitro razvijajočih se vej biotehnologije pa je tehnologija mikrobne sinteze za človeka dragocenih snovi. Po napovedih bo nadaljnji razvoj te industrije pomenil prerazporeditev vloge rastlinske pridelave in živinoreje na eni strani ter sinteze mikrobov na drugi strani pri oblikovanju prehranske baze človeštva.
Levji delež izdelkov, ustvarjenih na podlagi sodobnih biotehnologij (genskega inženiringa), so predstavljale farmacevtske beljakovine, predvsem insulin, alfa-interferon, antigen virusa hepatitisa B, eritropoetin, granulocitno stimulirajoči faktor in številne druge snovi. Te molekule so tako močne, da ima veliko različnih bolezni, ki so bile še pred petimi leti neozdravljive, povsem drugačno prognozo.
Pomemben napredek je bil na primer dosežen v boju proti raku in starostni slepoti, boleznima, ki sta bili prej neozdravljivi. Pred nekaj leti je bilo v kliničnih preskušanjih manj kot 10 zdravil proti raku, večina med njimi so bila zelo strupena zdravila za kemoterapijo. Več kot 400 zdravil proti raku je trenutno v preskušanjih na ljudeh, skoraj vsa so ciljno usmerjena, na biotehnološki podlagi in z minimalnimi stranskimi učinki.
Na podlagi biotehnologije, 230 zdravila in sorodni izdelki, vključno z zdravili za nespečnost, multiplo sklerozo, akutna bolečina, kronična ledvična bolezen, inkontinenca, razjede v ustih in rak.
Za nobeno vejo medicine biotehnologija ni naredila toliko kot za onkologijo. S pojavom novih zdravil, ki uničujejo samo tumorske celice, skoraj brez poškodb zdravih tkiv, se je celotna paradigma zdravljenja raka spremenila.
Danes medicina obravnava raka kot kronično bolezen, ki jo je mogoče zdraviti. Samo leta 2004 je FDA odobrila štiri tarčna zdravila proti raku – Avastin, Tarceva, Iressa in Erbitux. Genentechov Avastin pomaga podaljšati življenje bolnikov z rakom pljuč, dojke in debelega črevesa – cilj številka ena za katero koli zdravilo proti raku.
Ustvarjenih in danih na trg je bilo veliko novih biotehnoloških izdelkov, ki povečujejo pridelek in produktivnost domačih živali.
Biotehnološki izdelki so obnovljivi viri energije - različne vrste biogoriva. Etanol je bil proizveden iz surovin, ki vsebujejo saharozo, glukozo, fruktozo, druge mono- ali oligosaharide, škrob ali celulozo, z uporabo kvasa ali bakterij. Trenutno je etanol vsestranski več uporablja kot okolju prijazno pogonsko gorivo. Začela se je proizvodnja butanola in acetona z uporabo fermentacijskih bakterij iz rodu Clostridia. Tehnologija proizvodnje vodika je bila doslej testirana le v laboratoriju.
Proizvodnja metana ali bioplina z mešano mikrobno kulturo odpravlja odpadke, ki ogrožajo planet, in proizvaja dragoceno plinasto gorivo, nadomestek za zemeljski plin. Obetavna je proizvodnja dolgoverižnih ogljikovodikov (bioolja) iz biomase enoceličnih alg, ki sintetizirajo ogljikovodike. Te alge lahko gojimo v bioreaktorju kot čisto kulturo. Lahko jih gojimo tudi kot del naravnih ekosistemov v jezerih, ribnikih ali lagunah.
Še naprej se razvijajo postopki za pridobivanje tradicionalnih biotehnoloških produktov, ki vključujejo antibiotike, alkaloide, rastlinske rastne hormone, encime, aminokisline, vitamine itd. Molekule antibiotikov so zelo raznolike po sestavi in mehanizmu delovanja na mikrobno celico. Hkrati pa zaradi pojava odpornosti patogenih mikroorganizmov na stare antibiotike obstaja stalna potreba po novih. V nekaterih primerih je mogoče naravne mikrobne antibiotične produkte kemično ali encimsko pretvoriti v tako imenovane polsintetične antibiotike z višjimi terapevtskimi lastnostmi.
