Биохимические процессы. Классификация. Примеры. Биотехнология

В природе под воздействием микроорганизмов, а также в присутствии различных природных катализаторов протекают всевозможные биохимические процессы, многие из которых еще до сих пор не изучены и которые не удается воспроизвести в искусствен­ных условиях. Характерным для биохимических процессов является то, что многие из них протекают при атмосферных условиях с очень высоким коэффициентом полезного действия.

В микробиологии - науке о деятельности микроорганизмов - недавно возникло новое направление - техническая микробиология, в которой рассматривается химическое поведение микробов и возможность использования их деятельности в химической про­мышленности и в различных отраслях техники.

Сейчас техническая микробиология только начинает развиваться, но уже с самого начала перед ней открываются огромные возможности, которые трудно переоценить. С помощью микроорганизмов можно с большой экономией труда и средств производить самые разнообразные продукты. Продуктивность микробиологического синтеза не зависит от географического размещения предприятия, от почвы и климатических условий. Все процессы протекают с минимальным расходом энергии при атмосферном давлении и комнатной температуре. Применение микроорганизмов удешевляет и упрощает производство.

Расчеты показывают, что при воспроизведении лабораторных экспериментов в промышленных условиях бактерии способны в течение нескольких десятков дней выдать «на-гора» несколько сот тысяч тонн продуктов.

За последние годы из стадии лабораторных исследований переданы производству микробиологические процессы, в том числе синтез антибиотиков, витамина B₁₂, аминокислот, гормонов и других биологически активных веществ.

Сейчас в мире не хватает белковых продуктов, и одним из наиболее реальных путей восполнения этого является организация производства белков с помощью микроорганизмов. На основе исследований, проведенных учеными различных стран, были разра­ботаны промышленные биохимические методы получения белка. В настоящее время работают заводы, выпускающие ценный кормовой продукт (используется на птицефабриках) из парафиновой фракции нефти, получаемый с помощью бактерий. На животновод­ческих фермах применяются биологические корма, содержащие более 15% микробного белка. Весьма перспективным сырьем для получения кормового белка является метан. В нашей стране, богатой природным газом, этот процесс представляет особенно большой интерес.

Области применения биохимических процессов в промышленности весьма разнообразны: от сбраживания углеводородов, получения спиртов и кислот — первого этапа технической микробиологии — до развитой микробиологической промышленности витами­нов и ферментов, ферментативных катализаторов и др.

В последние годы стали известны бактериологические способы окисления серы до сернистого ангидрида и серной кислоты. Такие процессы уже находят практическое применение, например для очистки нефти и нефтепродуктов от серы. Бактерии перерабаты­вают присутствующую в нефтепродуктах серу в сернистый ангидрид, легко удаляемый затем из очищаемых продуктов.

Существуют также бактерии, способствующие восстановлению сернистого ангидрида, сульфатов и других серосодержащих продуктов до элементарной серы. Особый практический интерес представляют результаты промышленных опытов по бактериологиче­скому превращению сернистых соединений, содержащихся в производственных сточных водах, в элементарную серу (в этом случае одновременно с получением серы достигается очистка, сточных вод), а также по разработке микробиологического выщелачивания металлов: алюминия, золота, кадмия, кобальта, меди, мышьяка, никеля, олова, рения, селена, титана, урана, цинка из минералов.

Еще несколько лет тому назад казалась фантастической даже сама идея применения микроорганизмов в качестве активных «производителей» металлов, А сегодня химическая деятельность этих «невидимых металлургов» начинает находить широкое применение.

Полнее всего разработан метод микробиологического выщелачивания меди из различных минералов, в которых медь соединена с серой. Медь вымывается из руды раствором, содержащим сульфат окиси железа, серную кислоту и тионовые бактерии. В резуль­тате деятельности бактерий и действия сульфата окиси железа, находящихся в растворе, руда выщелачивается, при этом образуются серная кислота и медный купорос, переходящий в раствор. Этот раствор поступает в цементационную установку, где находятся куски железа. Происходит обменная реакция и образуется сульфат закиси железа, а чистая медь выпадает в осадок.

На одном из рудников построена промышленная установка по бактериальной добыче меди. Бактериальный раствор, подаваемый по трубопроводу в скважину, окисляет металл, и он переходит в раствор, который откачивается на поверхность. Получаемый этим способом металл почти втрое дешевле меди, извлекаемой другими способами. Есть все основания ожидать, что будущее за биохимическим способом получения меди, который со временем позволит исключить доменные и медеплавильные печи.

Очень интересными являются результаты исследований по разработке метода повышения производительности истощаемых нефтяных скважин. В скважину вводится суспензионный раствор, в состав которого входят микроорганизмы и питательная смесь для них. Попав в подземное нефтяное озеро, бактерии начинают быстро размножаться. В результате их жизнедеятельности вырабатывается большое количество газов, повышается давление и скважина оживает.