Природные сырьевые материалы растительного происхождения

Источником природного сырья являются сельское хозяйство и отрасли лесоводства. Получаемые в этих отраслях материалы представляют собой соединения различной химической сложности и включают сахара, крахмал, целлюлозу, гемицеллюлозу и лигнин. Существенную значимость представляют крахмалосодержащие сельскохозяйственные продукты, включающие различные злаки, такие, как кукуруза, рис, пшеница, картофель, различные корнеплоды, сладкий картофель и маниока. Некоторым недостатком крахмала является то, что дл использования в качестве питательного субстрата он обычно дожжен быть разрушен до моносахаридов или олигосахаридов путем ферментного переваривания или гидролиза. Один из самых распространенных биополимеров растительного происхождения является целлюлоза.

6. Осн. тенденции и перспективные направления развития в РБ. В РБ расширяется использование биогазовых установок. Они обеспеч. утилизацию отходов с получением электроэнергии и тепла, позвол. решать не только экономич., но и экологич. проблемы. В Витебске работает мощная фабрика по выпуску различных лек. препаратов. В наст. время на фабрике установлено 13 современных технологический линий по выпуску биопрепаратов. Это позволит в неск-ко раз увеличить объем производства биопродукции - вакцин, сывороток, добавок, плазм. Новые технологии будут также освоены с пом. современного оборудования, специалисты смогут использовать новые методы диагностики и лечения различных забол. чел, разрабатывать высокоэффективные препараты для с/х. Частное предприятие «Золото природы» явл питомником по выращиванию калифорнийских червей и производству биогумуса. В РБ водится 3 вида зеленых лягушек: озерная, прудовая и съедобная. Все эти виды явл съедобными и с успехом применяются в кулинарии многих стран. Так же в РБ больное количество виноградной улитки, кот так же применяется в кулинарии многих стран. Артемия салина (разводится и в ПолесГУ) – явл кормом для подавляющего большинства аквариумных рыб. Выращивание малька осетра невозможно без этого рачка.

5. Объекты, используемые в биотехнологии (они включают представителей как прокариот, так и эукариот), чрезвычайно разнообразны по своей структурной организации и биологическим характеристикам. К объектам биотехнологии относятся:

— вирусы- препараты соответ­ствующих бактериофагов применяют для лечения бактери­альных заболеваний — дизентерии и холеры;

— бактерии и цианобактерии- их применяют при производстве различных веществ: уксуса (Gluconobactersuboxidans), молочнокислых напитков и продуктов (Lactobacillus, Leuconostoc), а также микробных инсектицидов (Bacillusthuringiensis) и герби­цидов, белков (Methylomonas), витаминов (Clostridium — рибофлавин); при переработке отходов, получении бактери­альных удобрений, растворителей и органических кислот, биогаза и фотоводорода. Широко используется такое свой­ство некоторых бактерий, как диазотрофность, т. е. способ­ность к фиксации атмосферного азота, очистка с использованием бактерий почв и водоемов, загрязненных нефтепродуктами или ксенобиотиками, а также обогащение руд с помощью сероокисляющих бактерий;

— водоросли- использовании их в качестве пищевых про­дуктов или как сырья для получения различных веществ, ценных для человека, съедоб­ные водоросли богаты минеральными веществами, особенно йодом, их используют как витаминную добавку к кормам для сельскохозяйственных животных,Красные водоросли служат источником получения агар-агара;

— лишайники-выделяемые из них лишайниковые кислоты используют в качестве компонента лекарст­венных средств от ряда заболеваний, например кожных,получают душистые вещества, применяе­мые в парфюмерии;

— грибы-их используют для получения таких продуктов, как:лимонная кислота (аспергиллус); гиббереллины и цитокинины (физариум и ботритис); каротиноиды (пстаксантин, придающий мякоти лосо-севых рыб красно-оранжевый оттенок, вырабатывают грибы Rhaffiarhodozima); белок (Candida, Saccharomyceslipolitica); Trichonporoncutaneum, окисляющий многочисленные органические соединения, включая некоторые токсичные (например, фенол), играет важную роль в системах аэробной переработки стоков.;

— водные растения-водный папоротник азолла ценится как органическое азотное удобрение, поскольку растет в тесном симбиозе с синезеленой водорослью анабена, рясковыевысокопро­дуктивны, неприхотливы в культуре, хорошо очищают во­ду и обогащают ее кислородом;