Mikroorganizmi so sposobni izvajati transformacijske reakcije, pri katerih se določene spojine pretvorijo v nove produkte. Pogoji za te reakcije so blagi in v mnogih primerih imajo mikrobiološke transformacije prednost pred kemičnimi. Primer obstoječih obsežnih industrijskih biopretvorb je proizvodnja kisa iz etanola, glukonske kisline iz glukoze. Široko se uporablja mikrobna modifikacija steroidov, ki so kompleksni policiklični lipidi. Zdaj z uporabo biokonverzije, kortizona, hidrokortizona, prednizolona in cela linija drugih steroidov, kar stokrat zniža stroške proizvodnje steroidov.
Zaenkrat je pridobivanje encimov s pomočjo mikroorganizmov bolj donosno kot iz rastlinskih in živalskih virov. Mikrobne celice proizvajajo več kot 2000 encimov, ki katalizirajo biokemične reakcije, povezane z rastjo, dihanjem in tvorbo produktov. Veliko teh encimov je mogoče izolirati in so aktivni neodvisno od celice. V svetu se proizvede približno 20 encimov v količini 65 tisoč ton (encimov pa je po pričakovanjih 25.000).
na primer industrijski način proizvajajo encime, kot so amilaza, glukoamilaza, proteaza, invertaza, pektinaza, katalaza, streptokinaza, celulaza, lipaza, celulaza, oksidaza itd. Uporaba imobilizirane glukozo izomeraze za kontinuirano proizvodnjo glukoze je največji tovrstni proces na svetu .
Mikrobni encimi se aktivno uporabljajo v klinični diagnostiki pri določanju ravni holesterola v krvi in sečne kisline. Predlaga se, da se encimi uporabljajo za čiščenje kanalizacije in vodne pipe in na številnih drugih področjih človekove dejavnosti. Encimi za medicinske ali analitske namene morajo biti visoko prečiščeni.
Proizvodnja aminokislin je eno najnaprednejših področij biotehnologije. Aminokisline pridobivamo s kemično sintezo ali z ekstrakcijo iz beljakovinskih hidrolizatov. Esencialne aminokisline lahko mikrobiološko pridobimo bolj učinkovito kot s kemično sintezo. V tujini 60 % zmogljivosti proizvodnje aminokislin zaseda glutaminska kislina, sledijo ji metionin, lizin in glicin. S pomočjo mikroorganizmov lahko pridobimo do 60 organskih kislin. Mnogi od njih prejemajo industrijsko merilo- itaconic, mleko, kis, limona.
Vitamini so sintetizirani predvsem kemično ali pridobljeni iz naravnih virov. Vendar riboflavin (B2), vitamin B12 in askorbinska kislina pridobljeno mikrobiološko. Obstaja proizvodnja riboflavina, ki temelji na uporabi kvasovkam podobnih gliv Eremothecium ashbyii in Ashbia gossypii. Riboflavin proizvajajo tudi vrste Clostridium in Ascomycetes. Mikroorganizmi so tudi dragocen vir nikotinske kisline (vitamin PP).
Mikroorganizmi so vir namenskih lipidov z vnaprej določenimi lastnostmi. Mikrobne maščobe nadomeščajo (v nekaterih primerih jih celo prekašajo) rastlinske maščobe in se lahko uporabljajo v različnih panogah industrije, kmetijstva in medicine.
Mikroorganizmi so pomemben vir pridobivanja polimernih materialov na osnovi polisaharidov. Dragocen mikrobni polisaharid je dekstran, ki ga tvorijo bakterije iz rodu Leucomonstoc. Dekstran služi kot osnova za pridobivanje medicinskih pripravkov (krvnih nadomestkov) in pripravkov za biokemične raziskave - Sephadex in druga molekularna sita. Eden od obetavnih biorazgradljivih polimerov, ki jih sintetizirajo bakterije, so polihidroksialkanoati. Področje uporabe tega razreda polimerov je široko - od kmetijstva do medicine.
