Главная

Популярная публикация

Научная публикация

Случайная публикация

Обратная связь

ТОР 5 статей:

Методические подходы к анализу финансового состояния предприятия

Проблема периодизации русской литературы ХХ века. Краткая характеристика второй половины ХХ века

Ценовые и неценовые факторы

Характеристика шлифовальных кругов и ее маркировка

Служебные части речи. Предлог. Союз. Частицы

КАТЕГОРИИ:






Тема 2. Общая характеристика процессов ферментации. Спиртовое брожение как пример анаэробной ферментации




Под процессами ферментации понимают процессы, связанные с деятельностью биологических агентов. Различают следующие основные ферментационные процессы:

собственно ферментация – процесс культивирования микробных клеток или клеток и тканей других организмов (первоначально исторически понимался для анаэробных условий);

биокатализ – биохимические превращения субстрата с использованием индивидуальных ферментов (ферментативный гидролиз крахмала, окисление, восстановление);

биотрансформация – процесс относительно неглубокого изменения химической структуры вещества под действием ферментативных систем клеток или при взаимодействии с индивидуальными ферментами. Накопления клеток не происходит, а химическая структура вещества меняется незначительно (молочно-кислое брожение, ферментация чая, табака);

биодеградация – разрушение вредных соединений под воздействием специализированных культур микроорганизмов-деструкторов;

биоокисление – потребление веществ, загрязняющих природную среду, с помощью микроорганизмов в аэробных условиях;

биокомпостирование – снижение содержания вредных органических веществ микроорганизмами в предварительно подготовленных твердых отходах;

биосорбция – сорбция вредных примесей из газов или жидкостей микроорганизмами, обычно закрепленными на поверхности специальных твердых носителей;

бактериальное выщелачивание – процесс растворения металлов под действием ферментных систем микроорганизмов.

В процессе культивирования количество биомассы анализируют по следующим показателям:

- оптической плотности среды (D) по сравнению с начальной

(для нахождения количества биомассы используют калибровочный график D = f (X));

- числу клеток (N), млн. клеток относительно начального числа клеток (N0);

- сырому и сухому весу (АСБ), г/л;

- содержанию белка;

- содержанию ДНК.

Биомасса накапливается в объеме либо на поверхности питательной среды. В зависимости от вида субстрата (жидкий, твердый или газообразный) различают следующие виды ферментации:

- глубинная;

- поверхностная или твердофазная;

- газофазная.

Наиболее освоена и распространена глубинная ферментация, которая используется в разнообразных биотехнологических производствах от производства кормового белка и аминокислот до очистки сточных вод и может осуществляться в периодических, непрерывных и полунепрерывных условиях.

Периодическая ферментация используется для культивирования культуры продуцента с последовательным биосинтезом первичных и вторичных метаболитов (например, антибиотики образуются в стационарной фазе роста периодической культуры). Она обычно занимает от 3 до 7 суток, и об ее окончании судят по максимальному накоплению биомассы или целевого продукта ее метаболизма, а также по исчерпанию субстрата.

Периодическая ферментация имеет следующие недостатки:

- накопление продуктов метаболизма в культуральной жидкости, компоненты которой – продукты микробного метаболизма – могут негативно воздействовать на микроорганизмы-продуценты;

- компоненты питательной среды в высоких начальных концентрациях могут ингибировать рост культуры и потребляться неравномерно.

В некоторых литературных источниках непрерывная ферментация рассматривается как процесс, протекающий в проточном реакторе, который позволяет поддерживать постоянство среды по субстрату, рН и другим параметрам, и тем самым поддерживать сбалансированный рост продуцента в экспоненциальной фазе, что обеспечивает высокую производительность процесса. Такая реализация процесса ведет к большим потерям субстрата c культуральной жидкостью и практически неприменима для процессов большой производительности (высокой скорости протока).

В классическом понимании непрерывная ферментация – это процесс в многоступенчатом проточном аппарате (колонне), где со средой движется фронт процесса, протекающего по тому же закону, что и периодический. Выигрыш в производительности возникает за счет сокращения доли вспомогательных технологических операций (стерилизация, мойка и пр.), а также за счет больших возможностей управляющего воздействия на процесс по длине (высоте) аппарата.

Непрерывная ферментация более всего применяется в производствах кормовых дрожжей и аминокислот (лизина, триптофана).

Полунепрерывная (отъемно-доливная) ферментация сочетает преимущества и устраняет основные недостатки периодической и непрерывной ферментации. Применяется в производстве пекарских дрожжей.

Поверхностнаяи, как ее разновидность, твердофазная ферментация отличается ростом микроорганизмов на границе раздела двух фаз. Твердофазную ферментацию проводят в увлажненной (до 30-80 %) сыпучей или пастообразной среде. Рост микроорганизмов происходит на поверхности частиц и в крупных порах, заполненных водой или воздухом. При этом субстрат диффундирует к клетке в жидкой (твердой) фазе. Перемешивания среды не допускается, если культивируют микромицеты.

Максимальный рост клеток обеспечивается в начальный период времени, благодаря доступности субстрата для всех клеток. Далее размер (радиус) колоний растет по линейному закону (согласно Д. Пёрту):

R= µωt + Ro,

где Ro – начальный радиус колонии, мкм (мм);

µ – удельная скорость роста микроорганизмов, ч-1;

ω – толщина колонии, мкм (мм)

Слой питательной среды должен быть тонким для обеспечения хорошего массообмена по кислороду и теплоотвода (как при создании агаризованных питательных сред в чашках Петри).

Поверхностная (твердофазная) ферментация используется в процессах приготовления силоса и компостов, биосинтеза лимонной кислоты культурами Аspergillus niger на влажных отрубях риса или пшеницы или на сахаросодержащих жидких средах в вентиляционных камерах.

Газофазная ферментация характеризуется тем, что источники питания содержатся в потоке газа или воздуха (СН4, СО2, пары этанола и метанола, др.), а микроорганизмы находятся либо в жидкой фазе, либо иммобилизованы на поверхности твердой, и сначала протекают процессы абсорбции или адсорбции питательного компонента, а потом его потребление микроорганизмами.

Примеры промышленного применения газофазной ферментации достаточно редки и, более всего, относятся к процессам биодеградации паров отходящих газов промышленных предприятий.

 






Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском:

vikidalka.ru - 2015-2024 год. Все права принадлежат их авторам! Нарушение авторских прав | Нарушение персональных данных