промышленная биотехнология. Коллоквиум 3 ПБ. Коллоквиум Использование микроорганизмов в биотехнологии

• Название: Коллоквиум Использование микроорганизмов в биотехнологии
• Анкор: промышленная биотехнология
• Дата: 03.06.2021
• Размер: 456.62 Kb.
• Имя файла: Коллоквиум 3 ПБ.docx
• Тип: Документы; #213335
• страница: 9 из 9

Выращивание кормовых дрожжей

Технологическая схема производства кормовых дрожжей включает следующие операции:

• 
  Подготовку сусла (барды, гидролизата) к выращиванию дрожжей
  
• 
  Накопление засевных культур дрожжей
  
• 
  Выращивание товарных дрожжей в дрожжерастительных аппаратах при интенсивной аэрации
  
• 
  Выделение дрожжей из бражки путём сепарирования, промывка, сгущение и высушивание
  

дрожжей (до влажности 8-10%)

Выход абсолютно сухих дрожжей на 1 г сухого сырья 28-45

Процесс:

• 
  Суспензия из малого посевного аппарата подаётся в аппарат объемом 4-5 м3, предварительно заполненный питательной средой и стерильной водой. Включается аэрация, и при постоянном доливе питательной среды и аммиачной буферной смеси для поддержания заданного рН, проводится культивирование (10-12 часов)
  
• 
  Дальше проводится выращивание дрожжевых культур в ферментаторе объемом 15-20 м3.
  
• 
  Сгущение суспензии м/о (механическое отделение мужклеточной влаги). Для этого используют сепараторы, а также коагуляцию, флотацию.
  
• 
  Термообработка суспензии. Суспензию нагревают до температуры 27-85 град в течение 10-40 минут, происходит гибель штамма продуцента и практически всей микрофлоры.
  
• 
  Концентрирование суспензии в отделении выпаривания
  
• 
  Сушка. Происходит образование готового продукта с влажностью 10% (по массе)
  
• 
  Грануляция и сушка. (если необходимо получить готовый продукт в виде гранул)
  
• 
  Фасовка и упаковка готового продукта. Сухая биомасса поступает в приемный бункер и фасуется массой 25-30 кг в бумажные мешки с клапаном
  

Сухие кормовые дрожжи содержат в сухом веществе: 45-52% белка, 13-16% углеводов, 2-3% жиров, 22-40% безазотистых веществ, 8-11% золы.

По питательности кормовые дрожжи могут быть приравнены к высокоценным белковым кормам.

Микробиологическое производство белка налажено относительно недавно, но оно обладает рядом преимуществ, по сравненмю с традиционными способами получения белковой пищи, а именно:

• 
  Микробиологическое производство не требует посевных площадей
  
• 
  Не зависит от климатических и погодных условий
  
• 
  Поддается точному планированию и высокому уровню автоматизации
  
• 
  Позволяет получать продукцию стандартного качества
  

Расширение кормовой базы для с/х животных может быть частично осуществлено за счет новых видов продуктов, получаемых на основе кормовых гидролизных дрожжей. Также сейчас наука движется к тому, чтобы создавать кормовые добавки, обогащенные незаменимыми АК, витаминами, углеводами.

Белок из растительных гидролизатов получают окислением Процесс выращивания дрожжей происходит в ферментёрах

Применение микроорганизмов в сельском хозяйстве.

Всё большее внимание уделяется применению м/о как биологических факторов для повышения урожайности растений и для использования их в качестве биоагентов для контроля патогенных грибов, для улучшения плодородия почвы, для повышения урожайности растений

На основе м/о созданы препараты, которые используются в качестве биоудобрений, биологических средств защиты.

М/о способны повышать устойчивость растений к стрессу, фиксировать азот, переводить фосфор в доступную для растений форму, подавлять фитопатогенную микрофлору благодаря синтезу многих метаболитов и ферментов.