Človeštvo največ upov polaga v molekularno biotehnologijo za čim natančnejšo diagnostiko, preprečevanje in zdravljenje številnih nalezljivih in genetskih bolezni ter za znatno povečanje pridelka in za številne druge še nerešene probleme.
Na žalost levji delež proizvodnih stroškov pogosto ni rast biomase, temveč kasnejši procesi izolacije in čiščenja produkta. Stroški čiščenja so tem višji, čim nižja je koncentracija snovi v celicah. To je še posebej pomembno pri farmacevtskih izdelkih, ki zahtevajo visoko stopnjo čistosti.
To poglavje bo obravnavalo zadnja stopnja pridobivanje ciljnega produkta - njegova izolacija. Ta stopnja se močno razlikuje glede na lokalizacijo izdelka in njegovo kemična narava. Če je produkt v tekočini kulture, potem običajno tvori zelo razredčene raztopine in suspenzije, ki poleg tarče vsebujejo še veliko drugih snovi. V tem primeru je treba ločiti mešanice snovi zelo tesne narave, zato je treba uporabiti metode, ki omogočajo ločevanje, na primer eno ali drugo vrsto kromatografije.
Če je ciljni produkt lokaliziran v celici, je treba uporabiti bolj kompleksen pristop k njegovi ekstrakciji iz celice.
NA. Voinov, T.G. Volova
BIOTEHNOLOGIJA
BIOTEHNOLOGIJA- industrijska uporaba bioloških sredstev (zlasti mikroorganizmov) za pridobivanje koristne izdelke in izvajanje ciljnih transformacij. Biotehnološki procesi uporabljajo tudi takšne biološke makromolekule, kot so beljakovine - najpogosteje encimi, ribonukleinske kisline.
Biotehnologija je veda o uporabi bioloških procesov v tehniki in industrijski proizvodnji. Njegovo ime izhaja iz grških besed bios- življenje, Teken- umetnost, logotipi- beseda, doktrina, znanost. Po definiciji Evropske zveze biotehnologov (EFB, 1984) temelji biotehnologija na integralni uporabi biokemije, mikrobiologije in inženirskih ved za industrijsko uresničevanje zmožnosti mikroorganizmov, tkivnih kultur in njihovih delov. Že v sami opredelitvi subjekta se odraža njegova lega kot meja, zaradi katere rezultati temeljne raziskave na področju bioloških, kemijskih in tehničnih disciplin pridobijo izrazito aplikativno vrednost.
Glavna usmeritev podjetja Propionix LLC je živilska biotehnologija:
(živilska bioindustrija) - oddelek biotehnologije, ki razvija teorijo in prakso ustvarjanja prehrambenih izdelkov za splošne, terapevtske in profilaktične namene ter posebno usmeritev.
Razvoj proizvodnje in živilskega inženiringa izdelkov te skupine je potreben element oblikovati trg v Rusiji zdrava prehrana. Naloga tega sklopa ukrepov je ustvariti probiotične izdelke, razširiti raziskave in prakso uvajanja novih izdelkov in celostnih rešitev v obseg podjetij.
Funkcionalna živila so živila, ki jih sistematično uživamo in zaradi prisotnosti funkcionalnih sestavin v svoji sestavi ohranjajo in izboljšujejo zdravje ter zmanjšujejo tveganje za nastanek bolezni. Niso zdravila, temveč preprečujejo nastanek nekaterih bolezni, prispevajo k rasti in razvoju otrok ter upočasnjujejo staranje telesa. V skladu s svetovno prakso se izdelek šteje za funkcionalnega, če predpisana vsebnost mikrohranil v njem zadostuje za zadovoljitev (pri običajni ravni porabe) 25-50% povprečne dnevne potrebe po teh sestavinah. Razvoj smeri je pomembna družbena naloga, ki zmanjšuje obremenitev zdravstvenega sektorja in socialno-ekonomsko škodo zaradi bolezni.
