СПЕЦИФИЧНОСТЬ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ
СПЕЦИФИЧНОСТЬ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ
ВИДЫ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ
МНОГОТОННАЖНЫЕ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОИЗВОДСТВА
МНОГОТОННАЖНЫЕ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОИЗВОДСТВА (продолжение)
МНОГОТОННАЖНЫЕ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОИЗВОДСТВА (продолжение)
ПРОИЗВОДСТВА ТОНКОГО МИКРОБИОЛОГИЧЕСКОГО СИНТЕЗА
ПРОИЗВОДСТВА ТОНКОГО МИКРОБИОЛОГИЧЕСКОГО СИНТЕЗА (продолжение)
ПРОИЗВОДСТВА ТОНКОГО МИКРОБИОЛОГИЧЕСКОГО СИНТЕЗА (продолжение)
ОБЩИЕ ОСОБЕННОСТИ ОБОРУДОВАНИЯ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ
ОБЩИЕ ОСОБЕННОСТИ ОБОРУДОВАНИЯ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ
ОБЩИЕ ОСОБЕННОСТИ ОБОРУДОВАНИЯ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ
КУЛЬТИВИРОВАНИЕ – ОПРЕДЕЛЯЮЩАЯ СТАДИЯ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА
ОСОБЕННОСТИ ТВЕРДОФАЗНОГО И ГЛУБИННОГО КУЛЬТИВИРОВАНИЯ
ОСОБЕННОСТИ ТВЕРДОФАЗНОГО И ГЛУБИННОГО КУЛЬТИВИРОВАНИЯ
ОСОБЕННОСТИ ТВЕРДОФАЗНОГО И ГЛУБИННОГО КУЛЬТИВИРОВАНИЯ
ОСНОВНЫЕ КИНЕТИЧЕСКИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ КУЛЬТИВИРОВАНИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ
РАЗМНОЖЕНИЕ МИКРООРГАНИЗМОВ В БЛАГОПРИЯТНЫХ УСЛОВИЯХ
СКОРОСТЬ РОСТА МИКРООРГАНИЗМОВ
ЭКСПОНЕНЦИАЛЬНАЯ ЗАКОНОМЕРНОСТЬ РОСТА МИКРООРГАНИЗМОВ
ЭКСПОНЕНЦИАЛЬНАЯ ЗАКОНОМЕРНОСТЬ РОСТА МИКРООРГАНИЗМОВ
ДЕМОНСТРАЦИЯ ЭКСПОНЕНЦИАЛЬНОЙ ЗАВИСИМОСТИ
ДЕМОНСТРАЦИЯ ЭКСПОНЕНЦИАЛЬНОЙ ЗАВИСИМОСТИ
ЕЩЕ ОДИН ПРИМЕР ГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ ПРОГРЕССИИ
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О БИОРЕАКТОРАХ
КЛАССИФИКАЦИЯ БИОРЕАКТОРОВ
БИОРЕАКТОРЫ ПЕРИОДИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ
ОСНОВНЫЕ СТАДИИ ПЕРИОДИЧЕСКОГО КУЛЬТИВИРОВАНИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ
ТИПИЧНЫЙ ХАРАКТЕР ИЗМЕНЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ВЕЩЕСТВ ПРИ ПЕРИОДИЧЕСКОМ КУЛЬТИВИРОВАНИИ МИКРООРГАНИЗМОВ
ПЕРИОДИЧЕСКОЕ КУЛЬТИВИРОВАНИЕ МИКРООРГАНИЗМОВ
КРИЗИС ЧЕЛОВЕЧЕСТВА ПО МАЛЬТУСУ
ПЕРСПЕКТИВЫ НАРОДОНАСЕЛЕНИЯ ПЛАНЕТЫ
РАЗНОВИДНОСТИ ПЕРИОДИЧЕСКОГО КУЛЬТИВИРОВАНИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ
НЕДОСТАТКИ ПЕРИОДИЧЕСКОГО КУЛЬТИВИРОВАНИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ

Оборудование для культивирования микроорганизмов. Биореакторы периодического действия (лекция 2)

1.