В сфере биотехнологии перспективным является использование м/о, которые могут повышать урожайность путём регулирования поставления в растения питательных веществ (прежде всего это касается азота и фосфора). Сейчас очень часто пользуются минеральными удобрениями.

Благополучие между растениями и м/о (вот этот их симбиоз) осуществляется по ряду принципов:

• 
  м/о присоединяются к корням растений и питаются теми органическими веществами, которые выделяются на корне
  
• 
  м/о выделяют ряд биологически активных веществ, которые помогают росту растений (фитогормоны – ауксины, гибберллины; витамины; сириефоры – для переноса железа)
  
• 
  присоединяясь к корням и листьям, м/о выделяют различные антибиотические вещества, ферментолитические вещества, которые подавляют рост фитопатогенных грибов, так защищают растения от заболеваний
  

Актуальность

• 
  От 60 до 90% азота, содержащегося в растениях (как в диких, так и культурных), является биологическим азотом, поступившим за счет деятельности м/о
  
• 
  Почвообитающие азотфиксирующие бактерии осуществляют фиксацию атмосферного
  

азота и трансформацию его в доступную для растений форму. Азотфиксирующие симбиотические бактерии снабжают таким образом бобовые растения, а свободноживущие азотфиксаторы обогащают им ризосферу небобовых растений

• 
  Коэффициент усвоения фосфора и минеральных удобрений в лучшем случае составляет 10-15%.
  

История открытия азотфиксирующих бактерий

• 
  Первое научное исследование способности бобовых растений накапливать азот принадлежит французскому ученому Дж. Буссенго (1838)
  
• 
  Русские ученые 19 века М.С. Воронин, П.С. Коссович, К.А. Тимирязев внесли большой
  

вклад в раскрытие причин, вызывающих обогащение почвы азотом при выращивании бобовых растений

• 
  С.Е. Виноградский выделил из почвы анаэробную бактерию Клостридиум пастеураниум,
  

которая фиксирует газообразный азот. Несколько позднее голландский исследователь М. Бейеринк открыл аэробную азотфиксирующую бактерию Азотобактер (увидел на клубнях бобовых растений тельца, которые позже выделил Бейеринк)

К таким клубеньковым бактериям относят: Ризобиум трифоли (бактерии клевера) и Ризобиум лупини (люпин)

Получение азотфиксирующих бактериальных препаратов.

В 1901 году Бейеринк выделил из почвы аэробную неспорообразующую грамотрицательную бактерию, фиксирующую молекулярный азот, и назвал ее Азотобактер хроококкум.

Клетки этой бактерии отличаются полиморфизмом, если клетки молодые, то они подвижные, имеют многочисленные жгутики

В старых культурах клетки азотобактера покрываются плотной оболочкой, образуя цисты. Они могут прорастать, давая начало молодым клеткам

Полиморфизм азотобактера зависит в значительной степени от состава среды, на которой он выращивается. На среде с этиловым спиртом (в качестве единственного источника углерода) азотобактер длительное время сохраняет подвижность и форму палочек. А то же время на многих других средах полиморфизм проявляется очень резко.

На плотных питательных средах, не содержащих азота, азотобактер образует крупные слизистые, иногда морщинистые колонии, окрашивающиеся при старении в желтовато-зеленоватый, розовый или коричневый цвет. Колониям разных видов азотобактера присуща вся специфическая пигментация.

К настоящему времени известен ряд видов азотобактера:

• 
  Азотобактер винеландии
  
• 
  Азотобактер хроококкум
  
• 
  Азотобактер нигриканс
  
• 
  Азотобактер галофилум
  

Источником азота для азотобактера могут служить разнообразные минеральные соединения (соли аммония, азотной кислоты) и органические соединения (мочевина, аминокислоты). Но если азотобактер развивается только за счет связанного в среде азота, он не выполняет своей основной функции – это фиксация молекулярного азота.