"Sestavine hrane, vključno z vitamini in funkcionalnimi mešanicami"
Sestavine živil se uporabljajo za povečanje hranilne vrednosti, podaljšanje roka uporabnosti, spreminjanje teksture ter izboljšanje okusa in arome živil. Živilske sestavine, ki jih uporabljajo proizvajalci, so običajno rastlinskega ali bakterijskega izvora. Številni aminokislinski dodatki, ojačevalci okusa in vitamini, dodani živilom, so proizvedeni z bakterijsko fermentacijo. Zaradi izvajanja niza ukrepov naj bi biotehnologija proizvajalcem hrane omogočila sintezo velike količine aditivi za živila, ki so zaradi omejenih naravnih virov teh spojin trenutno predrage ali nedostopne.
"Globoka predelava živilskih surovin"
Biotehnologija ponuja številne možnosti za izboljšanje metod predelave surovin v končne izdelke: naravne arome in barvila; novi tehnološki dodatki, vključno z encimi in emulgatorji; starter kulture; novi objekti za odlaganje odpadkov; okolju prijazni proizvodni procesi; nova sredstva za zagotavljanje varnosti izdelkov med proizvodnim procesom.
Kmetijska biotehnologija
Opomba: Tukaj so smeri kmetijske biotehnologije, navedene vprogrampod odstavkom 5.7. in 5.9 (krmne beljakovine in biološke sestavine krme in premiksi):
"Krmne beljakovine"
Po terminologiji tega programa so krmne mikrobiološke beljakovine (krmni kvas)* suha koncentrirana biomasa celic kvasovk, posebej vzgojena za krmo rejnih živali, perutnine, kožuharjev in rib. Dodajanje krmnih beljakovin v krmo dramatično izboljša njihovo kakovost in izboljša produktivnost v živinoreji. Sklop ukrepov bo omogočil razvoj proizvodnje krmnih beljakovin v Rusiji in ustvarjanje novih znanstvenih in tehničnih podlag, ki bodo izboljšale proizvodne tehnologije in uporabo.
*Opomba: Vendar je treba opozoriti, da je uporaba bakterij kot proizvajalca beljakovinske krme učinkovitejša, saj bakterije tvorijo do 75% beljakovin po masi, medtem ko kvas - ne več kot 60%. Na primer, uporaba različnih sevov propionskokislinskih bakterij (Propionibacterium freudenreichii subsp. shermanii) omogoča pridobivanje krmne beljakovine s pomembnimi tehnološkimi in kvalitativnimi prednostmi.
"Biološke sestavine krme in premiksi"
Sedanja raven tehnologije krmljenja domačih živali temelji na široka uporaba biološke komponente (encimi, aminokisline, BVK, probiotiki in drugi). Zaradi razvoja živinoreje v Rusiji, ki temelji predvsem na uvozu tehnologije in živine, se je oblikoval obsežen trg za te biotehnološke izdelke. Vendar pa oblikovanje trga še ni privedlo do razvoja proizvodne in tehnološke baze, pojava novih izdelkov, ki temeljijo na znanstveni dosežki Ruski znanstveniki.
V letu 2010 je bilo za krmo v živinoreji porabljenih 45 milijonov ton žita, kar kaže na izjemno nizko učinkovitost pridelave krme v državi. Delež zrn v krmnih mešanicah je 70% (v državah Evropske unije - 40-45%), poleg tega je bila več kot polovica celotne količine zrn, namenjenih za krmo, uporabljena v nepredelani obliki.
Pomembno je omeniti, da proizvodnja krme in premiksov v veliki meri poteka brez uporabe bioloških proizvodov (encimov, veterinarskih in krmnih antibiotikov, probiotikov itd.). S takšno krmljenjem pretvorba krme v živinorejske proizvode močno zaostaja za svetovnimi kazalci, kar zmanjšuje konkurenčnost ruske živine. Kompleks ukrepov bo ustvaril pogoje za razvoj proizvodne in tehnološke osnove biotehnoloških krmnih komponent in premiksov.
Izvajanje teh sklopov ukrepov bo omogočilo reševanje vprašanj ustvarjanja visoko učinkovitega kmetijstva in zagotavljanja polnopravne uravnotežene prehrane prebivalstva.