ФЕДОРЕНКО
Борис Николаевич
доктор технических наук, профессор
Московского государственного
университета пищевых производств
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ
ОБОРУДОВАНИЕ ОТРАСЛИ
(биотехнологические производства)
Лекция 2.
ОБОРУДОВАНИЕ
ДЛЯ КУЛЬТИВИРОВАНИЯ
МИКРООРГАНИЗМОВ
(биореакторы периодического действия)

2. СПЕЦИФИЧНОСТЬ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ

Специфика процессов культивирования состоит в
том, что в них принимают участие живые клетки,
субклеточные структуры или выделенные из клеток
ферменты и их комплексы.
Это оказывает существенное влияние на процессы:
массопередачи, обеспечивающие обмен веществ
между различными фазами;
теплопередачи, обеспечивающие перераспределение тепловой энергии между
взаимодействующими фазами.
17.01.2017
Лекция 2
© проф. Федоренко Борис Николаевич
2

3. СПЕЦИФИЧНОСТЬ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ

Сдержание
продукта,
усл. ед.
x мах

около
50...60%
1 2 3 4 5 6 7 8
N технологической стадии
Экстремальный характер накопления целевого продукта.
17.01.2017
Лекция 2
© проф. Федоренко Борис Николаевич
3

4. ВИДЫ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ

По общности специфических технологических признаков
микробиологические производства можно разделить на две
группы:
многотоннажные микробиологические производства,
направленные на получение значительных масс микроорганизмов
(дрожжей) или больших объемов целевых продуктов – органических
кислот (уксусной, молочной, лимонной), спиртов и т. п.
производства тонкого микробиологического синтеза,
направленные на получение бактериальных препаратов и соединений
сложной органической структуры, бóльшая часть которых обладает
биологически активными свойствами (ферментные препараты,
антибиотики, аминокислоты, витамины, стимуляторы роста,
гормональные препараты и т. п.
Специальные требования к биотехнике обусловлены
спецификой микробиологических производств.
17.01.2017
Лекция 2
© проф. Федоренко Борис Николаевич
4

5. МНОГОТОННАЖНЫЕ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОИЗВОДСТВА

Особенности производств
Требования к оборудованию
1. Культивирование ведут в
условиях, в которых развитие
посторонней микрофлоры затруднено, например:
• в кислой среде при рН 4…5;
• при повышенной температуре в
производстве
молочной
кислоты при 50 С;
• при применении анаэробных
культур;
• при спиртовом или уксуснокислом брожении вырабатываются ингибиторы, подавляющие рост микроорганизмовконтаминантов).
1. Не предъявляют жестких
требований
к
обеспечению
асептики, надежной герметизации
оборудования,
стерилизации
сырья,
материалов,
воздуха,
коммуникаций, аппаратуры и пр.
17.01.2017
Лекция 2
© проф. Федоренко Борис Николаевич
5

6. МНОГОТОННАЖНЫЕ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОИЗВОДСТВА (продолжение)

Особенности производств
2.
Требования к оборудованию
Продукты
в
основном 2.
Конструктивное
развитие
несложны
по
химическому
микробиологического оборудосоставу и имеют молекулярную
вания
для
производства
массу
до
100.
(Поэтому
указанных продуктов огранимикробиологический
способ
чивается
отсутствием
их
производства продуктов этой
технологической перспективы.
группы - этанола, бутанола,
Развитие оборудования для
уксусной
кислоты
и
др.
производства БВК в настоящее
сокращается,
поскольку
время осуществляют в основоказывается не конкурентоном в направлении повышения
способными с органическим
его экологической безопассинтезом. Но эта тенденция не
ности.
характерна для дрожжевых
производств.)
17.01.2017
Лекция 2
© проф. Федоренко Борис Николаевич
6

7. МНОГОТОННАЖНЫЕ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОИЗВОДСТВА (продолжение)

Особенности производств
Требования к оборудованию
3. Целевые продукты достаточно 3.
Не
требуется
разработка
термолабильны.
конструкций, обеспечивающих
особо
«мягкие»
тепловые
условия выделения.
4. Выделение готовых продуктов 4. Состав применяемого техноотносительно простое и немнологического оборудования
гостадийное, например,
относительно невелик.
сепарация дрожжей, ректификация растворителей и т. п.
17.01.2017
Лекция 2
© проф. Федоренко Борис Николаевич
7