Азотобактер обычно фиксирует до 10-15 мг молекулярного азота на 1 г использованного источника углерода (глюкоза, сахароза). Эта величина сильно колеблется в зависимости от условий выращивания культуры, состава питательной среды, ее кислотности, температуры, аэрации.

Азотобактер хорошо усваивает углеводы (моно- и дисахара, полисахариды некоторые), органические кислоты, многоатомные спирты (глицерин).

Развитие азотобактера и фиксация им азота в значительной степени зависят от наличия в среде фосфора, кальция. Микроэлементы (бор,молибден, железо, марганец) необходимы азотобактеру для осуществления процесса фиксации азота.

Оптимальная для его развития область рН 7,2-8,2, но азотобактер способен развиваться и на средах с Рн от 4,5 до 9; кислая реакция среды неблагоприятно действует на его развитие

В отношении температуры азотобактер является типичным мезофильным организмом, с оптимумом развития около 25-30 град.

Бактерии образуют значительное количество биологически активных веществ (витамины группы В, никотиновую и пантотеновую кислоты, биотин, гиббереллин)

В первую фазу происходит инфицирование корневых волосков

Во вторую фазу интенсивно идет процесс образования клубеньков и заканчивается в период массового их образования

Нередко внедрение клубеньковых бактерий в корневые волоски продолжается уже после того, как клубеньки сформировались на корнях. Эта так называемая избыточная или дополнительная инфекция происходит, т.к. инфицирование волосков не прекращается длительное время. В более поздние сроки заражение клубеньки обычно размещаются ниже по корню

Условия образования симбиоза

Для развития клубеньков оптимальная влажность 60-70% от полной влагоёмкости почвы

Минимальная влажность почвы приблизительно равно 16% от полной влагоёмкости

Оптимальные температуры развития бобовых растений, образования клубеньков и азотфиксации не совпадают. Образование клубеньков может наблюдаться при температурах несколько выше 0 град, азотфиксация при таких условиях практически не происходит

Процесс азотфиксации происходит лишь при 10 град и выше. Максимальная азотфиксация ряда бобовых растений наблюдается при 20-25 град. Температура выше 30 град отрицательно влияет на процесс азотонакопления

Для разных видов и даже штаммов клубеньковых бактерий значения Рн среды несколько различно

Степень обеспеченности бобовых растений доступными формами минеральных соединений азота формами минеральных соединений азота определяет эффективность симбиоза

Калийные и особенно фосфорно-калийные удобрения существенно повышают продуктивность азотфиксации бобовыми растениями

Для симбиотической азотфиксации необходимы также магний, сера, железо Из микроэлементов особо отмечена роль молибдена и бора

На формирование клубеньков у бобовых растений большое влияние оказывает углеродный обмен растений

Большое внимание уделяется влиянию ризосферной микрофлоры на клубеньковые бактерии, которое может иметь как стимуляционный, так и антагонистический характер в зависимости от состава м/о ризосферы

Бактериальные препараты для защиты растений от фитопатогенов.

Важная роль в подавлении развития болезней принадлежит грибам-антагонистам. Грибы обладают широким спектром свойств – гиперпаразитизмом.

Метанообразующие бактерии.

1 стадия:

• 
  Углеводы, белки (сложные субстраты, которые должны расщепляться бактериями с хорошей ферментативной системой) подвергаются гидролизу с образованием низкомолекулярных веществ – спирты, жирные кислоты (в основном уксусная кислота). Уксусная кислота необходима для дальнейшего действия ацетогена.
  

