Основы технологии, процессы и аппараты биотехнологических производств

Как уже отмечалось, имеется целый ряд преимуществ производства органических продуктов биотехнологическими способами перед чисто химическими методами:

1. Многие сложные органические молекулы, такие, как белки и антибиотики, не могут практически быть синтезированы химическими способами;

2. Биоконверсия обеспечивает значительно больший выход целевого продукта;

3. Биологические системы функционируют при более низких температурах, менее высоких значениях рН (близких к нейтральному) и т. п.;

4. Каталитические биологические реакции намного специфичнее, чем реакции химического катализа;

5. Биологические процессы обеспечивают почти исключительно продукцию чистых изомеров одного типа, а не их смесей, как это часто бывает в реакциях химического синтеза.

Но вместе с тем биологические способы в сравнении с химическими методами обладают рядом явных недостатков:

1. Биологические системы могут легко быть загрязнены посторонней нежелательной микрофлорой.

2. Целевой продукт, синтезируемый биологическим способом, присутствует в довольно сложной смеси, что обусловливает необходимость разделения его от примеси ненужных веществ.

3. Биотехнологические производства требуют больших количеств воды, которую в итоге необходимо удалять, сбрасывая в окружающую среду.

4. Биопроцессы обычно идут медленнее в сравнении со стандартными

химическими процессами.

Любой биотехнологический процесс (лабораторный или промышленный) реализуют условно в три основных этапа. Первый из них – подготовительный (предферментация), когда необходимо выполнить все подготовительные работы (подготовка и стерилизация питательных веществ (субстрата для культивирования микроорганизмов-продуцентов), наработка (накопление) используемого продуцента, стерилизация и подготовка основного оборудования (реактора – ферментера). Второй этап – основной (ферментация) включает в себя стадию культивирования соответствующего микроорганизма-продуцента и накопления (наработки) целевого продукта. На третьем этапе – постферментационном осуществляется выделение и очистка целевого продукта.

Существует два основных подхода к интенсификации биотехнологических процессов, которые заключаются, с одной стороны, во внедрении новых высокопродуктивных биологических объектов (продуцентов), а с другой – в широком применении эффективных технологических приемов (технологических режимов), обеспечивающих максимально комфортные условия для их жизнедеятельности и накопления целевого продукта. Указанная цель достигается подбором подходящего сырья (субстрата для выращивания продуцента), разработкой наилучшей конструкции биореактора (ферментера), оптимизацией условий культивирования продуцента, обеспечением эффективного контроля за самим технологическим процессом, а, также усовершенствованием способов выделения и очистки целевого продукта.