Главная > Лук > II. Значение микробиологической промышленности


II. Значение микробиологической промышленности




М/п – новая отрасль, которая приобрела самостоятельное значение в 60-е годы под влиянием НТП. В настоящее время ее роль в промышленном производстве страны заметно возросла в связи с необходимостью интенсификации сельского хозяйства.

В структурном отношении – две основных группы производств, которые отличаются друг от друга по используемому сырью:

Производство кормовых белковых веществ (кормовые дрожжи) из углеводородного сырья .

Производство кормовых дрожжей из сырья растительного происхождения (гидролиз древесины и растительных отходов сельского хозяйства)

В состав микробиологии входят: предприятия гидролизной промышленности и химии органического синтеза. В одно целое их объединяют назначение выпускаемой продукции и характер технологического процесса.

Предприятия, использующие водородное сырье, ориентируется на центры нефтепереработки, что обусловлено высокой материалоемкостью производства. Для получения 1 тонны белка необходимо 2,5 тонны углеводородного сырья. Предприятия, ориентирующиеся на углеводородное сырье, размещаются соответственно в Поволжье, Волго-Вятском районе (Нижний Новгород).

Предприятия, ориентирующиеся на сырье растительного происхождения, получают кормовые дрожжи, взаимодействуя с предприятиями гидролизной промышленности, которая перерабатывает отходы лесопиления, пищевые отходы и отходы сельского хозяйства, например, кукурузную кочерыжку, подсолнечную лузу, рисовую и хлопковую шелуху. Гидролизные производства ориентируется на сырьевые базы, размещаясь вместе с лесопилением (Красноярск, Камск, Зима (Иркутская область), Архангельск, Волгоград) или комбинируются с целлюлозно-бумажным производством (Архангельск, Соликамск и Краснокамск – Пермская область).


Агропромышленный комплекс (АПК)

АПК России – это совокупность взаимосвязанных отраслей народного хозяйства, участвующих в производстве сельскохозяйственной продукции и доведении ее до потребителя. Его важнейшая задача – обеспечение страны продовольствием и сельскохозяйственным сырьем.

Состав и значение комплекса

В составе комплекса выделяют три группы отраслей, каждая из которых выполняет определенную функцию:

1. Сельское хозяйство , являющееся центральным зве­ном АПК;

2. Отрасли, обеспечивающиефункционирование АПК (производство оборудования для сельского хозяй­ства и перерабатывающей промышленности). Эта группа отраслей в настоящее время имеет наиболее важное значение для развития АПК, так как способствует механизации сельского хозяйства и повы­шению его эффективности;

3. Перерабатывающие отрасли , занимающиеся транспортировкой, заготовкой, хранением и переработкой сельскохозяйственной про­дукции. Значение этой группы отраслей также огромно, так как они способствуют сохранности продукции и поступлению ее к потребителю.

Структура АПК

Переработка, хранение и реализация сельскохозяйственной продукции
Пищевая промышленность Û Торговля, овощные базы и др. Û Легкая промышленность
­ ­
Транспортировка продукции с/х (транспорт)
Ý
Сельское хозяйство – ядро АПК
Растениеводство А) полеводство - зерновое хозяйство; - технические культуры; - кормовые культуры; - овощеводство; - бахчеводство; - картофелеводство. Б) садоводство В) виноградорство Животноводство А) скотоводство Б) свиноводство В) овцеводство Г) оленеводство Д) коневодство Е) птицеводство Ж) звероводство З) пчеловодство И) шелководство К) рыбоводство
Ý Ý Ý
Производство с/х машин и оборудования (машиностроение) Производство удобрений, биодобавок, ядохимикатов (химическая промышленность) Наука, управление, сельское строительство, мелиорация

Чтобы решить проблему обеспечения страны продовольствием и сельскохозяйственным сырьем все звенья АПК должны быть сбалансированы. Однако в нашей стране сложилась такая структура АПК, когда на долю Сельского хозяйства приходится почти 50% от общего объема производимой продукции (для сравнения в США – 15%, зато на долю перерабатывающих и сбытовых отраслей приходится 70%). Слабое развитие переработки, плохая транспортировка, хранение и сбыт приводят к огромным потерям. Например, потери картофеля и овощей «от поля до обеденного стола» достигают 40 – 45 %.

Отрасли, обеспечивающие функционирование АПК России не в полной мере отвечают современным требованиям. Так, например, уровень механизации в скотоводстве России составляет 70%; в картофелеводстве – 50%, а в овощеводстве – только 30%. За период с 1994 по 2004 год производство удобрений в России сократилось в 7 раз.

Сельское хозяйство.

Ведущей отраслью АПК является сельское хозяйство, которое отличается от остальных отраслей материального производства:

1. Сезонностью в производстве продукции. Суровые климатические условия России позволяют снимать только один урожай в год.

2. Большой зависимостью от природных условий ; Ареал наиболее благоприятных почвенно-климатических условий России охватывает центрально-черноземный район, Северный Кавказ, частично Поволжье, юг Урала и Сибири (см. рис 52, Дронов, стр.159).

3. Земля в с/х является одновременно предметом и средством труда. В сельском хозяйстве используется 222 млн. га, что составляет только 13% земельного фонда. При этом пашни занимают 126 млн га (8%). Невысокая доля сельскохозяйственных земель и пашни в структуре земельного фонда России объясняется суровыми климатическими условиями. Однако в расчете на душу населения эти показатели значительно превосходят показатели большинства европейских стран и Японии. (см. таб.35, Дронов, стр. 158).

Сельскохозяйственная специализация имеет ярко выраженный зональный характер , т.е. в каждой природной зоне выращивается определенный набор культур и развиты определенные направления животноводства.

Зона тундры и лесотундры – оленеводство, рыбоводство, звероводство, овощеводство в закрытом грунте;

Зона тайги – очаговое земледелие по долинам рек и в южных районах, молочное животноводство;

Зона смешанных лесов – озимая рожь, яровая пшеница, овес, ячмень, картофель, кормовые травы и корнеплоды, животноводство преимущественно молочного направления, птицеводство и свиноводство.

Лесостепная и степная зона – основные земледельческие зоны России (доля с/х угодий возрастает до 50 – 80 %, пашни – 35 – 60 %). Выращивается: озимая пшеница, кукуруза, подсолнечник, сахарная свекла, яровая пшеница (в восточных районах). Развиты садоводство и овощеводство, а в лесостепи картофелеводство. Животноводство более развито в зоне степей и имеет мясо-молочное направление. Имеется также птицеводство. По мере продвижения к югу в зону сухих степей большее развитие приобретает овцеводство.

Зона полупустынь и пустынь – поливное земледелие: хлопководство, виноградарство, садоводство, бахчеводство. В животноводстве – овцеводство, верблюдоводство.

Горные районы в сельскохозяйственном отношении представляют интерес только на юге страны, где развито горно-пастбищное животноводство.

Пригородное сельское хозяйство не имеет четких зональных признаков. Оно сложилось вокруг крупных городов, обеспечивая их население свежими и малотранспортабельными продуктами: молоком, мясом, яйцами, картофелем, овощами, ягодами.

Зональность в сельском хозяйстве России в первую очередь касается растениеводства. На животноводство природные условия влияют большей частью через кормовую базу.

Под влиянием природных условий в России сложились районы с разными условиями для развития сельского хозяйства. В настоящее время выделяют девять типов сельскохозяйственных районов России:

Оленеводческо-промысловый;

Лесопромысловый с очагами земледелия и животноводства;

Животноводческо-льно-зерновой с посевами картофеля и овощей;

Свекловично-зерновой с молочно-мясным животноводством;

Зерново-животноводческий с посевами технических культур;

Животноводческий (овцеводство) на полупустынных и пустынных пастбищах;

Животноводческий на горных пастбищах;

Плодоводческо-виноградорский с посевами овощей;

Пригородного сельского хозяйства.

Развитие сельского хозяйства может идти двумя путями: экстенсивным и интенсивным.

Если производство с/х продукции увеличивается за счет расширения площади посевов или количественного увеличения стада, то такое с/х называется экстенсивным.

Интенсивное хозяйство – это с/х, объем продукции которого растет в результате вложения больших агротехнических средств на единицу площади или выведения более продуктивных пород скота.

Для создания высокопродуктивного с/х проводится мелиорация.

Мелиорация земель – это совокупность работ по улучшению земель Она выступает в форме орошения, осушения, известкования почв и т.п. Наибольший эффект дает комплексная мелиорация, т.е. проведение нескольких видов мелиоративных работ.

Сельское хозяйство состоит из двух взаимосвязанных отраслей: растение­водства и животноводства, дающих соответственно 55 и 45 % сельскохозяйственной продукции.

Растениеводство (земледелие).

Природной основой его являются сельскохозяйствен­ные угодья, то есть земли, используемые в сельскохозяй­ственном производстве. Они составляют 13% всех земель (2,2 млн км 2).

К сельскохозяйственным угодьям относят:

Пашни (60%) – 132 млн га (8% от территории страны);

Пастбища (30%) – 65 млн га;

Сенокосы – 23 млн га

Сады и виноградники.

Основ­ная доля земель, используемых в сельскохозяйственном производстве (пашни), приходится на лесостепную (до 50% распашки территории) и степную зоны (более 60%). Паст­бища расположены в основном на севере страны, а также в зоне сухих степей и полупустынь (площадь до 73%).

Растениеводство в России включает:

полеводство (зерновое хозяйство; выращивание технических культур; выращивание кормовых культур; овощеводство; бахчеводство; картофелеводство);

садоводство;

виноградорство.

В структуре посевных площадей ведущая роль принадлежит зерновым культурам (более 50%), а также кормовым культурам (более 30%).

Зерновое хозяйство является ведущей отраслью растениеводства.

Важнейшей культурой зернового хозяйства является пшеница (более 50% сбора).

Основная часть посевных площадей, занятых этой культурой, находится под яровой пшеницей . Это пшеница более засухоустойчива, ее возделывают в условиях континентального климата, она отличается лучшими хлебопекарными качествами. Главные районы выращивания яровой пшеницы:

Юг Сибири и Урала;

Левый берег (степи) Поволжья;

Выращивают яровую пшеницу и в Нечерноземье.

Озимая пшеница более урожайна, чем яровая, но требовательна к почвам и более теплолюбива. Она выращивается лишь в европейской части страны:

Центрально-Черноземный район;

Правобережное Поволжье;

Северный Кавказ (здесь ее посевы совпадают с посевами кукурузы ).

Ценной зерновой культурой в России является рожь. Ржаной хлеб - вкусный и полезный продукт. Из ржи также готовят лучшие сорта спирта, получают крахмал. Рожь малотребовательна к почвам. Основные районы ее выращивания: Нечерноземная зона и лесостепи России).

Ячмень и овес являются преимущественно фуражными, т.е. кормовыми культурами. Ячмень – самая скороспелая и морозоустойчивая зерновая культура, дальше всех «идет» на север и выше всех в горы. Из ячменя получают ценную крупу (перловка), также он используется для изготовления пива и заменителя кофе.

Рис , выращиваемый в России, занимает самые северные в мире ареалы своего распространения в пойме Кубани и дельте Волги, а также на юге Дальнего Востока.

Просо – засухоустойчивая культура. Она распространена небольшими площадями

Гречиха плохо переносит засуху, ее основные районы – увлажненные земли Центрального Черноземья, Поволжья, Урала.