8. ПРОИЗВОДСТВА ТОНКОГО МИКРОБИОЛОГИЧЕСКОГО СИНТЕЗА

Особенности производств
1. Культивирование микроорганизмов осуществляют в
условиях близких к оптимальным для большинства микроорганизмов – контаминантов
(рН 6,2…7,2; температуре 25…
35 С) на средах, содержащих
углеводы, растительный белок, фосфорные и азотистые
соли. Поэтому посторонняя
микрофлора может подавить
развитие культуры или резко
снизить выход продуктов
метаболизма.
17.01.2017
Лекция 2
Требования к оборудованию
1. Повышенные требования к
защите технологических сред
на стадии культивирования, а
иногда и на стадиях выделения
от посторонней микрофлоры,
что влечет за собой применение оборудования для тонкой и
бактериальной очистки воздуха, надежной стерилизации
питательных сред и добавок. В
основном технологическом
оборудовании обеспечивают
надежную герметизацию, тепловую стерилизацию, асептический отбор проб и т. п.
© проф. Федоренко Борис Николаевич
8

9. ПРОИЗВОДСТВА ТОНКОГО МИКРОБИОЛОГИЧЕСКОГО СИНТЕЗА (продолжение)

Особенности производств
Требования к оборудованию
2. Большинство продуктов
2.Технологическое оборудование
тонкого микробиологического
должно обеспечивать «мягкие»
синтеза очень чувствительны к
условия выделения, очистки и
повышенным температурам,
концентрирования целевых
рН, фазовым переходам и пр.,
продуктов, а также иметь
а в нативной форме весьма
достаточно высокую
нестабильны и быстро теряют
производительность для
свои полезные качества.
ускоренной переработки
культуральных сред и других
промежуточных продуктов.
3. Выделение и очистка целевых
продуктов более сложна и
многостадийна.
17.01.2017
Лекция 2
3. Состав технологического
оборудования этой группы
производств достаточно широк
и разнообразен.
© проф. Федоренко Борис Николаевич
9

10. ПРОИЗВОДСТВА ТОНКОГО МИКРОБИОЛОГИЧЕСКОГО СИНТЕЗА (продолжение)

Особенности производств
Требования к оборудованию
4. Продукты тонкого микробиологического синтеза большей
частью выпускают в сухом виде расфасованными в герметичную тару относительно небольшой вместимости.
4. В состав производства входит
оборудование для проведения
финишных операций.
17.01.2017
Лекция 2
© проф. Федоренко Борис Николаевич
10

11. ОБЩИЕ ОСОБЕННОСТИ ОБОРУДОВАНИЯ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ

Очень большая вместимость биореакторов.
Это обусловлено следующими обстоятельствами:
Концентрации целевых продуктов в культуральных жидкостях
очень мала, как правило, несколько килограммов, а иногда
граммов в 1 м3, например:
витамина В12 содержится 5…15 г/м3;
содержание биомассы при производстве бактериальных
препаратов обычно не превышает 1…2%;
концентрацию некоторых органических кислот (лимонной,
глутаминовой), ферментов, лизина удается довести до
десятков килограммов в 1 м3.
Поэтому для получения достаточного количества целевого
продукта необходимо переработать очень большие объемы
культуральных сред.
17.01.2017
Лекция 2
© проф. Федоренко Борис Николаевич
11

12. ОБЩИЕ ОСОБЕННОСТИ ОБОРУДОВАНИЯ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ

Очень большие габариты оборудования.
Большие габариты оборудования обусловлены не только
повышенной вместимостью, но и конструктивными параметрами,
обеспечивающими:
«мягкие» условия обработки продуктов биосинтеза (например, в
распылительных сушилках для биологических объектов. В
частности, при одинаковой производительности распылительная
сушилка на основе того же принципа действия, но предназначенная
для химических производств, менее громоздка);
повышенную производительность оборудования для быстрой
переработки лабильных биологических продуктов.
17.01.2017
Лекция 2
© проф. Федоренко Борис Николаевич
12