— клетки растений и животных

7. Микроорганизмы как основные объекты биотехнологии. Бактерии, грибы, водоросли, лишайники, вирусы, простейшие в жизни людей играют значительную роль. С давних времен люди использовали их в процессах хлебопечения, приготовления вина и пива, в различных производствах. В настоящее время в связи с проблемами получения ценных белковых веществ, увеличения плодородия почв, очищения окружающей среды от загрязнителей, получения биопрепаратов и другими целями и задачами диапазон изучения и использования микроорганизмов значительно расширился. Микроорганизмы помогают людям в производстве эффективных питательных белковых веществ и биологического газа. Их используют при применении биотехнических методов очистки воздуха и сточных вод, при использовании биологических методов уничтожения сельскохозяйственных вредителей, при получении лечебных препаратов, при уничтожении утильсырья. Некоторые виды бактерий используются для регенерации ценных метаболитов и лекарств, их используют с целью решения проблем биологического саморегулирования и биосинтеза, очищения водоемов. Создана биотехнологическая промышленность для получения антибиотиков, ферментов, интерферона, органических кислот и других метаболитов, продуцентами которых являются многие микроорганизмы.

Простейшие являются продуцентами не только ферментов, но и гистонов, серотонина, липополисахаридов, липополипептидоглюканов, аминокислот, метаболитов, применяемых в медицине и ветеринарии, пищевой и текстильной промышленностях. Они являются одним из объектов, применяемых в биотехнологии. Возбудитель южноамериканского трипаносомоза Trypanosomacruzi является продуцентом противоопухолевого препарата круцина и его аналога – трипанозы. Эти препараты оказывают цитотоксическое действие на клетки злокачественных образований. Поскольку биомасса простейших содержит до 50% белка, свободноживущие простейшие используются в качестве источника кормового белка для животных. Бактериальные ферменты (Bac.subtilis) используются для сохранения свежести кондитерских изделий и там, где нежелателен глубокий распад белковых веществ. Использование ферментных препаратов из Bac.subtilis в кондитерском и хлебобулочном производстве способствует улучшению качества и замедлению процесса червстления изделий. Ферменты Bac. mesentericus активизируют депелирование кожевенного сырья. Микроорганизмы широко используются в пищевой и бродильной промышленности, микроорганизмы широко используются при очистке биологическим методом вод морей от нефтепродуктовизготавливают микробиологические препараты, уничтожающие многих вредных насекомых.

8.Селекция биотехнологических объектов. Получ-е ген рекомбинантов; у м.о. они получ путем слияния протопластов (разрушкл стенки, соед-е 2х кл путем электрослияния, образ 2 генома в 1кл); дост-во этого метода сост в возм-тисовмещ в 1м геноме различн мутаций из разных родит штаммов,не прибегая к дополнит мутаген обраб и поиску нужной мутации у исходного штамма. Прим-е горизонт переноса генетического материала (коньюгация); Генетич инжененрия – введ-е чужер гена д/производ-тим.о. и оптимизации экспрессии гена (исп-е гормонов и Б-иммуномодуляторов)