По производству зерновых и зернобобовых культур Россия занимает четвертое место в мире, уступая Китаю, Индии и США. Максимальный урожай этих куль­тур в нашей стране был в 1978 году (127 млн. тонн), а мини­мальный за последние 30 лет - в 1975 году (72 млн. тонн). Валовой сбор зерновых в России составляет около 100 млн. тонн (3% от мирового производства). При этом по производству ячменя, овса и ржи Россия занимает первое место в мире.

К техническим культурам относят масличные, волокнистые и сахароносные культуры, которые используются в виде сырья для отдельных отраслей про­мышленности. Эти культуры трудоемки, поэтому размеща­ются они компактно.

Наибольшее распространение среди технических культур в России получил подсолнечник. Подсол­нечник засухоустойчив, поэтому ареал его распространения – сухостепная и степная зоны (Центральное Черноземье, Северный Кавка­з).

Второй по значимости технической культурой России является сахарная свекла – единственная в условиях умеренного пояса культура – сырье для производства сахара. Это требовательная к теплу, плодородию и увлажнению почв. Основные районы ее выращивания - Центрально-Черноземный район (1/2 производства), Краснодарский край (1/3 производства), Башкортостан, Татарстан, Пензенская обл., Алтай.

Лен-долгунец – важнейшая волокнистая культура. Для его возделывания наиболее подходит влажный мягкий климат юга лесной зоны в европейской части России (Псковская, Тверская, Смоленская обл. и др.). Также лен выращивают на юге Сибири (Новосибирская обл., Алтайский край).

Как и подсолнечник, ценными масличными культурами являются горчица (Поволжье) и соя (юг Дальнего Востока).

Кормовые культуры – это растения, выращиваемые для скармливания с/х животным:

Кормовые травы (клевер, тимофеевка, люцерна, овсяница и др);

Корнеплоды (свекла, картофель и др.);

Зерновые.

Важнейшей кормовой культурой является картофель . Картофель одновременно выступает как один из наиболее употребляемых продуктов питания, а также техническая культура, из которой получают крахмал и спирт. Его выращивают повсеместно, но больше всего – в центральных районах европейской части. Западный макрорегион дает 90% производства картофеля.

Производство овощей сконцентрировано в основном в южных районах европейской части, а также вблизи крупных городов, где созданы специализированные и тепличные хозяйства.

Садоводство широко представлено на Северном Кавказе, а также Центральном и Центрально-Черноземном районах.

Возделывание бахчевых культур (арбузы и дыни) происходит в засушливых районах Нижнего Поволжья и Северного Кавказа.

Выращивание винограда практически не выходит за границы Северного Кавказа.

В Краснодарском крае и на Черноморском побережье Северного Кавказа развивается чаеводство и выращиваются цитрусовые .

Животноводство

К отраслям животноводства относят скотоводство, свиноводство, овцеводство, птицеводство, коневодство и оленеводство, а также звероводство, пчеловодство, шелководство и рыбоводство. Животноводство как производитель продуктов питания для населения распространено повсеместно, особое значение имеет товарное животноводство. Его размещение зависит от двух основных факторов:

Размещение кормовых баз (сенокосов, пастбищ, кормовых культур и др.);

Потребительский фактор.

От 60 до 80% себестоимости продукции животноводства составляют затраты на производство, хранение и расходование кормов. В зависимости от кормовой базы и природных условий существует животноводство стойловое, стойлово-пастбищное и отгонно-пастбищное.

Скотоводство (разведение крупного рогатого скота) дает самый большой объем продукции (2/5) и имеет, в зависимости от кормовой базы и пород животных, мясо-молочное, молочное и мясное на­правления . За период с 1990 по 2004 год поголовье крупного рогатого скота в России уменьшилось вдвое.

Молочное скотоводство , требующее сочных зеленых пастбищ, распространено в более увлажненной лесной зоне (Север и Северо-Запад Европейской части), а также в пригородных хозяйствах.

Для мясного направления пригодны и более засушливые пастбища, поэтому это направление скотоводства распространено в условиях сухой степной зоны (Европейский Юг, Урал, Поволжье, Сибирь).

Свиноводство (1/3 мяса) как и скотоводство за период с 1990 года уменьшилось вдвое. Оно наиболее распространено в зонах развитого зерноводства (степь и лесостепь Северного Кавказа, Центрального Черноземья и Поволжья), картофелеводства, а также в районах возделывания подсолнечника, так как жмых (отход мас­лобойного производства) используют как корм для свиней. На размещение свиноводства оказывает влияние и разме­щение крупных городов и центров пищевой промышлен­ности (использование отходов).

Овцеводство имеет большое народнохозяйственное значение, так как шерсть является ценным сырьем для текстильной промышленности. Овечью шерсть широко используют для производства трикотажных изделий, тканей, ковров. С одной овцы получают 4-6 кг шерсти ежегодно. Из овчин грубошерстных пород шьют дубленки, полушубки, тулупы. Кроме того, овцы дают различные продукты питания – мясо, жир, молоко, из которого делают брынзу. Размещение овцеводства в основном ориентировано на несочные корма, длинные переходы, круглогодичное содержание на горных пастбищах, поэтому районами овцеводства в России являются сухостепные, полупустынные или горные территории. Главное направление овцеводства России – тонкорунное (юг европейской части и Сибирь). Полутонкорунное овцеводство развито в лесной зоне европейской части страны и на Дальнем Востоке.

Овцы относятся к мелкому рогатому скоту. К этой же группе относят коз . Коз разводят в промышленных масштабах лишь на юго-востоке европейской части страны и горно-степных районах Сибири.

Птицеводство – одна из наиболее быстрых на отдачу отраслей животноводства. Промышленное производство куриного мяса налажено на крупных птицефабриках. Наибольшего развития оно достигло в главных зерновых районах России, а также вблизи крупных городов.

Оленеводство отличается многочисленным поголовьем оленей, которые используются в качестве тягловой силы, для получения мяса, молока и кож. Основными районами оленеводства являются северные районы России, особенно Сибири и Дальнего Востока, где располагаются значительные ягельные пастбища.

Коневодство развито на юге Урала, на Северном Кавказе. Оно играет важную роль как внутрихозяйственный транспорт (особенно при лесозаготовках), в развитии спорта, в качестве продуктов питания для тюркских народов.

Основные районы пчеловодства – Башкортостан, Северный Кавказ, Дальний Восток.

Пушное звероводство развито в Сибири, на Дальнем Востоке и в Северном экономическом районе.

В условиях всеобщего кризиса производства проблема обеспечения населения страны продуктами питания, а легкой промышленности - сырьем становится одной из самых насущных. Решение этой проблемы во многом будет зависеть от хода аграрной реформы, которая осуществляется в стране, и результатов перестройки всего агропромышленного комплекса. Суть аграрной реформы заключается в пе­реустройстве аграрного сектора на основе частной собственности на землю, в создании необходимых правовых предпосылок для развития земельного рынка и свободной конкуренции разных форм хозяйствования (фермерская, кооперативная, акционерная и др.). Структурная политика в отношении аграрного сектора должна быть направлена на техническую реконструкцию сельского хозяйства и перерабатывающих отраслей, что позволит снизить потери и увеличить количество готовой продукции, а также повысить качество потребляемых продуктов питания.

Пищевая и легкая промышленность – это перерабатывающие отрасли в составе АПК. Одновременно они входят в состав комплекса по производству товаров народного потребления и услуг . Значение этого комплекса отраслей огромно: они должны обеспечить потребности населения нашей страны в материальных благах и услугах. Состав комплекса очень сложен. В него включены отрасли, занимающиеся производством посуды, лекарств, игрушек, спортивного инвентаря и других продуктов.

Пищевая промышленность – основная перерабатывающая отрасль в составе АПК. Эта отрасль более тяготеет к АГП, чем к комплексу по производству товаров народного потребления и услуг. Основное назначение этой отрасли - производство продуктов питания. Пищевая промышленность включает в себя свыше 20 отраслей. На территориальную организацию этой отрасли сильно влияет сырьевой и потребительский факторы . По характеру используемого сырья и принципам размещения отрасли пищевой промышленности могут быть объединены в следующие три группы:

Отрасли, ориентированные на источники сырья - сахарная, маслосыродельная, молочноконсервная, масложировая, плодоовощная, рыбоконсервная, спиртовая, крохмально-паточная и другие. При размещении этих отраслей учитывают затраты сырья на единицу готовой продукции. Как правило, эти отрасли ориентируются на необработанное сырье , и на предприятиях этих отраслей идет высокий его расход (например, при производстве сахара отходы сахарной свеклы составляют 85 %). К тому же многие виды сырья не подлежат длительной транспортировке и хранению.

Отрасли, тяготеющие к местам потребления готовой продукции , - хлебопекарная, пивоваренная, кондитерская, сахарорафинадная, макаронная и другие. Предприятия этих отраслей, как правило, используют сырье, уже прошедшее первичную переработку или производят скоропортящиеся продукты, поэтому их размещают вблизи населенных пунктов.

Третья группа – отрасли, ориентирующиеся как на сырье, так и на потребителя . Это мясная, молочная и мукомольная отрасли.

Приближение пищевой промышленности к сырьевым базам и местам потребления готовой продукции достигается в некоторых отраслях с помощью специализации предприятий по стадиям технологического процесса: первичная обработка сырья размещается вблизи источников сырья, а производство готовых изделий - в центрах потребления. Такое разделение технологического процесса можно наблюдать в табачной, чайной и винодельческой отраслях.

Важной отраслью пищевой промышленности в России является рыбная, которая отличается особенностью сырьевой базы и технологических процессов. Первичная обработка улова рыбы осуществляется в открытом море на крупных плавучих рыбозаводах, а затем на рыбоперерабатывающих предприятиях, расположенных на берегу. 70% улова рыбы в России приходится на моря Дальнего Востока (Камчатская, Сахалинская области, Приморский край). Также рыбная промышленность стала отраслью специализации таких областей, как Мурманская, Архангельская, Калининградская, Астраханская. Крупными рыбными портами России являются Мурманск, Архангельск, Владивосток, Астрахань, Петропавловск-Камчатский.

Лидером по производству продукции пищевой промышленности является центральный экономический район (25%).

Важными направлениями развития пищевой отрасли являются:

Увеличение мощности действующих и строительство новых заводов по производству сахара (так как потребность в нем из отечественного сырья удовлетворяется лишь наполовину), мясных и колбасных изделий, растительного масла и других;

Техническая реконструкция действующих производств, так как велик износ оборудования на них;

Развитие специализированного транспорта, в том числе и рефрижераторного;

Строительство новых элеваторов, хранилищ и холо­дильников;

Увеличение производства тары и упаковки.


Легкая промышленность является одной из главных отраслей комплекса отраслей по производству товаров народного потребления. Она включает текстильную, швейную, кожевенную, обувную, трикотажную, меховую и ряд других отраслей (всего около 30). Эта промышленность связана производственными связями с отраслями других межотраслевых комплексов: от машиностроительного комплекса поступает оборудование, от химической промышленности - красители и искусственные волокна, от агропромышленного комплекса - хлопок, лен, шерсть, шкуры животных.

