2025 Л.19 Биоконверсия

1.

ЛЕКЦИЯ НА ТЕМУ «БИОКОНВЕРСИЯ»
Лектор: профессор
Волобуева Ольга Гавриловна

2.

1.
2.
3.
4.
5.
План лекции
Общие сведения о биоконверсии
Применение методов биоконверсии в
сельском хозяйстве.
Нетрадиционные пути биоконверсии
растительных углеводов в этанол.
Получение биогаза из отходов ферм.
Силосование кормов как метод
анаэробной биоконверсии

3.

4.

• Поэтому, целью биоконверсии
является получение из недефицитного
возобновляемого сырья пищевых и
кормовых продуктов, жидких и
газообразных видов топлива,
химических продуктов и медикаментов,
а также защита окружающей среды.

5.

• Таким образом, человечество с
каждым годом все больше
убеждается в том, что основное наше
богатство – растительная биомасса
(возобновляемые ресурсы
органического вещества), которая
образуется в реакциях фотосинтеза.

6.

Растительная биомасса –
основное богатство, которая
ежегодно образуется в реакциях
фотосинтеза в количестве 2 ×
10¹¹ т по С. Для питания
человека требуется 0,5%, а для
покрытия всех мировых
энергетических нужд около
10% этой энергии.

7.

8.

Биоконверсия – превращение
органических отходов с
помощью живых организмов
(м/мы, дождевые черви и т.д.) в
вещества пригодные для
использования в экономике
( для нужд человека) ( Яценко
Н.Е. Толковый словарь
обществовед. терминов. – СПб. –
1999).

9.

• Биоконверсия – процесс
превращения веществ, с
участием живых организмов,
точнее процесс превращения
одних соединений в другие
при участии ферментных
систем живых организмов.

10.

• Цель биоконверсии- получение из
недефицитного возобновляемого
сырья пищевых и кормовых
продуктов, жидких и газообразных
видов топлива, химических
препаратов и медикаментов, а также
защита окружающей среды.

11.

12. Виды процессов биоконверсии

• 1. Одноступенчатые
• 2. Многоступенчатые

13. 1.Одноступенчатые

• Брожение (продуктами являются
спирты и орг. к-ты);
• Изомеризация (превращение
глюкозы во фруктозу);
• Получение стероидных
гормонов (из гидрокортизона
получают преднизолон).

14.

15.

16. 2. Многоступенчатые

Требуются смешанные культуры м/мов или
последовательное, многостадийное
добавление штаммов м/мов:
- Получение кормового белка;
- Получение БАВ: гормоны, антибиотики,
витамины;
- Биоконверсионная очистка сточных вод;
- Вермикультивирование (природная
биоконверсия).

17.

18.

Под управляемой биоконверсией
растительного сырья понимают
превращение компонентов
растительной массы
микробиологическим или
ферментативным путем в
различные полезные вещества
и продукты в регулируемых
условиях.

19.

20.

При этом создаются аэробные
или анаэробные условия
переработки растительного
сырья с использованием м/мов
без предварительной его
обработки химическими или
биологическими методами.

21.

• Для биоконверсии углеводов растительного
сырья используют различные м/мы –
бактерии, актиномицеты, дрожжи,
микромицеты.
• Продукты биоконверсии растительного
мира широко применяются в питании
человека (хлеб, квашеные продукты,
алкогольные и др. напитки, кислоты и
т.д), в кормлении животных (силос,
сенаж, дрожжи, продукты биосинтеза и
др.), а также в производстве
медикаментов, химикатов, жидких и
газообразных видов топлива и др.

22.

23.

24. Целлюлозоразрушающие микроорганизмы

25. Применение методов биоконверсии в с/х хозйстве

• Выделяют ряд перспективных
направлений применения микробной
биоконверсии растительного сырья для
нужд с/х х-ва: - получение белковых
концентратов пищевого и кормового
назначения из зеленой массы
растений с использованием
микробиологических процессов;

26.

• Примерами способа прямой
биоконверсии растительного сырья
являются процессы твердофазного
культивирования: выращивание
м/мов и высших грибов на
растительном сырье с целью
получения биологически активных
веществ, а также компостирование
растительных отходов, в том числе с
калифорнийскими червями, с целью
получения органических удобрений.

27.

28.

29.

• К способу прямой
биоконверсии можно отнести
процесс силосования
растительного сырья, а также
получения кормовых
добавок
микробиологическим путем
из зерносырья.

30.

31. Нетрадиционные пути биоконверсии растительных углеводов в этанол

Биоэтанол, получаемый из растительной
массы, может использоваться для
восполнения энергетических ресурсов, т.к.
запасы нефти, газа, угля – истощаются,
поэтому актуален поиск альтернативных
источников энергии.
Один из путей решения глобальной
проблемы биотрансформации продуктов
фотосинтеза – получение этанола из
растительной массы с помощью м/мов.