А) Ген рекомбинация перераспред гены/их части и позвобъед в одном геноме признаки 2х организмов и более. В рез-те образ гибридн/рекомбикл, сочетающие св-ва родит форм. В опыты по гибридизации берут генетически марки­рованные штаммы м.о. - чаще всего ауксотрофн мутанты и мутанты, уст к ингибиторам роста. Это по­зв выявлять колонии, совмещ признаки 2х роди­телей. Гибрид-я промышл штаммов дрожжей осложняется тем, что они часто полиплоидны:содне­ск наборов хр-м, и у них редко набл слияние кл. Б) Важным комп-том бактерклявлкольц мол ДНК – плазмида,кот м находиться в автономном и в интегрированном сост по отн к хр-ме клетки- хозяина. Конъюгативнплазмидыспо­с к мобилизации хромосомных генов, что я исп д/получгенетичрекомбичантов у бактВпервыеконъюг перенос хромосомных генов был обна­ружен у Е. соli. Для конъюгационногоскрещ-я культуры донора и ре­ципиента смеш и инкубируют совместно в пит бульоне/ на пов-титвагаризованных сред. В этих услклсоед м-ду собой при помконъюгац мостика, ч/з кот в рецип клетку начиная с сайта ori Т плазмиды поступает хромосома донора. Почти кажд вид бактявл хозяином 1/ несквирулент/уме­ фагов, кот явлважн инструмен­том ген анализа и конструир-я штаммов бакте­рий с пом трансдукции и методов генетической инже­нерии. Трансдукция — перенос ген инф от клетки донора к клетке-реципиенту, кот осущ фагом. Оно основано на том, что в процразмн-я фагов в бакт иногда обр-ся частицы, кот наряду с фаговой ДНК или вместо нее сод фрагменты бактер ДНК. Такие ч-цыназтрансдуцирующими. Отбор рекомбинантов, кот назтрансдуктантами, проводят на селек­тивных средах, где не могут расти исходные реципиентныеклетки.Гл этапом обр-я трансдуиирующих ч-ц яв­лпроцупак ДНК.У разн фагов специф-тьупакки меняется в широких пределах по виду пакуемой ДНК (фаговая/бактер) и по сте­пени взаимод-я с различн участками на бактерДНК.Приобр специфич трансдуиирующих фагов в головку упак только фаговая ДНК и только с опредучастка.Если к ней присоед отрезок бакте­рДНК, прилеж к профагу, то они м быть упа­кованы вместе. При неспецифич трансдукции фаговые оболочки могут начать упаковываться не только с фаговой, но и с бактерДНК в различных участках, специфичность кот м быть неодинак. Если упаковка началась с бактериальной ДНК, то головка фага полностью заполняется только ею, а избыток ДНК удаляется.

15. Субстраты для культивирования микроорганизмов – отходы промышленных предприятий. Широко распространенными видами отходов, которые нашли уже сейчас применение в биотехнологических процессах в качестве сырья для ферментации, являются меласса (черная патока) и молочная сыворотка. Меласса представляет собой побочный продукт, появляющийся при производстве сахара, и содержит до 50 % сахаров. Меласса широко используется как питательный субстрат для ферментационных процессов в производстве антибиотиков, органических кислот и коммерческих дрожжей для хлебопечения; помимо этого, она используется в чистом виде в качестве добавки в корма животным. Сыворотка, получаемая при производстве сыра, также может быть использована в качестве питательного субстрата для ферментации. Более сложные продукты отходов, такие, как солома и жом (отход сахарного производства), также имеющиеся в больших количествах и во многих местах, по мере улучшения процессов расщепления лигноцеллюлозных соединений все больше находят применение в биотехнологических производствах.

9. Фитобиотехнология. Растения дают большое кол-во биомассы, и их вы­ращивание не составляет особого труда. Поэтому естествен­но было бы попытаться создать трансгенные растения, спо­собные синтезировать новые соединения, исп. в медицине, хим. производстве и др. отраслях. Такими соединениями м. б., например, особые жирные кислоты, белки с высоким содержанием незаменимых АК, съедобные вакцины и др. Уже созданы экспери­ментальные установки по получению с пом. растений моноклональных антител, функциональных фрагментов анти­тел и полимера поли-|3-гидроксибутирата, из которого мож­но изготавливать пластик, подверженный биодеградации. Растения являются наиболее дешевыми продуцентами белков. К настоящему времени показано, что растения мо­гут производить белки животного происхождения. Так, встраивание в геном арабидопсиса химерного гена, состоя­щего из части гена запасного белка арабидопсиса и коди­рующей части для нейропептида — энкефалина, приводило к синтезу химерного белка в количестве до 200 нг на 1 г се­мян. Два структурных белковых домена были связаны по­следовательностью, узнаваемой трипсином, что давало воз­можность в дальнейшем изолировать чистый энкефалин, используемый в качестве болеутоляющего и успокаивающе­го средства. Япон.ученые получили растения картофеля и табака со встроенным геном челов. α-интерферона, который применяют для лечения гепатита С и некоторых форм рака. Созданы растения табака, нарабатывающие человече­ский интерлейкин 10 (стимулятор иммунитета), а также растения арабидопсиса, синтезирующие витамин Е. Разработаны также подходы, позволяющие получать бактериальные антигены в растениях и использовать их в кач-ве вакцин. Так, получен картофель, продуцирующий нетоксичные субъединицы В-токсина холеры. Созданы бананы, вырабатывающие вакцину против полиомиелита. Производство антител и их фрагментов с пом. трансгенных раст. им. ряд преимуществ перед их синтезом в клетках рекомбинантных м/ов, так как трансформация растений носит стабильный характер. Кроме того, процессинг и укладка чужеродных белков в растениях сходны с таковыми в животных клетках. Также можно создавать условия, при которых чужеродные белки будут синтезироваться в семенах, где их целостность не на­рушится длительное время.