География размещения этой промышленности связана с ее особенностями :

а) предприятия легкой промышленности в небольшой степени загрязняют окружающую среду, поэтому они могут располагаться и в больших городах;

б) продукция легкой промышленности непосредственно влияет на уровень жизни людей, поэтому ее предприятия ориентированы к потребителю;

в) размеры предприятий легкой промышленности, как правило, невелики и не требуют больших затрат энергии и воды, что позволяет размещать их в районах, небогатых территориальными и энергетическими ресурсами;

г) легкая промышленность - трудоемкая отрасль, в которой заняты преимущественно женщины (около ¾ работающих), что позволяет полнее использовать трудовые ресурсы в районах размещения предприятий тяжелой индустрии.

Отрасли легкой промышленности, как и отрасли пищевой промышленности, в зависимости от потребительского и сырьевого факторов условно можно разбить на три группы:

Отрасли, ориентированные на потребителя (кожевенно-обувная, швейная, меховая);

Отрасли с ориентацией на сырье (предприятия по первичной переработке льна, шерсти, кожи);

Отрасли с одновременной ориентацией на потребителя и сырье (хлопчатобумажная, шерстяная, шелковая, трикотажная и др.).

Самой важной и крупной отраслью легкой промышленности является текстильная , которая производит различные виды тканей из натуральных и искусственных волокон. Широкое применение химической продукции (волокон, нитей, красителей и т.п.) несколько ослабляет зависимость этой промышленности от сельского хозяйства. Областью наибольшего сосредоточения предприятий текстильной промышленности были и остаются центральные районы России.

Хлопчатобумажная промышленность России почти на 100% использует привозное сырье. Главным районом хлопчатобумажной промышленности является Центральный район (Ивановская, Московская и Владимирская области). Среди других районов в данной отрасли выделяются Поволжье, Волго-Вятский район и Санкт-Петербург с Ленинградской областью. Сейчас эта отрасль переживает трудные времена в связи с разрывом традиционных поставок хлопка из среднеазиатских республик и конкуренцией со стороны дешевых импортных тканей.

Размещение льняной промышленности ориентировано на сырье, на главные районы льноводства – Центральный и Северо-Западный. Основные предприятия сосредоточены в пяти областях: Владимирской, Ивановской, Костромской, Ярославской, Смоленской.

Шерстяные ткани производят преимущественно в Центре (Москва и Московская область дают треть этих тканей в России) и в Поволжье (Ульяновская область). Здесь большое значение имеет исторический фактор, так как зародилась эта отрасль еще в 17 –ом веке.

В производстве шелковых тканей доля натуральных волокон ничтожна. Они производятся преимущественно из искусственных и синтетических волокон. Эта отрасль также зародилась в Центральном районе (Московская и Ивановская области), причем первоначально базировалась на привозном натуральном сырье.

Уровень развития легкой промышленности недостаточен. Состояние отраслей этой промышленности на современном этапе характеризуется спадом производства потребительских товаров. Основные причины кроются в разрыве хозяйственных связей между поставщиками сырья и производителями продукции, в отсталой материально-технической базе отрасли, в снижении спроса на дорогостоящую некачественную продукцию. Наладить производство продукции легкой промышленности, отвечающее современным требованиям, - главная задача на современном этапе, что позволит улучшить качество и увеличить ассортимент продукции отрасли, сделать ее конкурентоспособной относительно импортных товаров на внутреннем рынке страны.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

1. Основные этапы развития

1.1 Эвристический этап

1.2 Морфологический этап

1.3 Физиологический этап

1.4 Иммунологический этап

1.5 Молекулярно-генетический этап

Заключение

Введение

Микробиология (micros - малый, bios - жизнь, logos - учение) - наука, изучающая строение, функции, распространение и специфическую активность микроорганизмов (микробов). Большая часть этих организмов в диаметре не превышает 0,1 мм и поэтому невооруженным глазом невидима.

Микробы первыми заселили нашу планету, распространились во всех ее средах и, несмотря на исключительно малую величину, по массе протоплазмы значительно превосходят массу животных. Благодаря функционированию этих миниатюрных существ постоянно происходит круговорот веществ в природе, поддерживается жизнь растений и животных.

Длительная адаптация микробов к определенной среде обитания обусловила специфическую активность представителей микромира разных классов. В настоящее время их используют для обеззараживания газов при разработках каменного угля, для добычи цветных металлов, утилизации товарной упаковки, производства бумаги, очистки трубопроводов. Широкое применение микроорганизмы нашли в хлебопечении, виноделии, пивокурении, производстве молочнокислых продуктов, витаминов, лекарственных веществ, в производстве и консервировании кормов. Не случайно, поэтому большое значение придается всемирному развитию микробиологической промышленности.

1. Основные этапы развития

микробиологическая промышленность виноделие

Микробиология является довольно древней наукой, прошедшей длительный путь развития. Этот путь целесообразно разбить на 5 этапов, в зависимости от уровня и методов познания мира микробов: эвристический, морфологический, физиологический, иммунологический, молекулярно-генетический.

1.1 Эвристический этап

Связан с логическими и методическими приемами нахождения истины, т.е. эвристикой, чем с какими -- либо экспериментами и доказательствами. Мыслители того времени (Гиппократ, римский писатель Варрон и др.) высказывали предположения о природе заразных болезней, миазмах, мелких невидимых животных. Эти представления были сформулированы в стройную гипотезу спустя многие столетия в сочинениях итальянского врача Д. Фракасторо (1478-1553), высказавшего идею о живом контагии (contagium vivum), который вызывает болезни. При этом каждая болезнь вызывается своим контагием. Для предохранения от болезней им были рекомендованы изоляция больного, карантин, ношение масок, обработка предметов укусом. Таким образом, Д.Фракосторо был одним из основоположников эпидемиологии, т.е. науки о причинах, условиях и механизмах формирования заболеваний и способах их профилактики.

Однако доказательство существования невидимых возбудителей болезней стало возможным после изобретения микроскопа.

Приоритет в открытии микроорганизмов принадлежит голландскому натуралисту-любителю Антонио Левенгуку (1632 - 1723). Торговец полотном А. Левенгук увлекался шлифованием стекол и довел это искусство до совершенства, сконструировав микроскоп, позволивший увеличивать рассматриваемые предметы в 300 раз. Изучая под микроскопом различные объекты (дождевую воду, настои, зубной налет, кровь, испражнения, сперму), он наблюдал мельчайших «животных», которых он назвал «анималькулюсами». Свои наблюдения А. Левенгук регулярно сообщал в Лондонское королевское общество, а в 1695 г. обобщил в книге «Тайны природы, открытые Антонием Левенгуком».

Таким образом, с изобретением микроскопа начинается следующий этап в развитии микробиологии, получивший название морфологического.

1.2 Морфологический этап

Начался с изобретения микроскопа голландским натуралистом-любителем Антонио Левенгуком в начале XVIII века. Его открытия (микромира и возможности наблюдения за ним) легли в основу исследований, выполненных многими учеными в XVIII - XIX веках. Так, русский врач-эпидемиолог Д.С.

Самойлович - организатор борьбы с эпидемиями чумы, желая показать природу заражения человека чумой, заразил себя содержимым бубона, взятого от больного. К счастью, он, как и другие самоотверженные исследователи, заражавшие себя инфекционными заболеваниями (И.И. Мечников, Г.Н. Минх), остался жив. Разработанные Самойловичем мероприятия по дезинфекции и изоляции больных оказались весьма эффективными в борьбе с эпидемиями и получили широкую известность во всем мире.

Среди выдающихся отечественных ученых, внесших огромный вклад в микробиологию инфекционных болезней, выделяется микробиолог Д.К. Заболотный. Он является автором первого отечественного учебника «Основы эпидемиологии», одним из основателей Международного общества микробиологов и по праву считается основоположником эпидемиологии. Д.К. Заболотный всегда принимал участие в ликвидации возникающих эпидемий. Входя в состав русских противочумных экспедиций в страны Азии и Европы, он получил научные доказательства существовавшей гипотезы о природной очаговости этой болезни и о роли ее переносчиков - диких грызунов.

Большой вклад внес Д.К. Заболотный в изучение эпидемий холеры и организацию борьбы с ней. Им установлены пути заноса холеры, роль бациллоносительства в распространении заболевания, изучена биология возбудителя в природе и разработаны эффективные методы диагностики холеры. Работы Д.К. Заболотного легли в основу санитарно-гигиенических, профилактических и лечебных мероприятий по борьбе с заразными болезнями человека.

В 1883 г. русский хирург Н.Д. Монастырский путем заражения животных из их ран выделил возбудителя столбняка. В 1896 г. Бельгийский бактериолог Ван Э. Эрменгем открыл возбудителя тяжелой токсикоинфекции - ботулизма.

В 1892 г. русский физиолог растений Д.И. Ивановский открыл вирусы (микроорганизмы, проходящие через фильтры, задерживающие бактерии). Идеи Ивановского сыграли решающую роль в последующих блестящих успехах вирусологии: были открыты возбудители большинства вирусных болезней человека, животных, растений и микроорганизмов. Но как наука вирусология сложилась лишь после изобретения электронного микроскопа, благодаря которому было открыто до 1000 болезнетворных вирусов, в том числе вирус иммунодефицита человека (ВИЧ), вызывающий СПИД.

1.3 Физиологический этап

Связан с именем великого французского ученого Луи Пастера, который фактически стал основоположником медицинской микробиологии, иммунологии и биотехнологии. В течение 1857-1885 гг. он сделал множество открытий, каждое из которых в отдельности прославило его имя:

Ш опровергнул теорию самозарождения жизни;

Ш открыл явление анаэробиоза (бескислородной жизни);

Ш доказал, что брожение - не химический процесс и его вызывают микроорганизмы;

Ш разработал основы дезинфекции, асептики и антисептики;

Ш предложил средство предохранения от болезней - метод вакцинации.

Пастер стал великим организатором научных исследований в области микробиологии, основав в 1888 г. ныне знаменитый на весь мир Пастеровский институт, построенный в Париже на народные средства. Об уровне этого института можно судить не только по тому, что в нем в разное время работали такие выдающиеся русские ученые, как И.И. Мечников (лауреат Нобелевской премии за разработку теории фагоцитоза) и С.Н. Виноградский (основоположник почвенной микробиологии), но и по факту открытия ВИЧ одним из его ученых - Монтанье.

В этот период развития микробиологии были также заложены основные методические приемы работ с бактериальными культурами, разработаны способы их окраски анилиновыми красителями и микрофотографирования. Заслуга в этом принадлежит немецкому врачу Роберту Коху.

Кох открыл возбудителей холеры и туберкулеза(Mycobacterium tuberculosis). Возбудитель туберкулеза был назван палочкой Коха. Из него Кох получил препарат туберкулин, который хотел использовать для лечения больных туберкулезом. Однако на практике он себя не оправдал, зато оказался хорошим диагностическим средством и помог в создании ценных противотуберкулезных препаратов. Одним из таких препаратов явилась вакцина BCG, полученная французским микробиологом, учеником Пастера, Альбертом Капьметтом совместно с Шарлем Гереном. Кох и его ученики открыли также возбудителей дифтерии, столбняка, брюшного тифа, гонореи.

