Микробиологическая технология

Ключевые слова: микробиологическая технология, производство пищевого и кормового белка, бактериально-химическое выщелачивание металлов, обессеривание углей, повышение нефтеотдачи пластов. Раздел ЕГЭ: 3.9. Биотехнология, ее направления…



В настоящее время наиболее значительные практические достижения в биотехнологии связаны с микробиологической технологией. Она основана на искусственном культивировании специально выведенных штаммов микроорганизмов для промышленного получения антибиотиков, гормонов, витаминов, ферментов, кормовых белков и т. п.

Объекты микробиологической технологии

Клетки микроорганизмов, в первую очередь бактерий и одноклеточных грибов — дрожжей, представляют собой удобные объекты для микробиологической технологии. Эти одноклеточные организмы живут в разных условиях, быстро растут и размножаются, могут перерабатывать разнообразные продукты, вещества и материалы — молоко, нефть, мазут, уголь, целлюлозу и др.

Объекты микробиологической технологии: 1) культуры дрожжей; 2) молочнокислые бактерии; 3) болгарская палочка, используемая для производства йогурта; 4) колония пекарских дрожжей.

Интенсивному развитию микробиологической технологии способствовало открытие антибиотиков. В 1928 г. английский учёный Александер Флеминг обнаружил, что плесневый гриб-пеницилл вырабатывает вещество, убивающее болезнетворные бактерии. Это вещество было названо пенициллином, и его открытие стало началом эры антибиотиков в истории медицины. Однако первый штамм пеницилла оказался неудобным для промышленного разведения: гриб развивался на поверхности питательной среды и количество выделяемого антибиотика было незначительным. Благодаря селекционной работе, основанной на радиационном мутагенезе и искусственном отборе, учёным удалось создать штаммы пеницилла, продуктивность которых увеличилась в 10 тыс. раз по сравнению с исходной формой.

Производство белка, аминокислот и витаминов

Важное направление микробиологической технологии — производство пищевого и кормового белка. Для этого используют особые штаммы дрожжей. В специальных аппаратах — биореакторах — они разлагают растительное сырьё, главным образом солому, которая является отходом растениеводства. Скорость накопления такими дрожжами белка в 100 тыс. раз выше, чем у других организмов. С одного кубического метра биореактора за сутки получают 30 кг белка, что эквивалентно суточному приросту биомассы стада из 100 коров. Белок затем используется как биоактивная добавка в корма для сельскохозяйственных животных: крупного рогатого скота, свиней, кур и др.

Пищевые белки, полученные с помощью дрожжей, после пропитки специальными веществами, придающими им соответствующую форму, вкус, цвет и запах, могут применяться в питании человека. Таким способом уже созданы искусственные мясо, молоко, сыр, чёрная икра и другие продукты, которые могут быть рекомендованы для питания вегетарианцев и людей, страдающих ожирением. Пищевые белки добавляют также в малоценные продукты питания для повышения в них общего содержания питательных веществ и улучшения аминокислотного состава. С помощью культивируемых микроорганизмов производят также отдельные незаменимые аминокислоты, например глицин, метионин, лизин и витамины (В1, В2, В12, С, D). Их используют в качестве биоактивных добавок к продуктам питания и средств повышения устойчивости организма человека и сельскохозяйственных животных к различным заболеваниям, а также с целью профилактики авитаминозов.

В настоящее время получены штаммы дрожжей из рода Candida, способные синтезировать белок из углеводородов нефти, что позволяет применять их для биологической очистки водоёмов от промышленного загрязнения мазутом, бензином и другими нефтепродуктами.

Микробиологическая технология в промышленности

С участием некоторых микроорганизмов в горнодобывающей промышленности из малоценных руд успешно извлекают металлы, улучшают качество бурых и каменных углей, повышают нефтеотдачу пластов при нефтедобыче.

Ещё в XVI в. в Венгрии для получения меди добытую медную руду орошали водой. Этот простой технологический приём стал прообразом метода бактериально-химического выщелачивания металлов из руд, в котором используются тионовые бактерии, способные окислять серу и серосодержащие соединения. Основу процесса составляет окисление бактериями сульфидов меди, железа, цинка, олова, кадмия до сульфатов, хорошо растворимых в воде. Для жизнедеятельности тионовых бактерий необходимы кислород, ионы Fe2+, Fe3+ и кислая среда (pH = 2–3), что достигается насыщением отвалов сульфидной руды специально нагнетаемым воздухом, орошением раствором, содержащим серную кислоту и ионы железа. В таких условиях выщелачивающий раствор фильтруется через толщу руды и в результате микробиологических и химических процессов обогащается металлами.

В настоящее время технология бактериально–химического выщелачивания металлов из сульфидных руд освоена более чем на 20 горно–обогатительных предприятиях в разных странах мира. Ежегодно таким способом получают около 5 % всей мировой добычи меди. В ряде стран таким же способом извлекают из урансодержащей породы уран, необходимый для промышленности.

Микробиологическая технология применяется и для улучшения качества углей. Как бурые, так и каменные угли нередко содержат до 10—12 % серы. При сжигании углей она превращается в сернистый газ, который выбрасывается в атмосферу, где из него образуется серная кислота. Из атмосферы серная кислота выпадает на поверхность земли в виде сернокислотных дождей, наносящих огромный ущерб окружающей среде и здоровью человека. Тионовые бактерии используют для обессеривания углей, т. е. удаления из них соединений серы, представленных сульфидом железа — пиритом.

Микробиологический способ удаления сернистых соединений из углей принципиально не отличается от бактериально-химического выщелачивания металлов из сульфидных руд. Первые опыты, проведённые в 1959 г. в нашей стране, позволили с помощью тионовых бактерий удалить из углей до 20—30 % содержащейся в них серы, позднее американские учёные увеличили этот показатель до 50 %. По последним сообщениям, в лабораторных условиях удаётся снизить содержание серы в угле путём микробиологического выщелачивания почти до нуля. Такой способ является перспективным в качестве профилактической меры борьбы с загрязнением окружающей среды серосодержащими соединениями. Он позволяет повысить технологическую ценность углей и открывает возможности для попутного извлечения из них металлов.

Микроорганизмы используются и для повышения нефтеотдачи пластов при нефтедобыче. В настоящее время нефть, как известно, — основное энергетическое и химическое сырьё. Существующие в нефтедобывающей промышленности технологии позволяют извлекать только половину нефти, содержащейся в месторождениях. В связи с этим сейчас возрос интерес к поиску эффективных способов вторичной добычи нефти.

Впервые применять углеводородокисляющие и метанообразующие бактерии для повышения вторичной добычи нефти предложил в 1926 г. американский учёный М. Бекман. Через 20 лет в США были проведены первые лабораторные испытания, которые дали положительные результаты.

Использование бактерий для увеличения нефтеотдачи пластов основано на активации их геохимической деятельности в нефтяной залежи, куда они попадают вместе с закачиваемыми через скважины поверхностными водами. Здесь начинают идти процессы частичного разрушения нефти углеводород-окисляющими бактериями. Они сопровождаются накоплением углекислого газа, водорода и низкомолекулярных органических кислот, которые затем метанообразующие бактерии превращают в метан. Эти процессы приводят к разжижению нефти и повышению газового давления в нефтеносном пласте, что и влечёт за собой увеличение добычи нефти из скважины.


Это конспект по биологии для 10-11 классов по теме «Микробиологическая технология». Выберите дальнейшее действие:

Добавить комментарий

На сайте используется ручная модерация. Срок проверки комментариев: от 1 часа до 3 дней