10. Зообиотехнология. Самая мощная белоксинтезирующая система находится в клетках молочной железы. Если поставить гены чужих белков под контроль казеинового промотора, то экспрессия этих генов будет мощной и стабильной, а белок будет накапливаться в молоке. Такие трансгенные животные, секретирующие в молоко гормоны, ферменты, антитела, факторы свертывания крови и роста и др., уже начинают использовать как биореакторы, т. е. продуценты биологически активных лекарственных белков человека. Традиционно такие белки выделяли из донорской крови, дефицит которой и низкая концентрация этих белков в ней не позволяют полу-чать необходимое количество препаратов для фармакологии. Первоначально необходимо получить трансгенное животное, у которого чужой ген экспрессируется в клетках молочной железы и его продукт выделяется в молоко. Для этого создают генетическую конструкцию, содержащую рекомбинантную ДНК трансгена и промотор гена (3-казеина — белка, входящего в состав молока. Генетическую конструкцию вводят в зиготу. Причем генетическая конструкция должна работать только в клетках молочной железы и только во время лактации, не оказывая побочного действия на организм трансгенного животного. В Англии в 1988 г. впервые удалось получить трансгенных овец, продуцирующих с молоком фактор свертывания крови, необходимый для лечения людей, больных гемофилией. В последующие годы в мире созданы трансгенные мыши, кролики, овцы, козы, свиньи, коровы, в молоке которых секретируются белки человека (ценнейшие фармацевтические вещества) — антитрипсин, антитромбин, белок С, сывороточный альбумин (используемый при операциях), разл. моноклональные антитела, эритропоэтин, инсулиноподобный фактор роста, интерлейкины и др. Уже получены трансгенные коровы, в молоке которых содержится человеческий белок лактоферрин. Этот белок планируют применять для проф-ки гастроэнтерологических забол. у людей с низкой иммунорезистентностью. Это больные СПИДом, недоношенные младенцы, больные раком, прошедшие радиотерапию. В России в 1995 г. были предприняты попытки создать овец, продуцирующих химозин. Это ключевой фермент сыроделия. Трансгенных жив. получают и для целей ксенотрансплантации, т. е. как источник органов для пересадки человеку.

12. Питательные субстраты, применяемые в биотехнологии. В питательной среде должны присутствовать все элементы, необходимые для построения компонентов живых клеток в доступной для усвоения форме. В больших количествах клеткам необходимы макроэле-менты: углерод, азот, кислород, водород, фосфор, сера, калий, кальций, магний. Снабжение клеток кислородом и водородом осуществляется за счет воды. Углерод является составной частью всех органических соединений и его источники многочисленны и многообразны: чаще всего сахара, многоатомные спирты и органические кислоты. В качестве азотистого субстрата для изготовления питательных сред служат в основном белки животного и растительного происхождения. Помимо макроэлементов, клетки в незначительных количествах нужаются также и в некоторых микроэлементах: натрий, марганец, никель, кобальт, хлор, цинк, медь, кремний, молибден, бор, ванадий и некоторые другие. Кроме основных пластических и энергетических компонентов, питательные среды могут содержать и так называемые факторы роста. Это органические соединения (витамины, аминокислоты, пуриновые и пиримидиновые основания и др.), в которых нуждаются ауксотрофные клетки икоторые они синтезировать не в состоянии. Отсутствие таких веществ при- водит к нарушению обменных процессов и прекращению роста клеток. В качестве необходимых компонентов питательных сред могут вы- ступать газы: хорошо (NH3, H2S), умеренно (CO2) или плохо (N2, O2, H2, CH4) растворимые в воде.

16. Технология ферментационных процессов. При ферментационной технологии можно использовать цельные живые клетки (микробов, клетки жив. и раст.) или какие-ниб. клеточные компоненты (например, ферменты) с целью физич. или хим. преобразований органических в-в. Однако недостаточно получать требуемые изменения веществ, метод должен иметь преимущества перед другими, применяемыми в настоящее время, технологиями производства этих же самых продуктов. Преимущества производства органич. 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. Недостаток: 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. 28 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.