Развитие микробиологии тесно связано также с работами русских и советских ученых. Основоположником общей микробиологии в России следует назвать Льва Семеновича Ценковского (1822--1887), опубликовавшего свою работу "О низших водорослях и инфузориях», в которой установил близость бактерий и сине-зеленых водорослей. Он также создал вакцину против сибирской язвы, до настоящего времени успешно применяемую в ветеринарной практике.

1.4 Иммунологический этап

Илья Ильич Мечников (1845--1916) занимался вопросами медицинской микробиологии. Изучал взаимоотношения бактерии и «хозяина» и установил, что воспалительный процесс -- реакция организма на внедрившиеся микробы; разработал фагоцитарную теорию иммунитета. Мечников сформулировал общую теорию воспаления как защитную реакцию организма и создал новое направление в иммунологии -- учение об антигенной специфичности. В настоящее время оно приобретает все большее значение в связи с разработкой проблемы пересадки органов и тканей, изучения иммунологии рака.

Развитие микробиологии тесно связано с именем крупнейшего ученого, друга и соратника И. И. Мечникова Н. Ф. Гамалея (1859-- 1949). Всю жизнь он посвятил изучению инфекционных болезней и разработке мер борьбы с их возбудителями. Он открыл возбудителя холероподобного заболевания птиц, разработал вакцину против холеры человека и оригинальный метод получения оспенной вакцины. Гамалея первый описал лизис бактерий под влиянием бактериофага.

(Холерный вибрион) Он организовал первую в России станцию по прививкам против бешенства, принимал участие в ликвидации оспы. Н. Ф. Гамалея является не только одним из основоположников медицинской микробиологии, но и иммунологии и вирусологии.

Основоположником эпидемиологии считается д. К. Забологный (1866--1920). Он изучал чуму в Индии, Китае, Шотландии; холеру -- на Кавказе, Украине, в Петербурге. В результате им получены научные доказательства о роли диких грызунов как хранителей возбудителя чумы в природе. Им установлены пути заноса холеры, роль бациллоносительства в распространении заболевания, изучена биология возбудителя в природе и разработаны эффективные методы диагностики холеры.

С. Н. Виноградский (1856--1953) внес большой вклад в исследование физиологии серобактерий, нитрифицирующих и железобактерий; открыл хемосинтез у бактерий -- величайшее открытие ХIХ века. Виноградским изучены азотфиксирующие бактерии и открыт новый тип питания микроорганизмов -- автотрофизм. Ученый опубликовал более ЗОО научных работ, посвященных экологии и физиологии почвенных микроорганизмов. Его по праву считают отцом почвенной микробиологии.

Большой вклад в область технической микробиологии внесли В. Н. Шапошников Я. Я. Никитинский (1878--1941). Шапошников написал первый учебник по технической микробиологии, а труды Никитинского и его учеников положили начало развитию микробиологии консервного производства и холодильного хранения скоропортящихся пищевых продуктов.

Экологическое направление в микробиологии успешно развивалось Б. Л. Исаченко (1871--1948). Всеобщую известность приобрели его работы в области водной микробиологии. Он впервые исследовал распространение микроорганизмов в Северном Ледовитом океане и указал на их роль в экологических процессах и в круговоротах веществ в водоемах.

Ведущая роль в изучении изменчивостей микроорганизмов принадлежит работам Г. А. Надсона (1867--1940). Он впервые выделил в чистую культуру и исследовал зеленую бактерию, а также взаимоотношения между микроорганизмами (антагонизм, симбиоз). Научный интерес представляют работы ученого об участии микроорганизмов в круговоротах железа, серы и кальция. Он впервые указал на перспективы развития геологической микробиологии. Надсон допускал возможность сохранения жизнеспособности микроорганизмов в космосе, подчеркивая значение лучей короткой волны в изменении их наследственности и таким образом заложил основу космической микробиологии.

В иммунологический период развития микробиологии был создан ряд теорий иммунитета:

гуморальная теория П. Эрлиха, фагоцитарная теория И. И. Мечникова, теория идиотипических взаимодействий Н. Ерне гипофизарно-гипоталамо-адреналовая теория регуляции иммунитета П. Ф. Здродовского и др. Однако наиболее приемлемой для объяснения многих явлений и механизмов иммунитета остается клонально-селекционная теория, созданная австралийским иммунологом Ф. Бернетом (1899.1986). Американский ученый С. Танегава разработал генетические аспекты этой теории.

Особенно бурное развитие получили микробиология и иммунология в 50-60-е годы нашего столетия. Этому способствовали следующие причины:

Важнейшие открытия в области молекулярной биологии, генетики, биоорганической химии;

Появление таких новых наук, как генетическая инженерия, биотехнология, информатика;

Создание новых методов и научной аппаратуры, позволяющих глубже проникать в тайны живой природы.

1.5 Молекулярно-генетический

Таким образом, с 50-х годов в развитии микробиологии и иммунологии начался молекулярно-генетический период, который характеризуется рядом принципиально важных научных достижений и открытий. К ним относятся:

Ш расшифровка молекулярной структуры и молекулярно - биологической организации многих вирусов и бактерий; открытие простейших форм жизни «инфекционного белка» приона;

Ш расшифровка химического строения и химический синтез некоторых антигенов.

Ш Например, химический синтез лизоцима, пептидов вируса СПИДа (Р.В.Петров, В. Т. Иванов);

Ш открытие новых антигенов, например опухолевых (Л. А. Зильбер и др.), антигенов гистосовместимости (HLA-система);

Ш расшифровка строения антител-иммуноглобулинов;

Ш разработка метода культур животных и растительных клеток и их выращивания в промышленных масштабах с целью получения вирусных антигенов;

Ш получение рекомбинантных бактерий и рекомбинантных вирусов. Синтез отдельных генов вирусов и бактерий. Получение рекомбинантных штаммов бактерий и вирусов, сочетающих свойства родительских особей или приобретающих новые свойства;

Ш создание гибридом путем слияния иммунных В-лимфоцитов. продуцентов антител и раковых клеток с целью получения моноклональных антител [Келлер Д., Милынтейн Ц., 1975];

Ш открытие иммуномодуляторов. иммуноцитокинов (интерлей-кины, интерфероны, миелопептиды и др.). эндогенных природных регуляторов иммунной системы и их использование для профилактики и лечения различных болезней;

Ш получение вакцин (вакцина гепатита В, малярии, антигенов ВИЧ и других антигенов), биологически активных пептидов (интерфероны, интерлейкины, ростовые факторы и др.) с помощью методов биотехнологии и приемов генетической инженерии;

Ш разработка синтетических вакцин на основе природных или синтетических антигенов и их фрагментов, а также искусственного носителя адъюванта (помощника) стимулятора иммунитета;

Ш изучение врожденных и приобретенных иммунодефицитов, их роли в иммунопатологии и разработка иммунокорригирующей терапии. Открытие вирусов, вызывающих иммунодефициты;

Ш разработка принципиально новых способов диагностики инфекционных и неинфекционных болезней (иммуноферментный, радиоиммунный анализы, иммуноблоттинг, гибридизация нуклеиновых кислот). Создание на основе этих способов тест-систем для индикации, идентификации микроорганизмов, диагностики инфекционных и неинфекционных болезней (опухоли, сердечно-сосудистые, аутоиммунные, эндокринные и др.), а также выявления нарушений при некоторых состояниях (беременность, переливание крови, пересадка органов и т.д.)

Перечислены только наиболее крупные достижения молекулярно-генетического периода в развитии микробиологии и иммунологии. За это время был открыт ряд новых вирусов (возбудители геморрагических лихорадок Ласса, Мачупо; вирус, вызывающий СПИД) и бактерий (возбудитель болезни легионеров); созданы новые вакцинные и другие профилактические препараты (вакцины против кори, полиомиелита, паротита, клещевого энцефалита, вирусного гепатита В, полианатоксины против столбняка, газовой гангрены и ботулизма и др.), новые диагностические препараты.

Большой вклад в развитие микробиологии и иммунологии в этот период внесли зарубежные (Ф. Вернет, Д. Солк, А. Сэбин, Д. Села, Г. Эдельман, Р. Портер, Д. Келер, Ц. Милыитейн, Н. Ерне, С. Тонегава и др.) и отечественные (А. А. Смородинцев, В. Д. Тимаков, П. Ф. Здродовский, Л. А. Зильбер, В. М. Жданов, Г. В. Выгодчиков, 3. В. Ермольева, М. П. Чумаков, Р. В. Петров, П. Н. Косяков и др.) ученые.

Заключение

Благодаря развитию микробиологии установлена этиология и изучен патогенез большинства инфекционных болезней растений, животных, человека. Микробиология явилась колыбелью иммунологии. Современная иммунология не только обогатила арсенал специфических средств диагностики, профилактики инфекционных болезней, но и позволила четко сформулировать представление о механизмах поддержания гомеостаза с учетом межорганизменных связей и генеалогических аспектов эволюции живой природы.

Мир микробов обширен. В него включены одноклеточные простейшие, сине-зеленые водоросли, микроскопические грибы, актиномицеты, бактерии, микоплазмы, риккетсии и вирусы. Углубленное изучение микробов различных классов привело к формированию в пределах микробиологии таких самостоятельных наук, как бактериология, микологи, вирусология, риккетсиология, микоплазматология и т.п. Каждая из них детализирует наши знания биологии и роли определенного микрообъекта. Вместе с тем в зависимости от задач микробиология подразделяется на общую и отраслевые науки. Общая микробиология изучает общие функционально-морфологические закономерности микромира, тогда как отраслевые науки исследуют преимущественно прикладную роль микроорганизмов, Например, промышленная микробиология изучает технологические аспекты использования микробов в народном хозяйстве, сельскохозяйственная микробиология исследует роль микробов преимущественно в растениеводстве, медицинская и ветеринарная микробиологии изучают в основном значение микробов в патологии человека и животных, а, следовательно, и разрабатывают меры борьбы с возбудителями болезней.

Список использованной литературы

1. Гусев М.В., Л.А. Мишеева. Микробиология: учебник для студ. Биол. Специальностей вузов. - М.:Академия, 2008.- 8-е изд., стер. - 464с.

2. Емцев В.Т. Микробиология: учебник. - М.: Дрофа, 2005.- 444с.

3. Ленгелер Й., Древс Г., Шлегель Г. Современная микробиология. Прокариоты. - М.:Мир, 2005. - в 2-х томах.

4. Медицинская микробиология / Под ред. В.И. Покровского, О.К. Поздеева. - М.:Мир, 1998

5. Никитина Е.В. Микробиология / Е.В. Никитина, С.Н. Киямова, О.А. Решетник. - СПб:ГИОРД, 2009. - 360с.

6. Нетрусов А.И., Котова И.Б. Микробиология. - М.:Академия, 2006. - 352с.

7. Ручай Н.С., Конев С.В. Биохимия и микробиология: Учебное пособие для вузов. - М.: Экология, 1992. - 240с.

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

    Методы изучения морфологии микроорганизмов. Правила работы в микробиологической лаборатории. Микроскопия в светлом поле. Установка света по Келеру. Изображения фиксированных препаратов, полученные в результате исследования метода изучения морфологии.

    лабораторная работа , добавлен 14.05.2009

    Организация лабораторной микробиологической службы. Принципы микробиологической диагностики инфекционных заболеваний. Методы выделения и идентификации бактерий, вирусов, грибковых инфекций, простейших.