Poglej tudi:
- Probiotiki v živinoreji (perutnina)
"Če brez znanosti ni sodobne industrije, potem brez nje ne more biti sodobne znanosti"
Dmitrij Ivanovič Mendelejev
Faze biotehnološke proizvodnje
Najdeni so številni biotehnološki procesi industrijska uporaba, vodi do tega, da je treba upoštevati splošno, najbolj pomembna vprašanja ki izhajajo iz ustvarjanja kakršne koli biotehnološke proizvodnje. Procese industrijske biotehnologije delimo v 2 veliki skupini: proizvodnjo biomase in proizvodnjo presnovnih produktov. Vendar ta klasifikacija ne odraža tehnološko najbolj pomembnih vidikov industrijskih biotehnoloških procesov. Pri tem je potrebno upoštevati faze biotehnološke proizvodnje, njihove podobnosti in razlike glede na končni cilj biotehnološkega procesa. IN splošni pogled sistem biotehnološke proizvodnje produktov mikrobne sinteze je prikazan na sl. 1.
riž. 1. Biotehnološki proizvodni sistem
Obstaja 5 stopenj biotehnološke proizvodnje.
Dve začetni fazi vključujeta pripravo surovine in biološko aktivne sestavine. V inženirskih encimoloških procesih so običajno sestavljeni iz priprave raztopine substrata z želenimi lastnostmi (pH, temperatura, koncentracija) in priprave serije encimskega pripravka. te vrste encimsko ali imobilizirano. Pri izvajanju mikrobiološke sinteze sta nujna koraka priprave hranilnega medija in vzdrževanja čiste kulture, ki jo lahko stalno ali po potrebi uporabljamo v procesu. Vzdrževanje čiste kulture seva proizvajalca - glavna naloga kakršno koli mikrobiološko pridelavo, saj lahko zelo aktiven sev, ki ni bil podvržen neželenim spremembam, služi kot jamstvo za pridobitev ciljnega izdelka z želenimi lastnostmi.
Tretja stopnja je stopnja fermentacije, na kateri pride do tvorbe ciljnega produkta. Na tej stopnji poteka mikrobiološka transformacija sestavin hranilnega medija najprej v biomaso, nato po potrebi v tarčni metabolit.
Na četrti stopnji ciljne produkte izoliramo in očistimo iz tekočine kulture. Za industrijske mikrobiološke procese je praviloma značilno nastajanje zelo razredčenih raztopin in suspenzij, ki poleg tarče vsebujejo še veliko drugih snovi. V tem primeru je treba ločiti mešanice zelo podobnih snovi, ki so v raztopini v primerljivih koncentracijah, so zelo labilne in zlahka podvržene termični razgradnji.
Končna faza biotehnološke proizvodnje je priprava blagovnih oblik izdelkov. skupna lastnina Večina produktov mikrobiološke sinteze je njihova nezadostna stabilnost pri shranjevanju, saj so nagnjeni k razgradnji in v tej obliki predstavljajo odlično okolje za razvoj tuje mikroflore. To tehnologe sili k sprejetju posebnih ukrepov za izboljšanje varnosti proizvodov industrijske biotehnologije. Poleg tega zdravila za medicinske namene zahtevajo posebne rešitve v fazi pakiranja in tesnjenja, zato morajo biti sterilna. Sledijo značilnosti vsake od stopenj industrijske mikrobiološke sinteze.
Danes se biotehnologija v prehrambeni industriji hitro razvija. IN Vsakdanje življenje nenehno uporabljamo izdelke, proizvedene z biotehnološkimi postopki. Najpogosteje se uporabljajo mlečnokislinski in alkoholni izdelki – jogurti, starter kulture, kefirji, siri, pivo, vino, pa tudi pekovski izdelki itd. Ti izdelki so pripravljeni s pomočjo encimov, ki tvorijo posebej gojene mikroorganizme. Danes uporaba živilske biotehnologije omogoča proizvodnjo novih vrst izdelkov z zniževanjem proizvodnih stroškov, kar je spodbujevalni dejavnik pri razvoju živilske industrije. Ob tem se bistveno izboljša kakovost kmetijskih in živalskih proizvodov, bistveno povečata njihova uporabnost in varnost.