17. Типы и режимы ферментаций: переодические и непрерывные процессы. Биотехнологические процессы м. б 2х типов: периодическими и непрерывными. Периодическое культив. вкл. неск-ко этапов: стерилизацию сред и оборудования, загрузку биореактора пит. средой, внесение посевного материала, выращивание культуры, отделение и очистку готового продукта. После окончания последнего этапа производится мойка биореактора и подготовка его к новому циклу. При этом типе культивирования рост клеточной популяции подразделяется на неск-ко фаз: 1) После введения инокулята обычно наблюдают индукционный период (лаг-фаза), в течение кот. не происходит сколько-нибудь заметного увелич. числа клеток или образования к-либо продуктов. В этот период перестраивается метаболизм клетки, синтезируются ферменты, специфичные к использованию новых субстратов, активируется биосинтез белка. 2) Фаза экспоненциального роста, в течение кот. быстро накапливаются биомасса и продукты разных реакций. Эта фаза достаточно строго описывается экспоненциальной кривой. 3) В замкнутой системе экспоненциальная фаза роста не может развиваться неограниченно. Она переходит в фазу линейного роста, характеризующуюся равномерным во времени линейным ростом культуры. 4) Фаза линейного роста может смениться весьма непродолжительным периодом, в течение которого скорость роста культуры снижается до нуля. Это фаза замедления роста. 5)В некоторых случаях рост культуры может переходить в достаточно устойчивую и продолжительную стационарную фазу. В этих усл. культура развивается в режиме постоянства общего числа клеток. Режим хар-ся достаточно высокими скоростями отмирания клеток. При этом скорость прироста биомассы полностью компенсируется скоростью гибели и лизиса клеток. 6) Если система полностью истощается по субстрату или накопление ингибирующих рост продуктов является значительным, то скорость прироста биомассы становится равной нулю, происходят существенные физиологические изменения клеток и, как правило, наблюдается фаза отмирания культуры. Биотехнологически ценные продукты синтезируются как в экспоненциальной фазе (нуклеотиды, многие ферменты, витамины – т. н. первичные метаболиты), так и в стационарной фазе роста (антибиотики, пигменты и т. п. - так называемые вторичные метаболиты). Довольно широко в биотехнологии исп-ся периодическое культивирование с подпиткой, при котором, помимо первичного внесения питательного субстрата до засева культуры, в процессе культивирования в аппарат через определенные интервалы добавляют питательные вещества либо порциями, либо непрерывно "по каплям". Существует также отъемно-доливочное культивирование, когда часть содержимого биореактора периодически изымается и добавляется равное количество питательной среды. Такой прием обеспечивает регулярное "омолаживание" культуры и задерживает ее переход в фазу отмирания. Этот прием иногда называется полунепрерывным культивированием. Модификацией периодического культивирования является культивирование с диализом, при котором питательный субстрат постоянно поступает в реактор через специальную мембрану. Диализ ведет к снижению концентрации продуктов жизнедеятельности клеток, неблагоприятно влияющих на их жизнеспособность. Помимо этого, диализ удаляет из культуры часть жидкости, что позволяет получать в конце процесса концентрированную биомассу. В непрерывных процессах культивирования клетки постоянно поддерживаются в экспоненциальной фазе роста. С этой целью в биореактор подается свежая пит. среда и обеспечивается отток из него культуральной жидкости, содержащей клетки и продукты их жизнедеятельности. Основным принципом непрерывных процессов является точное соблюдение равновесия м/у приростом биомассы вследствие деления клеток и их убылью в рез-те разбавления содержимого свежей средой. Различают хемостатный и турбидостатный режимы непрерывного культивирования. При хемостатном саморегулируемая система возникает в силу следующих причин: если первоначальное поступление свежей питательной среды и вымывание биомассы превышает скорость деления клеток, то в рез-те разбавления культуры снижается концентрация в-в, ограничивающих ростовые процессы и скорость роста культуры повышается; увеличивающаяся популяция начинает активнее "выедать" субстрат, что в свою очередь приводит к торможению роста культуры. Конечным итогом этих процессов является установление равновесия м/у скоростью роста культуры и ее разбавлением. Турбидостатный режим культив. базируется на прямом контроле концентрации биомассы. Наиб. распростр. методом ее определения является измерение светорассеивания с пом. фотоэлементов.