13. ОБЩИЕ ОСОБЕННОСТИ ОБОРУДОВАНИЯ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ

Применение самых современных систем
перемешивания.
Это обусловлено тем, что культуральные жидкости
представляют собой сложные объекты перемешивания, а при
культивировании микроскопических грибов и актиномицетов они
как-бы «армированы», что составляет дополнительную трудность
при перемешивании. Поэтому до определенного критического
значения удельной вводимой мощности эффективного
перемешивания культуральной жидкости не происходит.
17.01.2017
Лекция 2
© проф. Федоренко Борис Николаевич
13

14. КУЛЬТИВИРОВАНИЕ – ОПРЕДЕЛЯЮЩАЯ СТАДИЯ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА

17.01.2017
Лекция 2
Культивирование микроорганизмов наиболее продолжительная и тонкая стадия
биотехнологического производства, в
наибольшей степени определяющая его
количественные и качественные показатели.
Культивирование микроорганизмов основано на взаимодействии трех фаз:
твердой, жидкой и газообразной.
Виды культивирования микроорганизмов:
жидкофазное (поверхностное,
глубинное);
твердофазное (поверхностное).
© проф. Федоренко Борис Николаевич
14

15. ОСОБЕННОСТИ ТВЕРДОФАЗНОГО И ГЛУБИННОГО КУЛЬТИВИРОВАНИЯ

(на примере производства ферментных препаратов)
ПРЕИМУЩЕСТВА СПОСОБОВ:
Твердофазное культивирование
Глубинное культивирование
Скорость биосинтеза в несколько раз
(в 5…8 раз) выше.
Меньшая потребность в
производственной площади.
Общая продолжительность
культивирования для получения одной
и той же активности в 2…3 раза короче.
Высокая степень механизации
(исключается тяжелый ручной труд).
Меньше затраты электроэнергии (не
требуется интенсивное перемешивание
и меньше затраты энергии на сушку).
Обеспечивается стерильность
процесса.
Существенно меньшее образование
сточных вод.
Простота механизации процесса и
стерилизации сред и оборудования.
Характер субстрата облегчает
выделение и очистку продукта.
Улучшается гигиена труда.
17.01.2017
Лекция 2
© проф. Федоренко Борис Николаевич
15

16. ОСОБЕННОСТИ ТВЕРДОФАЗНОГО И ГЛУБИННОГО КУЛЬТИВИРОВАНИЯ

(на примере производства ферментных препаратов)
ПРЕИМУЩЕСТВА СПОСОБОВ (продолжение):
Твердофазное культивирование
Малое содержание влаги в субстрате
препятствует инфицированию
культуры.
Глубинное культивирование
Проще осуществить непрерывный
способ культивирования.
Более рациональное использование
питательных веществ сред, и,
следовательно, сокращение отходов
производства.
Получение целевого продукта с
меньшим содержанием побочных
примесей и с большей удельной
активностью.
Возможность интенсификации
процесса за счет непрерывного отвода
метаболитов через селективную
мембрану.
17.01.2017
Лекция 2
© проф. Федоренко Борис Николаевич
16

17. ОСОБЕННОСТИ ТВЕРДОФАЗНОГО И ГЛУБИННОГО КУЛЬТИВИРОВАНИЯ

(на примере производства ферментных препаратов)
НЕДОСТАТКИ СПОСОБОВ:
Твердофазное культивирование
Глубинное культивирование
Более низкий уровень промышленного
технологического оборудования.
Более высокие требования к
технологическим стадиям.
Сложность тепло- и массообмена.
Получение более разбавленных
растворов целевого продукта (обычно
1…3%), что повышает стоимость
стадии концентрирования.
Более тяжелые и вредные условия
труда.
Нестерильность процессов.
Пригодность лишь для аэробных
культур
17.01.2017
Лекция 2
© проф. Федоренко Борис Николаевич
17

18. ОСНОВНЫЕ КИНЕТИЧЕСКИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ КУЛЬТИВИРОВАНИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ

В основу расчетов биореакторов положена КИНЕТИКА –
учение о скорости протекания процессов.
МАКРОКИНЕТИКА – описывает развитие микроорганизмов в
реальных условиях в большом объеме, в котором
развиваются миллиарды микроорганизмов при массовом
движении микрочастиц – микроорганизмов, частиц
субстрата, капель, струй, пузырей и пр.
МИКРОКИНЕТИКА – описывает элементарные процессы,
протекающие на молекулярном уровне независимо друг от
друга, с учетом предположения об упрощенном механизме
их существования. К таким процессам относят:
молекулярную диффузию, теплопроводность, обмен
веществ биообъекта – усвоение им продуктов внешней
среды, выделение продуктов метаболизма и пр.
17.01.2017
Лекция 2
© проф. Федоренко Борис Николаевич
18

19. РАЗМНОЖЕНИЕ МИКРООРГАНИЗМОВ В БЛАГОПРИЯТНЫХ УСЛОВИЯХ

ПРИНЯТЫЕ ДОПУЩЕНИЯ:
Параметры внешней среды неизменны;
Отсутствие дефицита питательных веществ;
Все клетки делятся синхронно.
17.01.2017
Лекция 2
© проф. Федоренко Борис Николаевич
19

20. СКОРОСТЬ РОСТА МИКРООРГАНИЗМОВ

m = m
dm = m d
dm/d = m
= dm/(d m)
dm/d - общая (валовая) скорость роста микроорганизмов;
- удельная скорость роста микроорганизмов – комплексный показатель,
характеризующий жизнедеятельность микроорганизмов.
17.01.2017
Лекция 2
© проф. Федоренко Борис Николаевич
20

21. ЭКСПОНЕНЦИАЛЬНАЯ ЗАКОНОМЕРНОСТЬ РОСТА МИКРООРГАНИЗМОВ

dm = m d
dm/m = d
m
dm/m = d
m0
0
m = m0e
17.01.2017
Лекция 2
© проф. Федоренко Борис Николаевич
21

22. ЭКСПОНЕНЦИАЛЬНАЯ ЗАКОНОМЕРНОСТЬ РОСТА МИКРООРГАНИЗМОВ

m, кг
1>
2 >
3
m = m0e
х = х0e


N = N0e
Рост биомассы, концентрации микроорганизмов
и количества клеток описывают экспоненциальной
зависимостью.
17.01.2017
Лекция 2
© проф. Федоренко Борис Николаевич
22

23. ДЕМОНСТРАЦИЯ ЭКСПОНЕНЦИАЛЬНОЙ ЗАВИСИМОСТИ

Экспоненциальная
зависимость
обладает
некоторыми
неочевидными
свойствами, одно из которых можно
продемонстрировать
простой
гипотетической задачей:
60 минут
17.01.2017
Лекция 2
Допустим:
клетка
не
испытывает
влияния лимитирующих факторов, делится
раз в минуту и может заполнить все
внутреннее
пространство
биореактора
ровно за час.
© проф. Федоренко Борис Николаевич
23

24. ДЕМОНСТРАЦИЯ ЭКСПОНЕНЦИАЛЬНОЙ ЗАВИСИМОСТИ

Экспоненциальная
зависимость
обладает
некоторыми
неочевидными
свойствами, одно из которых можно
продемонстрировать
простой
гипотетической задачей:
Допустим:
клетка
не
испытывает
влияния лимитирующих факторов, делится
раз в минуту и может заполнить все
внутреннее
пространство
биореактора
ровно за час.
За какое время клеточная биомасса
заполнит половину биореактора?
? минут
17.01.2017
Лекция 2
© проф. Федоренко Борис Николаевич
24

25. ЕЩЕ ОДИН ПРИМЕР ГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ ПРОГРЕССИИ

Существует древняя легенда,
которая приписывает создание
шахмат некоему индийскому брамину.
За свое изобретение он попросил
у раджи, который был в восторге от
новой игры, незначительную, на
первый взгляд, награду: столько
пшеничных зерен, сколько покажет
шахматная доска, если на первую
клетку положить одно зерно, а потом
количество зерен удваивать.
Оказалось зерен потребуется:
18 446 744 073 709 551 615
(18 квинтильонов 446 квадрильонов 744 триллиона 73 биллиона 709
миллионов 551 тысяча 615).
Такого количества пшеницы нет на всей планете!
17.01.2017
Лекция 2
© проф. Федоренко Борис Николаевич
25

26. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О БИОРЕАКТОРАХ

17.01.2017
Лекция 2
Биореакторы - сложные технические
устройства, обеспечивающие
оптимальные условия для развития
биологических объектов, в результате
которого осуществляется биосинтез
полезных соединений.
В биореакторе происходит накопление
биомассы и продуктов метаболизма. В
одних микробиологических
производствах целевым продуктом
является биомасса (кормовой белок,
бактериальные удобрения и т. п.), а в
других - прочие продукты биосинтеза, в
том числе метаболиты (ферменты,
аминокислоты, антибиотики, витамины и
т. п.). При этом синтезируемые продукты
могут накапливаться как внутри клеток,
так и выделяться ими в культурную
среду.
© проф. Федоренко Борис Николаевич
26

27. КЛАССИФИКАЦИЯ БИОРЕАКТОРОВ

17.01.2017
Лекция 2
по направленности биологических
процессов;
по способу культивирования;
по структуре рабочего цикла;
по условиям асептики;
по условиям аэрации;
по способу ввода энергии;
по организации перемешивания и
аэрации и т. д.
© проф. Федоренко Борис Николаевич
27

28. БИОРЕАКТОРЫ ПЕРИОДИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ

Биореакторы периодического действия характеризуются:
единством места проведения всех стадий
технологической операции;
разновременностью этих стадий;
различием параметров на этих стадиях.
Исходный материал загружают в биореактор, последовательно подвергают каким-либо воздействиям в течение
определенного промежутка времени, а затем выгружают
готовый или промежуточный продукт.
Работу биореактора в
периодическом режиме можно
уподобить естественному ходу
сельскохозяйственных работ, когда
все стадии процесса (например,
вспашка, сев, прополка и т.д.)
протекают на одном поле, в
определенной последовательности, в
разные периоды времени и при
разных климатических условиях.
17.01.2017
Лекция 2
© проф. Федоренко Борис Николаевич
28

29. ОСНОВНЫЕ СТАДИИ ПЕРИОДИЧЕСКОГО КУЛЬТИВИРОВАНИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ

1. Нагревание;
2. Выдержка;
3. Охлаждение;
4. Внесение
посевного
материала;
5. Культивирование.
17.01.2017
Лекция 2
© проф. Федоренко Борис Николаевич
29

30. ТИПИЧНЫЙ ХАРАКТЕР ИЗМЕНЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ВЕЩЕСТВ ПРИ ПЕРИОДИЧЕСКОМ КУЛЬТИВИРОВАНИИ МИКРООРГАНИЗМОВ

АB – лаг фаза;
ВС – фаза экспоненциального роста;
СD – фаза замедленного роста;
DE – стационарная фаза;
EJ – фаза отмирания (автолиз).
tст


Продолжительность, ч
Концентрация, кг/м3
Субстрат
Биомасса
D Е
C
А В
J
Продолжительность, ч
17.01.2017
Лекция 2
© проф. Федоренко Борис Николаевич
30

31. ПЕРИОДИЧЕСКОЕ КУЛЬТИВИРОВАНИЕ МИКРООРГАНИЗМОВ

В экспоненциальную фазу обычно синтезируются,
так называемые, первичные метаболиты (витамины,
многие ферменты);
В стационарную фазу обычно синтезируются, так
называемы, вторичные метаболиты (антибиотики,
красящие вещества и т.п.);
Современные периодические процессы основаны
на принципе дифференцированных режимов
культивирования, в соответствии с которым для
каждой фазы процесса подбирают оптимальные
условия аэрации, перемешивания, рН и
температуры.
17.01.2017
Лекция 2
© проф. Федоренко Борис Николаевич
31

32.