Также на этой стадии образуется водород и СО2

• 
  Тут участвуют разнообразные м/о, которые относятся к аэробам, факультативным анаэробам и облигатным анаэробам (Клостридиум)
  
• 
  Среди целлюлозоразрушающих бактерий тут Бактероиды, также тут присутствуют маслянокислые, пропионовокислые, пектинразрушающие бактерии
  
• 
  Состав микрофлоры первой стадии определяется составом питательной среды 2 стадия:
  
• 
  На этой стадии происходит образование уксусной кислоты, водорода, углекислоты под воздействием облигатных ацетогенов. Среди ацетогенов как группа они расщепляют жирные кислоты (пропионовую кислоты и т.д), они образуют субстраты для 3 стадии
  
• 
  Идет тут гидрогенизация и дигидрогенизация
  

3 стадия:

• 
  Основная стадия
  
• 
  Происходит образование метана с участием метаногенов, способных трансформировать кислоты, водород в метан без внешних источников энергии
  
• 
  Это в основном реакции восстановления
  
• 
  Тут участвуют бактерии рода Метаносарцины
  

Получение молекулярного водорода с помощью хемотрофных и фототрофных бактерий. Биосенсоры и биоэлектроника.

Фототрофные микроорганизмы и перспективы их использование в биотехнологии.

Классификация, экология, морфология, культуральные и физиологобиохимические свойства фототрофных бактерий. Культивирование и перспективы их использования в биотехнологии.

Использование микроорганизмов для биологической очистки сточных вод.

Многие м/о в процессе жизнедеятельности выделяют красящие вещества – пигменты, они придают культуре цвет, по цвету мы можем судить тот или иной вид м/о.

Красные пигменты образуются некоторыми бактериями, актиномицетами. Наиболее яркий красный цвет выделяет бактерия Бактериум продигиОзум (продигиозин)

Желтые пигменты встречаются в культурах стафилококков, микрококков, сарцин, микробактерии

Синие пигменты выделяются бактериями сине-зеленого гноя – это бактериум пиоциАниум (пениционин), микробами синего молока – бактериум синцианиум (синцианин), актиномицетами вида Актиномицетос вилоцЕус (мецитин)

Черные и коричневые пигменты встречаются в культурах некоторых почвенных бактерий, например азотобактера и грибов

Группа бурых актиномицетов образует бурые пигменты меланоидного характера

Роль этих пигментов – это конкуренция в природе (пагубно влияют на грибы, другие м/о, это используется в качестве биологического агента против фитопатогенов, а также в фармацевтической промышленности)

Загрязнение поверхностных вод можно распределить на такие типы:

• 
  Механическое – повышение содержания механических примесей, свойственное в основном поверхностным видам загрязнений
  
• 
  Химическое – наличие в воде органических и неорганических веществ токсического и нетоксического действия
  
• 
  Бактериальное и биологическое – наличие в воде разнообразных патогенных м/о, грибов и мелких водорослей
  
• 
  Радиоактивные – присутствие радиоактивных веществ в поверхностных или подземных водах
  
• 
  Тепловое – выпуск в водоемы подогретых вод тепловых и атомных ЭС
  

По внешнему виду ил представляет собой черную или темно-коричневую жидкую массу, обладающую землянистым запахом. При отстаивании ил образует хлопья темного цвета или серого цвета. С биологической точки зрения, активный ил – это скопление бактерий, образовавших колонии – зооглеи (величина такой плетки бактерий до 3 мм)

В состав микроорганизмов ила изменяется в зависимости от условий культивирования, температуры, возможно влияние мутагенов сточной воды, но в основном бактериальный состав ила зависит от состава очищаемой сточной воды

Процесс очистки может быть осуществлен по:




Примеры количества бактерий в сточных водах жирных кислот


В этот порядок входят бактерии, окисляющие нитриты, например, НитрозомОнас, соединения серы (сульфомонас), многие виды Бактериум. К ним относят аммонификаторы Вактериум микоидэс (разлагают органические соединения). Доминирующими родами служат Псевдомонас и Алкалигенес

Индикаторами нарушения процесса очистки служат факультативные анаэробы рода Бациллус и Зооглоа. Также к индикаторам относят инфузории.

Наиболее изученным м/о, осуществляющим окисление аммонийного азота до нитритов, является Нитромонас эуропеа, в конце процесса очистки развивается большое кол-во хищных простейших, появляются низшие безпозвоночные