    реферат , добавлен 05.05.2006

    Исторические сведения об использовании заквасок в молочной промышленности. Выделение чистых культур молочнокислых бактерий и определение их производственной ценности. Способы приготовления и применение заквасок, микробиологический контроль их качества.

    курсовая работа , добавлен 14.12.2010

    реферат , добавлен 24.11.2010

    Пробиотики как непатогенные для человека бактерии, обладающие антагонистической активностью в отношении патогенных микроорганизмов. Знакомство с особенностями пробиотических лактобацилл. Анализ кисломолочных продуктов с пробиотическими свойствами.

    реферат , добавлен 17.04.2017

    Биотехнология, её направления: генная инженерия, клонирование. Роль клеточной теории в становлении биотехнологии. Значение биотехнологии для развития селекции, сельского хозяйства, микробиологической промышленности, сохранения генофонда планеты.

    презентация , добавлен 02.10.2011

    Исследование возможности и процессов адаптации микроорганизмов в экстремальных условиях космоса при анализе характеристик их жизнеспособности и пластичности. Физиологические процессы микроорганизмов в космосе. Проблемы микробиологической безопасности.

    реферат , добавлен 10.12.2010

    Типичные процессы брожения. Краткая характеристика микроорганизмов-возбудителей. Микрофлора плодов и овощей, зерномучных продуктов, стерилизация баночных консервов. Основные виды микробиологической порчи. Понятие и способы дезинфекции. Санитарный надзор.

    контрольная работа , добавлен 26.10.2010

    Исторические сведения об открытии микроорганизмов. Микроорганизмы: особенности строения и форма, движение, жизнедеятельность. Строение клетки, доклеточные формы жизни – вирусы. Экология бактерий, селекция микроорганизмов, их распространение в природе.

    реферат , добавлен 26.04.2010

    Изучение предмета, основных задач и истории развития медицинской микробиологии. Систематика и классификация микроорганизмов. Основы морфологии бактерий. Исследование особенностей строения бактериальной клетки. Значение микроорганизмов в жизни человека.

О.В.Мосин

Любое производство начинается с сырья. Общий объем биотехнологической продукции в мире измеряется в миллионах тонн в год. В микробиологической промышленности наибольшая доля сырья (более 90 %) идет на производство этанола. Производство хлебо­пекарных дрожжей требует 5 % расходуемого в микробиологиче­ской промышленности сырья, антибиотики - 1,7 %, органические кислоты и аминокислоты - 1,65 %.

Ферментная биотехнология является крупным потребителем крахмала, так как только одной фруктозной патоки производится свыше 3,5 млн в год. С точки зрения экономики, сырье в биотехнологических производствах, особенно в крупнотоннажных, занимает первое место в статьях расходов и составляет 40-65 % общей сто­имости продукции (рис. 4.1). При тонком биосинтезе доля сырья в общей себестоимости продукции уменьшается.

Питательный субстрат, или питательная среда, является сложной трехфазной системой, содержащей жидкие, твердые и газооб­разные компоненты. Много ферментов расположено на поверхно­сти клетки или выделяется в окружающую среду. Кроме того, зна­чительная часть продуктов биосинтеза после экскреции из клеток накапливается в среде. Некоторые промежуточные метаболиты служат резервным питательным фондом, которым клетка пользует­ся после истощения основных источников питания. Существует тесное взаимодействие между культивируемым биообъектом и фи­зико-химическими факторами среды. С одной стороны, эти факто­ры (рН, осмотическое давление и др.) контролируют рост клеток и биохимическую активность продуцентов. С другой сторо­ны, химический состав и физико-химические свойства среды посто­янно меняются в результате жизнедеятельности самих клеток. Эти обсто­ятельства заставляют рассматривать ферментируемый субстрат как продолжение внутренней среды клетки. Во время ферментации формируется совокупность субстрата и биообъекта.

Сырье для микробиологической промышленности Сырьевые ресурсы Земли

В принципе, микроорганизмы способны ассимилировать любое органическое соединение, поэтому потенциальными ресурсами для микробиологической биотехнологии могут служить все мировые запасы органических веществ, включая первичные и вторич­ные продукты фотосинтеза, а также запасы органических веществ в недрах Земли.

Но, к сожалению, каждый конкретный вид микроорганизмов, используемый в биотехнологии, весьма избирателен к питательным веществам, и органическое сырье (кроме лактозы, сахарозы и крахмала) без предварительной химической обработки малопригодно для микробного синтеза. Тем не менее целлюлозосодержащее сырье после химического или ферментативного гидролиза и очистки от ингибирующих или балластных примесей (фенол, фур­фурол, оксиметилфурфурол и др.) может быть использовано в био­технологическом производстве. Каменный уголь, природный газ и древесина могут служить сырьем для химического синтеза техниче­ских спиртов или уксусной кислоты, а последние, в свою очередь, являются отличным сырьем для микробиологической промышлен­ности..

Из органического сырья наибольшее внимание биотехнологов привлекает крахмал, хотя для его ассимиляции микроорганизмами требуется сложный комплекс амилолитических ферментов, которым владеют только некоторые виды микроорганизмов (например, грибы рода Aspergillus, бактерии Вас. subtilis и др.)- Много крах­мала расходуется для производства этанола, а также для изготов­ления фруктозных сиропов. Из-за того, что мировые запасы крахмалосодержащего в нашей стране ограничены, целесообразно использовать для целей биотехнологии мелассу, глюкозное сырье, метанол и этанол.

При выборе сырья учитывают не только физиологические потребности выбранного продуцента, но и стоимость сырья (табл. 1).

Таблица 1. Стоимость основного микробиологического сырья

Традиционные источники углерода

Углеродсодержащее сырье является основным сырьем микробного синтеза. Наиболее широко применяемые в производственных условиях источники углерода перечислены в табл. 2. Большинство микроорганизмов хорошо ассимилирует углеводы. При катаболизме большое значение имеют строение углеродного скелета молекул (прямой, разветвленный или циклический) и степень окисления углеродных атомов. Легкодоступными счита­ются сахара, особенно гексозы, за ними следуют многоатомные спирты (глицерин, маннит и др.) и карбоновые кислоты.

До недавнего времени существовало мнение, что органические кислоты малодоступны для большинства микроорганизмов, однако на практике довольно часто встречаются микроорганизмы, успешно утилизирующие органические кислоты, особенно в анаэробных условиях.

Низкомолекулярные спирты (метанол, этанол) можно отнести к числу перспективных видов микробиологического сырья, так как их ресурсы существенно увеличиваются благодаря успешному развитию технологии химического синтеза. Многие дрожжи родов Candida, Hansenula, Rhodosporidium, Endomycopsis и др. способны ассимилировать этанол. Дрожжи родов Pichia, Candida, Torulopsis и др. и бактерии, принадлежащие родам Methy-lomonas, Protaminobacter, Flavobacterium и др., используют в качестве единственного источника углерода метанол и образуют биомассу с высоким содержанием белков (60-70%).

В 1939 г. В. О. Таусоном была установлена способность разных видов микроорганизмов использовать в качестве единственного источника углерода и энергии н-алканы и некоторые фракции нефти. Отличительной особенностью углеводородов по сравнению с другими видами микробиологического сырья являет­ся низкая растворимость в воде. Этим объясняется тот факт, что только некоторые виды микроорганизмов в природе способны ассимилировать углеводороды. Максимальная растворимость н-алканов в воде около 60 мл/л при длине молекул от С2 до С4, но при увеличении цепи растворимость снижается.

Таблица 2. Источники углерода, применяемые для микробного синтеза

Субстрат

Характеристика

Кристаллическая глю­коза

Техническая сахароза Техническая лактоза

Крахмал Уксусная кислота

Спирт этиловый синте­тический

Узкая фракция жид­кого парафина

99,5 %

Сахарозы не менее

Лактозы не менее

РВ не менее 70 % в пересчете на СВ

СВ не менее 80 %

Уксусной кислоты не менее 60 % Этанола не менее 92%

н-Алканов 87-93 %

Содержит до 9 % воды, до 0,07 % зольных веществ, в том числе же­леза не более 0,004 % Влажность до 0,15 %, зольных ве­ществ не более 0,03 % Влажность до 3 %, зольных ве­ществ не более 2 % и 1 % молоч­ной кислоты

Сиропообразная жидкость, РВ представлены главным образом глюкозой, зольных веществ до 7 %, рН 4,0

Зольных веществ Q.-35-1,2 % в пе­ресчете на СВ (Содержит формальдегид и до 1,0 % муравьиной кислоты Содержит до 0,21 % изопропилового спирта и до 15 мг/л органиче­ских кислот

Содержит до 0,5 % ароматических углеводородов и до 0,5 % серы

Побочные продукты производства

Многие ценные виды побочной продукции раньше считались отходами производства. В канализацию спускали воду после замачива­ния кукурузных зерен при их переработке в крахмал и глюкозу. Теперь эту воду упаривают, получая экстракт, и используют в микробиологической промышленности. Успешно используют отхо­ды химического производства (смесь карбоновых кислот - ян­тарной, кетоглутаровой, адипиновой) и др.; сульфитный щелок, зерновую и картофельную барду, мелассу, гидрол и т. д.

Таблица.3. Химический состав свекловичной мелассы

Наименование

Наименование

Сухое вещество 75-77

Зольность 6,6 - 7,5

Сахароза 45

в том числе:

Инвертный сахар 0,5 - 1,2

К 2 О 2,5-3,5

Раффиноза 0,5-1,0

Сбраживаемые са- 46 - 48

50 СаО 0,5-0,8

хара (суммарное

количество)

общий 1,1 - 1,5

Коллоиды 3 - 4

Доброкачествен- 62 - 65

65 до гидролиза 0,2-0,35

после гидро- 0,5 - 0,6

Лизин 41 Алании

Гистидин 24 Цистин

Аргинин 26 Валин

Аспарагиновая кислота 251 Метионин

Треонин 41 Изолейцин

Следы 89 120

Комплексное использование всей побочной продукции производства далеко от совершенства. В нашей стране ежегодно оста­ется неиспользованной или нерационально используется около 1 млн т лактозы, содержащейся в сыворотке и пахте. В США из всего количества молочной сыворотки, образующейся при про­изводстве сыра (ежегодно 20 млн т), половина теряется со сточными водами. В то же время известно, что из 1 т сыворотки мож­но получить около 20 кг сухой биомассы дрожжей. Кроме того, из сепарированной бражки можно выделить допол­нительно около 4 кг протеина. Нерационально используется кар­тофельный сок, выделяемый из картофеля при производстве крахмала, а также альбуминное молоко, получаемое из сыворотки.

В микробиологической промышленности широко применяются меласса и гидрол - побочный продукт производства глюкозы из крахмала. Меласса характеризуется высоким содержанием сахаров (43-57%), в частности сахарозы (табл. 3).

В микробиологической промышленности используется ряд других побочных продуктов (табл. 4). В дальнейшем необходи­мо учесть потенциальные возможности постоянно возобновляю­щихся сырьевых ресурсов - первичных продуктов фотосинтеза, в первую очередь гидролизатов древесины и депротеинизированного сока растений.