17.01.2017
6525
50
Лекция 2
2530
75
50
25
1650
0
годы
1000
Р.Х.
1000
1500
1650
1800
1900
1950
1980
2005
2015
2030
10
250
300
450
550
950
4430
100
© проф. Федоренко Борис Николаевич
32
невозобновляемые ресурсы,%
8300
2000
9000
8000
7000
6000
5000
4000
3000
2000
1000
0
ДИНАМИКА ЧИСЛЕ ННОСТИ НАСЕ ЛЕ НИЯ ЗЕ МЛИ
7000
млн человек
МИКРООРГАНИЗМЫ «ПРЕДСКАЗЫВАЮТ»
БУДУЩЕЕ ЧЕЛОВЕЧЕСТВА

33.

Миллиардов человек
ДИНАМИКА НАРОДОНАСЕЛЕНИЯ ЗЕМЛИ
1800 г. – 0,95 млрд;
1900 г. – 1,65 млрд;
1930 г. – 2 млрд;
1960 г. – 3 млрд;
1974 г. – 4 млрд;
1987 г. – 5 млрд (11.07.1987);
1999 г. – 6 млрд;
2011 г. – 7 млрд (31.10.2011);
2023 г. – 8 млрд (прогноз);
2050 г. – 9 млрд (прогноз).
9
8
7
6
5
4
3
2
1
Годы новой эры
К 2030 году численность населения достигнет 8,3 млрд. человек,
потребность в энергии подскочит на 50%, а в пресной воде - на 30%.
17.01.2017
Лекция 15
© проф. Федоренко Борис Николаевич
33

34. КРИЗИС ЧЕЛОВЕЧЕСТВА ПО МАЛЬТУСУ

"Опыт о законе народонаселения и его влиянии на
будущее улучшение общества" (1798).
Cправка:
1804 г. – 1,0 млрд
Томас Мальтус
(1766-1834)
На надгробном камне Т. Мальтуса
написано: "Его произведения будут
вечным памятником глубине и верности его понимания".
17.01.2017
Лекция 2
© проф. Федоренко Борис Николаевич
34

35. ПЕРСПЕКТИВЫ НАРОДОНАСЕЛЕНИЯ ПЛАНЕТЫ

17.01.2017
Лекция 2
© проф. Федоренко Борис Николаевич
35

36.

2/3 ТЕРРИТОРИИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ –
ВЕЧНАЯ МЕРЗЛОТА
БЕЛАРУСЬ
УКРАИНА
Р О С С И Я
КАЗАХСТАН
17.01.2017
Лекция 15
© проф. Федоренко Борис Николаевич
36

37.

ПРОДУКТИВНОСТЬ БИОРЕАКТОРА
ПЕРИОДИЧЕСКОГО КУЛЬТИВИРОВАНИЯ
õ, êã/ì
G
_x,êã/(ì
Gx,êã/(ì
3
3
x ÷)
3
x ÷)
Gx = f ( )
x = f ( )
õê
_
G x = f ( )
C
õí
î ï ò
17.01.2017
Лекция 2
© проф. Федоренко Борис Николаевич

37

38. РАЗНОВИДНОСТИ ПЕРИОДИЧЕСКОГО КУЛЬТИВИРОВАНИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ

17.01.2017
Лекция 2
Периодическое культивирование с
подпиткой, при котором в биореактор
добавляют питательную среду через
определенные промежутки времени (при
этом продолжительность культивирования
возрастает, но требуется меньшее
количество посевного материала и
происходит более полное использование
всех имеющихся в среде питательных
веществ).
Отъемно-доливочное культивирование, при
котором часть культуральной жидкости из
биореактора периодически изымают при
последующем добавлении эквивалентного
количества питательной среды (это
способствует регулярному омолаживанию
культуры и задержке ее перехода к фазе
отмирания).
Культивирование в мембранных
биореакторах.
© проф. Федоренко Борис Николаевич
38

39. НЕДОСТАТКИ ПЕРИОДИЧЕСКОГО КУЛЬТИВИРОВАНИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ

17.01.2017
Лекция 2
цикличность процесса;
постоянное изменение
условий
культивирования;
трудность контроля и
регулирования
параметров процесса.
© проф. Федоренко Борис Николаевич
39

40.

ФЕДОРЕНКО
Борис Николаевич
доктор технических наук, профессор
Кафедра “Эксплуатационное
оборудование АПК”
Московского государственного
университета пищевых производств
СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!
English     Русский Правила