Методичні поради. При вивченні теми слід звернути увагу не тільки на біотехнологічні аспекти сільського господарства, медицини та енергетики

При вивченні теми слід звернути увагу не тільки на біотехнологічні аспекти сільського господарства, медицини та енергетики, а й на високу ефективність, перспективність та багатовекторність застосування біотехнологій в різних галузях народного господарства: харчових та фармацевтичних виробництвах, переробці поліметалічних руд та відходів різного походження.

Важливо з'ясувати вплив параметрів біотехнологічних процесів на прибутковість підприємств.

Біотехнології ґрунтуються на використанні живих організмів і біологічних процесів у виробництві. Особливістю БТ виробництва є невелике утворення твердих відходів при одночасному використанні великої кількості води і повітря (в аеробних процесах). За спрямованістю всі біотехнологічні виробництва можна умовно поділити на дві групи. Перша має на меті одержання максимально можливої кількості біомаси живих організмів, а друга – виходу продуктів їх життєдіяльності. Загальна схема біотехнологічного виробництва в обох випадках може бути представлена у вигляді таких стадій: підготовка живильного середовища для промислового культивування мікроорганізмів; одержання чистої культури продуцента; культивування продуцента та проведення основної ферментації; виділення та очищення кінцевого продукту; одержання товарних форм продукту.

Ефективність біотехнологічного виробництва визначається проведенням процесу основної ферментації.Ферментація – це сукупність послідовних операцій від внесення в заздалегідь приготовлене і нагріте до необхідної температури живильне середовище посівного матеріалу і до завершення процесу росту клітин чи біосинтезу цільового продукту. Ферментацію здійснюють у ємнісних апаратах, що називаються ферментаторами, чи ферментерами, або біореакторами. По закінченню ферментації утворюється складна суміш, що складається з клітин продуцента, розчину неспожитих живильних компонентів і продуктів біосинтезу, що нагромадилися в середовищі. Таку суміш називають культуральною рідиною.

Для виділення й очищення продуктів ферментації використовують відомі в хімічній технології методи й апаратуру. Витрати на ці операції можуть перевищувати витрати на приготування живильних середовищ і на ферментацію на 30—50 %.

Стадія фасування препаратів кормового і технологічного призначення полягає в упакуванні їх у тару, розміри і тип якої визначаються потребами замовника і властивостями продукту. Препарати повинні мати високий ступінь чистоти і дуже часто абсолютну стерильність. Це змушує використовувати спеціальну технологію, що дозволяє стерилізувати речовини і підготовлену для них тару, і проводити наповнення й пакування в асептичних умовах.

Біотехнологія застосовується в харчовій промисловості (одержання хліба, квасу, спирту, кисломолочних продуктів, лимонної, молочної, оцтової та ряду інших кислот тощо); медицині (виробництво лікарських препаратів – антибіотиків, вітамінів, біологічно активних речовин тощо); сільському господарстві (виробництво стимуляторів росту рослин, засобів захисту рослин від хвороб і шкідників, добрив, застосування методів генетичної і клітинної інженерії для створення високопродуктивних і стійких до шкідників, хвороб, гербіцидів сорти сільськогосподарських рослин); виробництво кормової мікробної біомаси для тваринництва; технологіях очищення стічних вод, комплексного перероблення відходів, одержання альтернативних джерел енергії.

Етанол широко застосовується у багатьох галузях: хімічній, фармацевтичній, парфумерній та харчовій, де він є основою лікеро-горілчаних виробів та вин. Його використовують як паливо, антифриз чи дезінфікуючий засіб. Вимоги до його якості для таких багатогранних застосувань суттєво відрізняються, що, в свою чергу, визначає як можливості використання різної сировини, так і особливості та параметри технологічних схем її переробки. В технічних галузях (паливна, електротехнічна) використовують етанол, виготовлений із етиленвміщуючих газів, деревини, соломи та відходів сульфітно-целюлозного виробництва. В галузях харчової промисловості (консерви та вітаміни, вина та лікеро-горілчані вироби), а також у фармацевтичній та медичній використовують спирт, вироблений із харчової сировини: зерна, картоплі, меляси, буряків.

Основою мікробіологічних технологій виробництва етанолу із зброджуваних матеріалів є процес бродіння цукрів, суть найпоширенішого варіанту якого для гексоз полягає в анаеробному диханні за схемою: С6Н12О6= 2СО2+ 2С2Н5ОН + 118 кДж. Сировина, яка використовується для виробництва етанолу, ділиться на три великі групи: крохмальвміщуюча (зерно, картопля); цукровміщуюча (меляса, буряк, фрукти, виноград); клітковиновміщуюча (деревина, солома, відходи сульфіт-целюлозного виробництва).

Узагальнену схему всіх бродильних виробництв етанолу можна розділити на функціональні блоки: переробка сировини у зброджувані цукри та коригування сусла; перетворення сусла, зброджуванням за допомогою дріжджів або ферментних препаратів, у зрілу бражку; виділення із бражки спирту і його подальше очищення.

Ключовими для визначення якості і собівартості спиртової продукції є технологічні операції оцукрювання, зброджування та ректифікаційної перегонки і очищення. Зниження вмісту редукованих цукрів, придатних для зброджування, при неповному чи неправильному оцукрюванні та неповне зброджування редукованих цукрів у спирт знижують вихід етанолу. Збільшення кількості та вмісту домішок у зрілій бражці, крім зниження виходу спирту, ускладнює його ректифікаційне очищення та підвищує собівартість продукції.

Найпоширенішим та найефективнішим способом виділення спирту із бражки і його подальшого концентрування є ректифікація, заснована на процесі перегонки внаслідок різниці температури кипіння води та спирту, що призводить до більш швидкого випаровування спирту з водноспиртової суміші.

Суть ректифікації полягає у багаторазових масо – та теплообмінах між протилежно спрямованими потоками парових та рідинних сумішей компонентів з різною леткістю. Процес проводять у ректифікаційних колонах, обладнаних контактними пристроями у вигляді ситових, ковпачкових чи клапанних тарілок.

Контрольні запитання

1. Що таке біотехнологія?

2. Які істотні переваги біотехнології у порівнянні з іншими видами

технологій?

3. Які дві мети є цільовими для біотехнологічних виробництв за

спрямованістю?

4. З яких стадій складається загальна схема біотехнологічного виробництва?

5 Які мікроорганізми і ферменти використовуються в біотехнології?

6. Які біотехнологічні виробництва Ви знаєте?

7. Назвіть основні сфери застосування біотехнологій.

8. Наведіть принципову технологічну схему виробництва кормової

мікробної біомаси.

9. Вплив параметрів біотехнологічних процесів на прибутковість

підприємств.

1. Які істотні переваги мають біотехнології у порівнянні з іншими видами технологій?

2. Як біотехнології застосовуються в сільському господарстві?

3. Означте застосування біотехнології в медицині, фармацевтиці та

харчовій промисловості.

4. Дайте загальну характеристику біотехнологій і біотехнологічних

процесів та їх ролі у різних галузях виробництва.

5. Яка типова схема біотехнологічного виробництва та її основні складові?

6. В чому полягає біологічне очищення стічних вод?

7. В чому полягають основи біотехнологічної енергетики?.

8. Як застосовуються біотехнології в харчовій промисловості?

9. Охарактеризуйте основні принципи технології виробництва етилового спирту.

Література: основна [2-5];