Таблица 4. Побочные продукты, используемые в микробиологической промышленности в качестве основного сырья

Сульфитный щелок Картофельная барда Зерновая барда

Солодовое сусло Молочная сыворотка

Депротеинизирован-ный сок растений

Депротеинизирован-ный картофельный сок

Гкдролизат древесных отходов

торфа

Гидролизат (упаренный)

Пшеничные отруби

СВ 4,0-4,5 %, в том числе РВ 3,3-3,5 % СВ 4,3-4,5 %, в том числе РВ 2,0-2,2 % СВ 7,3-8,1 %, в том числе РВ 2,5-2,9 % СВ 76-78 %, в том числе сбраживаемых Сахаров 50%

СВ 15-20 %, в том числе РВ (мальтоза, декстрины) 8-12 %, витамины СВ 6,5-7,5 %, в том числе лактозы 4,0-4,8 %, белков 0,5-1,0%, жиров 0,05- 0,4 %, витамины СВ 5-8 %, в том числе РВ 0,8-2,0 %, аминокислоты, витамины

СВ 4-5 %, в том числе РВ 0,5-1,0 %, витамины, ами­нокислоты

СВ 6-9 %, в том числе РВ 3-4 %, органических кис­лот 0,3-0,4 % СВ 48-52%, в том числе РВ 26-33 % (галактоза, глюкоза, манноза, ксилоза, рамноза); гуминовые веще­ства

СВ 90-92 %, в том числе экстрактивных веществ 48-50%, крахмала 25- 30%, белков 11 - 13%, жиров 2,5-3,0 %, целлю­лозы 15-17 %

кормовых

Производство

дрожжей То же

Производство дрожжей, антибиотиков, этанола

Выращивание дрожжей, бактерий, микромицетов

Получение дрожжей, эта­нола, лактанов

кормовых

Выращивание дрожжей

Производство хлебопекар­ных дрожжей, антибиотиков

Получение кормовых дрож­жей

Производство ферментов

Источники минерального питания

Азот. В бактериальных клетках азота до 12 % в пересчете на сухую биомассу, в мицелиальных грибах - до 10%. Микроорганизмы могут использовать как органические, так и неорганиче­ские источники азота. Известно, что бактерии более требователь­ны к источникам азота, чем большинство микромицетов, актиномицетов и дрожжей. У клеток животных и растений особые тре­бования к источникам азота. Продуктивность по биомассе в за­висимости от источника азота не всегда совпадает с продуктив­ностью целевого метаболита и зависит также от условий культи­вирования (табл. 5). При выращивании биомасс

Таблица 5. Влияние минеральных источников азота на рост биомассы и биосинтез лимонной кислоты мутантом A . niger при поверхностном и глубинном культивирования (Р. Я- Карклиньш)

Источник азота

Поверхностное культивиро­вание

Глубинное культивиро­вание

Лимонная кислота, г/л

Лимонная кислота, г/л

(NH,) 2 SO 4 6,2 (NH 4) 2 HPO 4 4,2 NH 4 C1 5,5 KNO 3 5,0

12 15 14 11 9 15

95 101 30 30 88

Ca(NO 3) 2 3,5 NH.CONHs 6,9

в концентрации 30-40 г/л потребность в добавках азотсодержащих солей обычно не превышает 0,3-0,4 % от объема среды. В периоди­ческих режимах культивирования потребление азота заканчива­ется в первые 6-12 ч роста (в первой половине экспоненциаль­ной фазы). При направленном биосинтезе азотсодержащих мета­болитов потребность в азоте существенно возрастает.

Большинство дрожжей хорошо усваивает аммиачные соли -сульфат аммония, фосфат аммония, а также аммиак из водного раствора. Соли азотной кислоты не всегда хорошо усваиваются. Только некоторые виды дрожжей испытывают потребность в нитратах. Часто источником азота в состав сред включают мочевину. При направленном биосинтезе, например, целлюлолитических ферментов грибом Peniophora gigantea наивысшая биохимиче­ская активность клеток наблюдается на средах с органическим азотом (аспарагин, пептон и др.).

Другие минеральные соли. Фосфор, как известно, входит в состав нуклеиновых кислот, фосфолипидов и других важных компонентов клетки. Иногда фосфор накапливается в ней в виде полифосфатов. Небольшая часть усвоенного фосфора существует в форме макроэргических соединений - АТР.

Фосфор является важным компонентом клетки. Микроорганизмы нуждаются еще в 10 минеральных элементах, но в значи­тельно меньших количествах (10~ 3 - 10~ 4 М). Повышенная по­требность микроорганизмов в микроэлементах возникает, если целевой метаболит содержит микроэлемент. Так, при биосинтезе витамина В]2 в состав питательной среды включают кобальт; молибден и бор стимулируют биосинтез тиамина в клетках клубеньковых бактерий; медь присутствует в ряде ферментов, перенося­щих электроны от субстрата к кислороду.

Минеральный состав питательной среды формирует распределение электрических зарядов на поверхности клеток. Обычно клетки микроорганизмов имеют отрицательный потенциал (16- 20 мВ). При добавлении в среду электролитов он снижается, и тем сильнее, чем выше валентность добавляемого противоиона. Увеличение содержания К + или Na + до 500 мг/л уменьшает величину потенциала клеток до 10-12 мВ. Введение в среду 60- 80 мг/л Са 2+ , Fe 2+ или Си 2+ , равно как и 5 мг/л Аl +3 , может привести клетки в электронейтральное состояние. В отличие от бактерий дрожжи и мицелиальные грибы не перезаряжаются и не приобретают положительный потенциал. Изменение электриче­ского потенциала клеток может изменить их физиологическую деятельность, воздействовать на селективность клеточной мем­браны, вызвать флокуляцию или флотацию клеток.

Комплексные обогатители сред

Микроорганизмы лучше растут в присутствии витаминов, аминокислот, цитокининов и других биологиче­ски активных веществ. С наступлением эры антибиотиков и в связи с широким применением микроорганизмов в промышленно­сти остро встал вопрос об экономически оправданных, сбаланси­рованных по составу питательных средах. Эффективной добавкой оказался кукурузный экстракт благодаря наличию в нем витами­нов, аминокислот и минеральных элементов в легко ассимилиру­емых формах. Химический состав кукурузного экстракта приве­ден ниже.

Алании 24-59 Метионин 2-6

Аргинин 10-24 Фенилаланин 8-13

Аспарагиновая кислота 10-27 Пролин 16-20

Цистин 2-4 Серии 12-20

Глутаминовая кислота 35-88 Треонин 4-II

Глицин Следы Тирозин 5-10

Гистидин 2-4 Триптофан 5-10

Изолейцин 35-42 Валин 8-18

Лейцин 27-42 Лизин 16-37

Рибофлавин 7-12 Биотин 15-55

Тиамин 80-100 Никотиновая кислота 120-180

Пантотеновая кислота 80-140

В последнее время современные микробиологические производства позволяют эффективно бороться с вредными микроорганизмами, чтобы предотвратить размножение бактерий и вирусов и не допустить образования очагов инфекции. Благодаря достижениям генной инженерии и инновационным разработкам производятся качественные и эффективные дезинфицирующие средства и антисептики, которые широко используются в лечебно-профилактических учреждениях, производственных предприятиях, химчистках и прачечных. Микробиология в производственных масштабах представляет собой область науки и техники, которая опирается на практические и теоретические знания таких сфер как молекулярная биология, генетика, физиология и использует для этого современные химические технологии.

Привлечение передовых технологий и научных возможностей позволили создать антибиотики, действие которых направлено на эффективную борьбу с вредными микробами и вирусами. Таким образом, удалось уменьшить число инфекционных заболеваний за счет применения антибиотиков в лечении многих болезней. Развитие генной инженерии потребовало от микробиологических производств усовершенствование технологий и использование новейшего оборудования. Следует отметить, что впервые в Японии был разработан инсулин, что является огромным достижением в отрасли микробиологической промышленности. Японские моющие средства и дезинфектанты от известной компании Saraya также высококачественные, эффективные, надежные и безопасные, при этом не вызывают аллергических реакций и раздражений кожного покрова. Вся продукция сертифицирована и разрешена к применению не только в медицинских организациях, но и в химчистках и прачечных, производстве для обработки и дезинфекции помещений и поверхностей. Таким образом, удается уменьшить число бактерий и защититься от инфекций.

С точки зрения прикладной микробиологии, микробиологические производства можно разделить на несколько групп. К первой подгруппе относится применение живой биомассы микроорганизмов, которая используется, в основном, в пищевой промышленности. Вторая подгруппа основана на производстве продуктов биосинтеза микробного характера, а именно антибиотики, аминокислоты, гормоны и ферменты, а также различные витаминные комплексы. К третьей группе относятся микробиологические производства, деятельность которых направлена на получение продуктов путем гниения и брожения. В результате получаются спирты, растворители, органические кислоты, которые применяются для дезинфекции и обработки поверхностей и помещений. Микробиологические производства занимают важное место в сфере здравоохранения и медицины, а постоянные разработки обеспечивают эффективную и надежную защиту от вредной микрофлоры и вирусов.

Современные природоохранные технологии позволяют эффективно очищать сточные воды и почву от химически вредных соединений, что препятствует загрязнению окружающей среды, а также снижает вероятность инфекционных болезней среди населения. Особенно важным условием поддержания санитарно-гигиенических норм является применение качественных и эффективных дезинфицирующих средств и антисептических препаратов, чтобы максимально снизить концентрацию бактерий и микробов. Благодаря развитию микробиологии медицина сегодня получила такие лечебные препараты как антибиотики, гормональные средства, а также вакцину новейшего поколения и различные способы диагностики генетических и онкологических заболеваний.

1) Микроорганизмы использовались человечеством в быту и производстве еще задолго до того как, собственно говоря, они были открыты. Еще в древние времена, не задумываясь об их существовании человечество, использовало их в хлебопечении, виноделии, производстве сыров и кисломолочных продуктов, пивоварении и т.д.

Значение и роль их для производства впервые были открыты Пастером в середине 19 века. Однако знания по физиологии микроорганизмов и закономерностям их роста начали пополняться, только начиная с 20 века.

В результате появилась реальная возможность сделать микроорганизмы неисчерпаемым источником получения биологически активных веществ: белков, аминокислот, ферментов, витаминов, антибиотиков и т.д.

Во второй половине 20 века в промышленно развитых странах зарождается новая отрасль промышленности – микробиологическая промышленность или биотехнология.

Основное преимущество биотехнологии – получение белковых веществ и др. продуктов путем микробного синтеза со огромной скоростью, которая на несколько порядков выше, чем у растений и животных.

Развитие промышленности вызывает потребность в специалистах, технологии, оборудовании и само по себе, разумеется, в соответствующих научных исследованиях.

Данное УМКД написано на основе курса лекции «Оборудование биотехнологии», который на протяжении ряда лет, начиная с 90-х годов, читался авторами в Семипалатинском государственном университете имени Шакарима для студентов-биотехнологов.

2) Биотехнология, биотехнологическая промышленность, оборудование биотехнологии – сравнительно новые термины, которые вошли в практику сравнительно недавно (70 – 80 – 90 годы 20 века).

До этих лет более широко использовался термины:

· микробиология и микробиологическая промышленность,

· а также соответствующее оборудование.