18. Среды, предназначенные для ферментационных процессов. Важно также поддерживать определенный состав питательной среды. В непрерывных процессах биосинтеза задача технолога сводится к поддержанию концентрации всех питательных веществ (и кислорода) и дозированному введению кислоты или щелочи для рН-статирования системы на заданном уровне. Простейшим вариантом управления стадией ферментации в периодическом режиме является изменение концентраций компонентов среды и её рН, а также введение необходимых добавок по заранее разработанной программе, реализуемой технологом в каждом цикле ферментации. Этот способ относительно прост и легко поддается автоматизации. Во многих случаях необходимо возможно полно исчерпывать компоненты питательной среды, чтобы они не попадали на последующие стадии переработки. Эта необходимость может быть вызвана рядом причин: - дороговизна или дефицитность субстрата; - вредное воздействие субстрата на качество готового продукта(например, при производстве дрожжей на парафинах, когда выделение остаточных количеств углеводородов из клеточной массы затруднено, поэтому добавляют дополнительные секции для дозревания или утилизации запасенных в цитоплазме углеводородов); - затруднения, возникающие на стадии выделения и очистки метаболитов при одновременном присутствии в культуральной жидкости неутилизированных веществ. Твердофазную ферментацию обычно реализуют в твердой, сыпучей или пастообразной среде, влажность которой составляет 30–80 %. Поверхностная ферментация на жидких субстратах реализуется в кюветах со средой, помещенных в вентилированные воздухом камеры.

19. Биореакторы. Конструкция биореакторов. Биореакторы предназначены для культивирования микроорганизмов, накопления биомассы, синтеза целевого продукта. Биореакторы изготавливают из высоколигированных марок стали, иногда из титана. Внутренняя поверхность биореактора должна быть отполирована. Типовые ферментеры представляют собой вертикальные ёмкости различной вместимости (малые - от 1 до 10 л,многотоннажные - более 1000 л) с минимальным числом штуцеров и передающих устройств. В биореакторах должны быть обеспечены оптимальные гидродинамические и массообменные условия. Ферментеры снабжены паровой рубашкой, мешалками, барботерами, стерилизующими воздушными фильтрами, отбойниками, обеспечивающими необходимые температурный, газовый режим, гидродинамическую обстановку в биореакторе (т.е. процессы массо- и теплообмена). В биореакторах имеются пробоотборники для отбора проб культуральной жидкости в процессе биосинтеза. Могут быть и другие конструктивные особенности, учитывающие специфику биотехнологического процесса. Работа отдельных узлов контролируется измерительными приборами, фиксирующими как параметры технологического процесса, так и отдельные физико-химические показатели культивирования.

20. Открытые и замкнутые ферментационные системы. Биореакторные системы для выращивания микрорганизмов могут быть классифицированы как "замкнутые" и "открытые". Система рассматривается в качестве замкнутой, когда многие компоненты данной системы не могут быть из нее удалены или добавлены. Так, например, в традиционных однократных (т. е. замкнутых) ферментационных системах все питательные компоненты добавляются в начале ферментации и, как результат этого, скорость роста, находящегося в таких условиях организма, в конечном счете будет снижена до нуля вследствие уменьшения количества питательных веществ или накопления токсических продуктов отхода метаболизма. Системы, функционирующие в таких условиях, называются как batch-системы (замкнутые системы). Большинство современных биотехнологических систем функционируют как batch-процессы, при которых однажды оптимизированные условия обеспечивают максимальное накопление целевого (требуемого) продукта, например, приготовление пива, производство антибиотиков и ферментов и т. п. Модификацией процесса с разовой загрузкой является возобновляемая ферментация (feеdbatch – от feеd-насыщающий), при которой количество питательного вещества может быть добавлено в ходе ферментации с целью восполнения частично израсходованного субстрата или для активации процесса. Однако в своей принципиальной основе подобные системы остаются замкнутыми, поскольку у них нет постоянного оттока содержимого. В противоположность этому, ферментационная система, рассматривается как открытая, если ее компоненты (микроорганизмы и питательные субстраты) могут постоянно добавляться и удаляться из биореактора. Такие ферментеры оснащены приспособлениями, постоянно подающими свежую питательную среду и удаляющими биомассу и другие продукты. В таких системах скорость конверсии субстрата в биомассу или в целевой продукт должна быть точно сбалансирована со скоростью35 поступления вышеуказанных компонентов, что обеспечивает устойчивое состояние метаболических процессов в реакторе.