Živilska biotehnologija vključuje vse tehnološke postopke, namenjene ustvarjanju, optimizaciji ali izboljšanju določenih lastnosti in lastnosti živih organizmov (bakterij, rastlin in živali). Ima praktično uporabo na znanstvenem področju, biologiji, ekologiji, kmetijstvu, zdravstvu, pridelavi hrane itd.
Morda najpomembnejše poslanstvo biotehnologije v živilski industriji je optimizacija tradicionalnih metod za proizvodnjo vina, etanola, sira, kruha, pa tudi izdelkov, kjer različni mikroorganizmi, ki jih človek uspešno goji, prevzamejo aktivno vlogo, da bi pridobili določene koristi. . In trenutno se vse uporablja zavestno, z razumevanjem, kaj se počne. Ta pristop vodi k aktivni uporabi biotehnoloških metod v številnih vejah živilske industrije. Za proučevanje biotehnologije in uvajanje inovacij so ustanovljeni raziskovalni inštituti, ki se ukvarjajo s tem področjem. Njihove dejavnosti so usmerjene v iskanje in izboljšanje različnih mehanizmov in metod, ki prispevajo k izboljšanju nastalih izdelkov, na primer proizvodnja aktivnih encimov, starterjev, naravnih barvil, živilskih beljakovin, arom, emulgatorjev in še mnogo več. koristno za človeka izdelkov.
Da bi zagotovili normalno delovanje človeškega telesa, je potrebna uporaba prehranskih dopolnil, dodajanje esencialnih aminokislin, različnih vitaminov, mikroelementov, beljakovin, vlaknin itd.. Ustvarjanje novih zdravil, kot je insulin, povečanje roka uporabnosti izdelkov, povečanje njihove hranilne vrednosti, spreminjanje konsistence, nasičenost hrane s koristnimi bakterijami in mikroorganizmi za izboljšanje prebave in asimilacije zaužite hrane - vse to se doseže s pomočjo živilske biotehnologije. Industrijska biotehnologija zavzema pomembno mesto v človekovem življenju, saj je potreba po ustvarjanju novih zdravil in bioloških dodatkov vsak dan večja.
Zaradi povečanja števila ljudi na planetu znanstveniki iščejo zadnje destinacije v znanosti. Danes si je nemogoče zamisliti obstoj industrije brez biotehnoloških inovacij. V živinoreji uporabljajo gensko spremenjene organizme, v medicini pridobivajo zdravila za boj proti boleznim, tudi tako kompleksnim, kot je rak. Nova biologija posveča vse več pozornosti preučevanju mikroorganizmov in njihove življenjske aktivnosti, saj prinašajo veliko koristi tako človeštvu kot naravi. Vsako leto se bo biotehnološka proizvodnja razvijala v še večjem obsegu in lahko mirno rečemo, da je biotehnologija moderna znanost ki lahko spremeni svet na bolje.
Biotehnologija v prehrambeni industriji
Zadnji podatki, ki so jih objavili ZN o količini hrane in razvoju kmetijskih proizvodov, kažejo, da obstaja resnična težava pri oskrbi človeštva s hrano. Približno polovica prebivalstva nima ustrezne količine hrane, približno 500 milijonov ljudi strada, 1/4 ljudi na Zemlji ne jé dovolj. Danes je svetovno prebivalstvo 7,5 milijarde ljudi, zato ima lahko problem pomanjkanja hrane za prebivalce držav v razvoju uničujoče posledice, če se ne sprejmejo potrebni ukrepi za izboljšanje kakovosti in količine proizvodov.
Hrana, ki jo uživamo, mora biti raznolika, obogatena s potrebnimi beljakovinami, lipidi in ogljikovimi hidrati ter vsebovati vse bistveni vitamini in mikrohranil. Lipidi in ogljikovi hidrati so snovi, iz katerih telesne celice proizvajajo energijo, proizvajajo jo lahko tudi iz beljakovinskih živil, a če je prvo in drugo snov mogoče nadomestiti, potem za beljakovine trenutno ni mogoče najti zamenjave.