Основная цель биотехнологии –

· производство методами микробиологического синтеза, прежде всего, биологически активных веществ,

· и других продуктов микробиологического производства, например:

Концентрата витамина В 2 ;

Белково-витаминных концентратов;

Кормовых дрожжей на жидких гидролизатах растительных материалов и сульфитных щелоках;

Кормовых дрожжей на отходах пищевой промышленности;

Кормовых дрожжей на очищенных парафинах;

Кормовых дрожжей на газообразных углеводородах;

Лимонной кислоты;

Лизина на свекловичной мелассе, а также других аминокислот, в частности гистидина, аргинина, триптофана и др;

Кормовых антибиотиков (препараты биовит, терравит, бацелихин, бацитрацин и др);

Бактериальных препаратов или удобрений, а также средств защиты растений (нитрагин, азотобактерин, фосфобактерин и др);

Ферментных препаратов;

Солода и т.п.

Для популяции микроорганизмов характерны такие замечательные свойства как:

Высокая интенсивность жизнедеятельности, т.е. роста, размножения и отмирания;

И большое своеобразие обмена веществ (метаболизма).

Например, скорость образования биомассы у микроорганизмов:

В почти, что в 500 раз больше чем у самых урожайных растений;

И в примерно 1000 – 5000 раз больше чем у самых продуктивных пород скота.

За всего лишь каких-нибудь 0,3 – 2,0 часа биомасса микроорганизмов может увеличиться вдвое.

Кроме того, в ряде случаев вся биохимическая активность микроорганизмов направляется на синтез какого-нибудь полезного вещества. Например:

Один из высокопродуктивных мутантов для синтеза пенициллина образует до 0,5 кг пенициллина на каждый 1,0 кг биомассы;

Некоторые из штаммов могут синтезировать витамин В 12 в количествах превышающих их жизненные потребности в 100 – 200 раз.

Одним из главных достоинств биотехнологии является то, что при микробиологическом синтезе используется:

Не дефицитное, не дорогое сырье в виде отходов пищевой промышленности,

А также такое широко распространенное сырье как нефть и природный газ.

3) Используемое в биотехнологии оборудование, классифицируется на соответствующие группы по ряду основных признаков. К таким признакам относятся.

I. Характер воздействия на обрабатываемый материал, либо сырье или продукт.

II. Структура рабочего цикла машины или аппарата.

III. Степень механизации и автоматизации.

IV. Принцип сочетания в технологическом потоке.

V. Функциональное (производственное) назначение.

I. По характеру воздействия на обрабатываемый продукт оборудование делится на три группы:

а) оборудование, в котором на материал оказывается механическоевоздействие без изменения свойств самого материала (т.е. изменяется только форма и размеры продукта, например при измельчении, дроблении или резании);

б) оборудование, в котором на материал оказывается физико-химические, биохимические и тепловые воздействия в результате чего изменяются большинство свойств сырья и даже агрегатное состояние (т.е. изменяется вязкость, плотность, структура и т.д. например, при выпарке, концентрации, экстракции, сушке и т.п.);

в) оборудование, в котором на материал оказываются все виды воздействия.

II. По структуре рабочего цикла оборудование делится на две группы:

а) оборудование периодического действия;

б) оборудование непрерывного действия.

III. По степени механизации и автоматизации оборудование делится на три группы:

а) простые рабочие машины и аппараты (т.е. оборудование, в котором выполняется одна технологическая операция, например дробилка, мешалка, сепаратор и т.п. выполняют, несмотря на свою в некоторых случаях конструктивную сложность только одну технологическую операцию):

б) машины полуавтоматы (т.е. оборудование, в котором имеется несколько рабочих органов выполняющих несколько технологических операции и в котором требуется участие рабочего для выполнения некоторых контрольных функций).

в) машины автоматы (т.е. оборудование, в котором также имеется несколько рабочих органов выполняющих несколько технологических операции в автоматическом режиме и в котором не требуется участие рабочего).

IV. По принципу сочетания в потоке

а) отдельные машины и аппараты;

б) агрегаты или комплексы;

в) комбинированные и автоматизированные виды оборудования (это прежде всего поточно-механизированные линии)

Машины и аппараты отличаются друг от друга по структурной форме. Машина, как правило, состоит из трех частей:

Рабочего органа установленного внутри рабочей камеры;

Передаточного механизма, передающего движение рабочему органу;

И источника движения, т.е. двигателя.

Таким образом, в машине обработка сырья происходит в результате преобразования в движение механической работы двигателя.

V. По производственному назначению оборудование делится на большое количество групп, а именно:

Для проведения вспомогательных и подъемно-транспортных операций по доставке, хранению, дозированию сырья и материалов;

Для стерилизации питательных сред и воздуха;

Для экстрагирования, отжима, фильтрования и флотации;

Для культивирования (т.е. выращивания) микроорганизмов на твердых питательных средах;

Для культивирования микроорганизмов на жидких питательных средах;

Для разделения жидкой и твердой фаз из неоднородных систем (т.е. центрифуги и сепараторы);

Для концентрирования и очистки растворов биологически активных веществ (т.е. вакуум-выпарные установки);

Для мембранного разделения растворов биологически активных веществ(т.е. ультрафильтрационные установки);

Для сушки продуктов микробиологического производства;

Для измельчения, стандартизации, гранулирования и микрокапсулирования продуктов микробиологических производств.

Лекция № 2. Машинно-аппаратурные схемы производства продуктов микробиологического синтеза.

План лекции:

1) Особенности технологии микробиологических производств.

2) линия производства солода.

3) линия производства этилового ректификационного пищевого спирта.

4) линия производства хлебопекарных дрожжей.

5) технологическая линия производства ферментных препаратов.

1) Типовой технологический процесс микробиологического синтеза может быть представлен в виде следующих последовательных стадий:

Приготовление посевного материала;

Приготовление и стерилизация питательной среды;

Культивирование, т.е. микробиологический синтез;

Выделение целевого продукта;

Помол (измельчение);

Стандартизация;

Фасовка.

В отдельных случаях некоторые из этих стадий могут отсутствовать.

В частности,

– если готовый продукт выпускается в жидком виде,

– то отсутствуют операции сушки и измельчения.

Основной стадией микробиологического синтеза является культивирование.

Культивирование есть ни что иное, как развитие популяции микроорганизмов в специальном аппарате, который называют ферментатором.

При этом в аппарате имеет место в большей части жидкая питательная среда.

Это так называемый глубинный (суспензионный) способ культивирования.

На стадии культивирования осуществляется производство:

Во-первых, как самой биомассы;

Так и, во-вторых, продуктов жизнедеятельности (метаболизма).

В ряде случаев – синтезируемые продукты – антибиотики, ферменты, аминокислоты и т.п.

Необходимость осуществления специфических процессов повлекла за собой разработку и создание специального оборудования, которое будет рассматриваться в данном курсе.

2) Солод − проращенное зерно злаковых культур (ячмень, рожь, рис, пшеница, овес, просо) в специально созданных и регулируемых условиях.

Солодоращение − накопление в зерне максимально возможного или заданного количества ферментов (в основном гидролитических).

Под действием ферментов при солодоращении часть сложных веществ зерна превращается в мальтозу, глюкозу, мальтодекстрины и высшие декстрины, лептоны, лептиды, аминокислоты и др.

Солод используют при производстве

· пива, полисолодовых экстрактов, получаемых из смеси кукурузного, овсяного и пшеничного солодов,

· концентрата квасного сусла, хлебного кваса,

· безалкогольных напитков, этилового спирта

· хлебобулочных изделий.

Приготовление солода - сложный комплекс специфических процедур, состоящий из следующих стадий:

Очистка и сортировка зерна;

Мойка, дезинфекция и замачивание ячменя;

Проращивание ячменя (свежепроросший солод для производ-ства спирта и ферментации);

Сушка солода;

Обработка сухого солода (солод для производства хлебобулоч-ных изделий, солодовых экстрактов и концентрата квасного сусла);

Выдержка сухого солода (выдержанный солод для производства пива).

Характеристика комплексов оборудования. Линия начинается с комплекса оборудования, состоящего из зерноочистительных и сортирующих машин - воздушных и зерновых сепараторов, цилиндрических и дисковых триеров, магнитных сепараторов.

Следующий комплекс линии включает аппараты для мойки и за­мачивания ячменя. К ним относятся моечные и замочные аппараты, входящие в комплекс замочного отделения, а также установки непре­рывного замачивания зерна.

Ведущий комплекс линии состоит из оборудования для солодора­щения, представленного

· ящичными солодорастильными установками,

· солодовнями с передвижной грядкой,

· статическими солодовнями с совмещенным способом,

· солодорастильными барабанами и кондиционерами для пнев­матических солодовен.

Наиболее значимым комплексом оборудования линии является оборудование для сушки солода.

К нему относятся:

· сушилки периодического действия (горизонтальные и верти­кальные)

· и сушилки непрерывного действия (шахтные и сельные) с то­почными устройствами и калориферами.

Завершающий комплекс оборудования линии обеспечивает обра­ботку сухого солода и содержит

· росткоотбойные, солодополировочные машины и измельчители солода.

3) Спирт этиловый (этанол, винный спирт), выработанный из пищевых видов сырья (зерно, картофель, сахар, свеклосахарная и тростниковая меласса, сахарная свекла), - прозрачная бесцветная жидкость без привкуса и запаха посторонних веществ.

Спирт этиловый пищевой получают микробиологическим способом, в основе которого лежит сбраживание сахара в спирт дрожжами семейства сахаромицетов.

Спирт этиловый ректификационный получают на брагоректифи­кационных и ректификационных установках из бражек крахмалосодержащего и сахаросодержащего сырья и из спирта-сырца, полученного из тех же видов сырья.

Переработка зерна и картофеля на спирт осуществляется по однотипной технологии и состоит из следующих стадий:

Подготовка сырья к переработке;

Разваривание крахмалосодержащего сырья;

Осахаривание крахмалосодержащего сырья;

Культивирование дрожжей;

Сбраживание осахаренной массы;

Перегонка бражки;

Ректификация спирта.

Линия начинается с комплекса оборудования для мойки, очистки и измельчения крахмалосодержащего сырья.

В состав этого комплекса входят картофелемойки, камнеловушки, водоотделители, барабанные камнеловушки, дробилки для измельчения картофеля и зерна, а также измельчители для тонкого измельчения зернового сырья.

Далее в состав линии входят комплекс, состоящий из установок для тепловой обработки крахмалосодержащего сырья - смесителей предразварников, варочных аппаратов и паросепараторов, аппаратов гидродинамической обработки замеса, обеспечивающих различные схемы разваривания.

Следующим в линии является комплекс оборудования для охлаждения и осахаривания заторов. В состав этого комплекса входят:

· аппараты с непрерывным осахариванием и вакуум-охлаждением,

· аппараты с двухступенчатым вакуум-охлаждением,

· а также аппараты с непрерывным охлаждением и осахариванием при атмосферном давлении.

Комплекс оборудования для брожения и культивирования дрожжей состоит из бродильных аппаратов и устройств для мойки, спиртоловушек и дрожжевых аппаратов.

В линии для производства спирта из мелассы комплекс оборудования состоит из рассиропников, аппаратов для размножения дрожжей и пеноловушек, а также устройств для отбора проб, измерения расходов мелассы и контроля плотности рассиропки.

Ведущий комплекс оборудования в линии предназначен для перегонки и ректификации спирта. В его составе имеются брагоректификационные и ректификационные установки, установки для получения безводного спирта, холодильники и кипятильники брагоперегонных аппаратов, вспомогательное оборудование ректификационных установок, а также оборудование для учета и хранения спирта.