32. Биоконверсия целлюлозо-лигниновых материалов

• Лигнины – это аморфные
высокомолекулярные соединения
ароматической природы, которые
можно подразделить на 3 класса:
• 1. лигнин древесины хвойных пород
• 2. лигнин древесины лиственных пород
• 3. лигнин травянистых растений

33. Использование продукции биоконверсии

• 1) Фармация, медицина (инсулин,
преднизалон, соматотропин)
• 2) Пищевая промышленность
(пищевой и кормовой белок,
клеточная биомасса дрожжей,
водоросли, грибы).

34.

35.

36.

37.

• 3) Очистка окружающей среды (вод)
и ограничение загрязнений
бытовыми и с/х-ными отходами (от
нефти). Большинство веществ может
удаляться с помощью ана,аэробных м/мов, в результате
биоконверсии (брожение,
метаногенез, ацетогенез).
• 4) Сельское хозяйство
(биодеградация пестицидов в почве,
биоразрушения ядохимикатов,
использование натуральных
удобрений).

38.

Микробная биоконверсия
растительного сырья применяется:
- для получения белковых
концентратов пищевого и кормового
назначения из зеленой массы
растений с использованием
микробиологических процессов.

39.

40.

41. Получение биогаза из отходов ферм

• Практика переработки промышленных,
коммунальных и с/х отходов (навоз)
базируется на использовании аэробных и
анаэробных процессов.
• При аэробном процессе разложения
органического вещества можно получить
микробную биомассу кормового
назначения в виде ила (однако имеет
место потеря N до 40%).

42.

43.

44.

45.

46. Cилосование кормов как метод анаэробной биоконверсии

• Силосование – способ
консервирования зеленого корма.
• При этом растительную массу хранят
во влажном состоянии в ямах,
траншеях или специальных
сооружениях – силосных башнях.

47.

48.

49.

50.

51.

• Микробиота силоса:
молочнокислые кокки и
неспорообразующие палочки:
Streptococcus lactis,
St.thermophilus
Lactobacillus plantarum
L.brevis

52. Биоремедиация объектов окружающей среды

• Очистка природных местообитаний с
использованием биологической активности
называется биоремедиацией.
• Основные агенты биоремедиации –
микроорганизмы.
• На доступность вещества-загрязнителя для
м/мов, способных его утилизировать,
существенное влияние оказывают физикохимические свойства конкретного объекта
окружающей среды.

53.

• Нефть – это природное образование,
являющиеся опасным загрязнителем
различных экосистем из-за больших
объемов добычи и использования, а также
перемещения на значительные расстояния.
• Нефть и нефтепродукты состоят из
линейных и разветвленных углеводородов с
разным числом атомов углерода,
соединений с бензольными кольцами и
различными заместителями,
полициклических ароматических
углеводородов.

54.

• В любой почве обитают
микроорганизмы, способные
использовать в метаболизме те или
иные компоненты нефти.
• Это бактерии родов Acinetobacter ,
Bacillus, Arthrobacter, Cytophaga,
Clostridium, Corynebacterium,
Flavobacterium, Micrococcus,
Mycobacterium, Nocardia,
Rhodococcus, Pseudomonas.

55.

• Мицеальные грибы родов Aspergillus,
Penicillium, Mucor , Fusarium ,
Trichoderma и дрожжи родов Candida,
Endomyces, Rhodotorula , Torulopsis и
Saccharomyces.
• При загрязнении почв и грунтов возможны их
обработка на месте либо вывоз и очистка на
специальных предприятиях. В первом
случае сначала физически устраняют
загрязнитель путем промывания или
соскабливания, а затем применяют
биоразрушающую способность м/мов.

56.

57. Вопросы к лекции

• 1. Что такое биоконверсия?
• 2. Где используется биоконверсия?
• 3. Какие микроорганизмы
используют в биоконверсии?
• 4. Какие виды ферментации вы
знаете
• 5. Что такое управляемая и прямая
биоконверсия?

58.

• 6. Как методы биоконверсии
применяют в сельском хозяйстве ?
• 7. Назовите нетрадиционные пути
биоконверсии растительных
углеводов в этанол.
• 8. Какие вы знаете микроорганизмы –
продуценты этанола?
• 9. Что такое метановое брожение и
где оно используется?

59.

• 10. Что такое силосование?
• 11. Какие способы силосования вы
знаете? Какие микроорганизмы
участвуют в этом процессе?
• 12. Какова микрофлора силоса?
• 13. Каковы фазы созревания силоса?
• 14. Как происходит регулирование
процесса силосования?
• 15. Как происходит биоремедиация
объектов окружающей среды.

60. Литература к лекции

1. В.К.Шильникова и др.
Микробиология. – М. – Дрофа. –
2006.
2. В.Т.Емцев, В.К.Шильникова. –
Микробиология. – М. – 1990.