Sodobne raziskave kažejo, da približno 15 milijonov ton beljakovin letno ne zadošča za ustrezno prehrano človeštva. Oljna semena so danes največji vir beljakovin. Soja in sončnica vsebujeta približno 30% koristnih rastlinskih beljakovin, njihove esencialne aminokisline pa so izjemno pomembne za življenje človeškega telesa. Po vsebnosti nekaterih aminokislin podatkih rastlinske beljakovine lahko primerjamo z ribjimi ali ptičjimi beljakovinami. Sojini izdelki so zelo razširjeni v Združenih državah Amerike, Angliji in v razvitih državah Evrope, kjer je ta beljakovina zaradi biotehnološkega postopka postala zelo dragocen hranljiv izdelek.
Tehnika mikrobiološke sinteze omogoča uporabo morskih alg kot vira beljakovin. Prav to lastnost so v zadnjem času opazili številni znanstveniki, ki se ukvarjajo s problemi biotehnologije živilske industrije. Dejstvo je, da se lahko mikroskopske alge razmnožujejo zelo hitro, beljakovine pa predstavljajo približno 70 % lastne suhe teže. Takšni mikroorganizmi so sposobni sintetizirati beljakovine 100-krat hitreje kot živali. Na primer, krava, ki tehta približno 400 kilogramov, je sposobna proizvesti 400 gramov čistih beljakovin na dan, 400 kg bakterij pa v istem času sintetizira približno 40 tisoč ton beljakovinskih izdelkov. Pridobivanje takšne beljakovine je koristno in manj naporno. Če primerjamo, da so za gojenje bakterij potrebni le ustrezno ustvarjeni pogoji v bioreaktorjih, iz katerih je mogoče dnevno odvzeti veliko količino beljakovinskih produktov, potem Kmetijstvo zahteva znatne naložbe sredstev in časa. Vredno je dodati različne bolezni, negativne naravne dejavnike, kot so suša, zmrzal, pomanjkanje ali presežek sončnega sevanja itd.
Sodobna biotehnološka proizvodnja beljakovinskih izdelkov temelji na tvorbi posebnih beljakovinskih vlaken, ki jih prepojimo s potrebnimi snovmi, jim damo želeno obliko, barvo in vonj. Ta pristop vam omogoča, da nadomestite skoraj vse beljakovine in jih naredite po okusu in okusu. videz kot naravni izdelek. Na primer, vsi so na policah supermarketov videli rdeči kaviar, ki je zelo podoben lososu, vendar je narejen iz morskih alg. Tako nastanejo različne vrste umetnega mesa, ki spominja na goveje in svinjsko meso. Lahko dobite mleko mlečni izdelki itd. Po laboratorijskem testiranju in testiranju ti izdelki zapolnijo napredne trge evropskih državah O: ZDA, Afrika in Azija. Britanija na primer proizvede 1500 ton tovrstnih beljakovinskih izdelkov letno, v ZDA pa je danes dovoljeno nadomestiti 20-30% prehrane šolarjev z biotehnološkimi beljakovinami iz sojinih beljakovin.
Poleg tega, da lahko ti izdelki nadomestijo naravno meso, se v nekaterih razlikujejo uporabne lastnosti. Na primer, "meso rastlinskih beljakovin" bo osiromašeno s holesterolom, ki ima pozitiven vpliv na obtočni sistem. Ta izdelek bo koristen za ljudi na dieti, za tiste, ki so kontraindicirani v živalskih beljakovinah ali mastnem mesu, starejših in ljudeh s prebavnimi težavami. Zato je tradicionalne izdelke mogoče in treba nadomestiti z biotehnološkimi. Takšno meso lahko konzerviramo, zamrznemo in naredimo z njim vse, kar se naredi z naravnim proizvodom.
Ločeno je treba omeniti uporabo aminokislin, pridobljenih sintetično. Od dvajsetih aminokislin, ki jih najdemo v beljakovinah, jih je osem bistvenih. To pomeni, da človeško telo teh aminokislin ne more sintetizirati samo. Z uporabo mikroorganizmov pridobijo celoten spekter aminokislin, ki jih hrani dodajajo v obliki prehranskih dopolnil. Dodajajo se v rastlinsko krmo rejnih živali, kar pospeši njihovo rast in zmanjša stroške vzdrževanja ter bistveno poveča produktivnost farm.