4) Хлебопекарные дрожжи – одноклеточные микроорганизмы, относящиеся к классу грибов сахаромицетов.

Дрожжевое производство основано на способности дрожжевых клеток (микроорганизмов) расти и размножаться.

Процесс получения хлебопекарных дрожжей на дрожжевых заводах складывается из следующих стадий:

Приготовление питательной среды;

Выращивание маточных и товарных дрожжей;

Выделение товарных дрожжей из дрожжевой суспензии;

Формование и упаковка прессованных дрожжей;

Сушка дрожжей.

Получение дрожжей из спиртовой бражки на спиртовых заводах состоит из стадий:

Выделение дрожжей из зрелой бражки сепарированием;

Промывание и концентрирование дрожжевой суспензии;

Дозревание дрожжей;

Окончательное промывание и концентрирование дрожжей;

- прессование, формование и упаковка дрожжей;

Хранение.

Линия начинается с комплекса оборудования для обработки сырья, состоящего из аппаратов для приготовления питательных сред, сепараторов-кларификаторов для мелассы и пароконтактных установок для стерилизации.

Ведущий комплекс линии представляют дрожжерастильные аппараты, снабженные аэрационной системой для насыщения суспензии кислородом, и воздуходувные машины.

Следующий комплекс линии состоит из аппаратов для выделения дрожжей, в составе которого имеются дрожжевые сепараторы, фильтр-прессы и барабанные вакуум-фильтры.

Наиболее энергоемким комплексом оборудования линии являются сушильные установки, представленные конвейерными ленточными сушилками, установками с виброкипящим слоем, а также вакуумными и сублимационными сушилками.

Завершающий комплекс оборудования состоит из машин для формования и завертывания брикетов дрожжей.

На рис. 2.3 представлена машинно-аппаратурная схема линии производства хлебопекарных дрожжей.

5) Ферментные препараты представляют собой концентраты ферментов, полученные с помощью микроорганизмов. В состав ферментных препаратов наряду с ферментами входят и балластные вещества. Ферментные препараты применяют в пищевых производствах как катализаторы соответствующих биохимических процессов.

В качестве продуцентов ферментов используют разнообразные источники: растения, животные ткани и микроорганизмы.

Производство ферментных препаратов наиболее перспективным глубинным способом на жидких питательных средах можно разделить на следующие стадии:

Приготовление, стерилизация и охлаждение питательной среды;

Приготовление посевного материала и выращивание производственной культуры;

Отделение и сушка биомассы;

Фасовка отходов и отделение фильтрата;

Концентрирование и сушка концентрата;

Осаждение, сушка и стандартизация препарата;

Фасование препарата.

Линия начинается с комплекса оборудования, в состав которого входят:

· циклон – разгрузитель, экстракторы, стекатель, шнек-пресс, ленточный вакуум-фильтр, смеситель,

· а также нагревательная колонка, выдерживатель и теплообменники.

В состав линии входит комплекс оборудования, состоящий из инокулятора и ферментатора.

Следующий комплекс оборудования представляют камерный фильтр-пресс и барабанная сушилка.

Ведущим является комплекс оборудования, включающий вакуум-выпарные аппараты и распылительные (сублимационные) сушилки.

Завершающий комплекс оборудования линии состоит:

· из установки непрерывного осаждения, аппарата обсушки препарата, центрифуги, барабанной вакуум-сушилки, установки для измельчения и смешивания.

Финишным комплексом оборудования являются фасовочные машины.

Машинно-аппаратурная схема линии производства ферментных препаратов глубинным способом на жидких питательных средах представлена на рис. 2.4.

Лекция № 3. Транспортное оборудование в биотехнологии.

План лекции:

1) Насосы. Классификация насосов.

2) Центробежные насосы.

3) Осевые насосы.

4) Роторные насосы.

1) Насосы, используемые в микробиологической промышленности, делятся на две группы: динамические и объемные.

В динамических насосах преобразование энергии происходит под влиянием динамического взаимодействия между потоком жидкости и рабочим органом насоса.

В объемных насосах перемещение жидкости происходит при изменении объема рабочей камеры насоса при вращательном или возвратно-поступательном движении рабочего органа.

К основным характеристикам насосов относятся

Объемная производительность (м 3 /с);

Напор или давление создаваемое насосом, м. жид. ст. или Па;

Потребляемая мощность, кВт;

Допускаемая высота всасывания, м.

Классификация насосов используемых в биотехнологии:

I. Динамические насосы

1. Лопастные 2. Насосы трения

а) центробежные; а) струйные

б) диагоналевые; б) эрлифтные

в) осевые;

г) вихревые.

I.Объемные или роторные насосы

1. С возвратно-поступательным движением

а) поршневые;

б) плунжерные;

в) диафрагменные;

г) шланговые;

д) пневматические.

2.С вращательным движением.

а) шестеренные

б) винтовые;

в) шиберные или эксцентриково-лопастные

2) Центробежные насосы получили наибольшее распространение в биотехнологии.

Они могут быть:

Либо одноступенчатыми, либо многоступенчатыми.

Большая часть насосов в биотехнологии относится к насосам консольного типа.

Центробежный насос типа К состоит:

Из рабочей камеры – собственно корпуса насоса улиткообразной (спиральной) формы с всасывающим и нагнетательным патрубками,

Рабочего органа – рабочего многолопастного колеса (крыльчатки) закрепленного на горизонтальном валу,

И электродвигателя, который посредством муфты соединен с горизонтальным валом.

Все узлы насоса закреплены на литой чугунной раме. Рабочая спиральная камера насоса спереди закрыта крышкой отлитой совместно с входным патрубком.

Горизонтальный вал, установлен в корпусе на подшипниках качения и приводится в действие через муфту от электродвигателя.

Насосы типа К в основном предназначены для перекачивания воды и других маловязких жидкостей.

По такой же схеме выполнены и другие центробежные насосы предназначенные для агрессивных сред.

К ним относятся:

Консольные насосы на отдельной стойке;

Химические консольные насосы типа Х;

Химические консольные насосы для перекачивания жидкостей с твердыми включениями типа АХ;

Химические моноблочные насосы типа ХМ;

Химические погружные насосы типа ХП;

Химические погружные насосы для перекачивания жидкостей с твердыми включениями типа ХПА;

Химические с обогревом корпуса ХО;

Химические погружные насосы для перекачивания жидкостей с твердыми включениями и суспензий типа ПХП.

Они используются для перекачивания кислых, щелочных, слабокислых, аммиачных сред и кислот. Числа оборотов рабочих колес достигает от 24, 1 до 48,3 об/с.

Помимо этих насосов в биотехнологии используются герметические центробежные насосы во взрывозащищенном исполнении типа ЦНГ-70; ХГ; ХГВ.

Они используются для перекачивания агрессивных, токсичных, взрывоопасных и пожароопасных жидкостей.

Особенностью конструкции этих насосов является то, что они не имеют сальниковых и торцевых уплотнений.

3) В осевых насосах жидкость перемещается в осевом направлении. Приращение давления происходит за счет преобразования кинетической энергии в потенциальную.

Жидкость поступает в проточную полость 1 насоса (рис. 3.2), в которой находится рабочее колесо, состоящее из ступицы 2 с закрепленными на ней лопастями 3. Число лопастей обычно от 3 до 6.

Ступица рабочего колеса 2 насажена на вал 5, который приводится в действие электродвигателем.

При прохождении через рабочее колесо жидкость одновременно участвует в поступательном и вращательном движении.

После рабочего колеса жидкость поступает в неподвижно установленный направляющий аппарат 4, состоящий из ряда неподвижных лопастей.

Этот направляющий аппарат предназначен для устранения закрутки потока на выходе из насоса и уменьшения потерь напора внутри проточной полости.

Рабочее колесо по своей форме похоже на гребной винт. Лопасти его изогнуты по винтовой линии.

Осевые насосы могут быть:

Одноступенчатыми и многоступенчатыми,

Жестколопастными и поворотно-лопастными.

Регулирование подачи производится:

В жестколопастных насосах – изменением частоты вращения колеса,

А в поворотно-лопастных – изменением угла наклона лопастей.

Подача в них может достигать 750– 6000 м 3 /ч, а напоры от 1,3 до 23 м.

Используются они в качестве циркуляционных насосов в системах промышленного водоснабжения, а также для циркуляции суспензий в вакуум-выпарных установках.

4) Роторные насосы состоят, как правило, из трех частей:

Неподвижного корпуса со всасывающей и нагнетательной камерами;

И непрерывно вращающихся замыкателей, расположенных на роторе.

По виду замыкателей роторные насосы делятся:

На коловратные (или шестеренчатые);

Поршневые и плунжерные;

И шиберные (пластинчатые или эксцентриково-лопастные).

Одними из наиболее распространенных роторных насосов являются шестеренчатые или шестеренные насосы.

Они состоят из пары цилиндрических зубчатых колес расположенных внутри эллисообразного корпуса.

При вращении шестерен жидкость:

Из всасывающего патрубка попадает в пространство между соседними зубьями каждой из шестерен,

Достоинством этих насосов является простота конструкции, малые масса и габариты.

Эти насосы имеют следующие характеристики:

Вязкость перекачиваемых жидкостей составляет от 2 * 10 -6 до 10 -4 м 2 /с;

Подача (производительность) достигает до 200 м 3 /ч;

Напор до 250 метров жидкостного столба (т.е. давление 25 атм);

Температура перекачиваемой жидкости до 200 0 С.

Лекция № 4. Вспомогательное оборудование в биотехнологии.

План лекции:

1) Классификация емкостного оборудования. Резервуары.

2) Реакторы-смесители.

3) Питатели и дозаторы для сыпучих и жидких сред.

4) Тарельчатые и весовые дозаторы.

1) На любом предприятии большой объем занимают вспомогательные операции:

По транспортировке, хранению, дозированию сырья, материалов и продуктов.

Для этих целей используется вспомогательное оборудование, которое делится на несколько групп:

I. Емкостное оборудование.

А) Резервуары для длительного и временного хранения жидких материалов.

Б) Реакторы-смесители для смешивания компонентов питательных сред.

В) Мерники жидких сред.

Д) Сборники приемники для приема и кратковременного хранения жидких продуктов (культуральной жидкости и др.)

II. Насосы для транспортировки жидких материалов.

III. Дозаторы и питатели для сыпучих и жидких сред.

IV. Машины для мойки оборудования.

Длительному хранению в биотехнологии подвергаются:

Жидкие парафины, свекловичная меласса, метанол, этанол;

Ацетон и др. сырье.

Временному хранению подвергаются такие продукты как:

Растворы солей, компоненты жидких питательных сред и пр.

Резервуары длительного хранения это, как правило, резервуары большой емкости от 100 до 10000 м 3 .

Форма емкости – в основном, вертикальная цилиндрическая с соотношением диаметра к высоте D/H = (1,0 ÷ 2,0).

Для перемешивания жидкости, т.е. придания ей однородности резервуары снабжаются:

Либо переливными трубами, расположенными внутри емкости на разных уровнях;

Либо гомогенизирующими системами, расположенными вне емкости.

Резервуары снабжаются соответствующими средствами контроля и арматурой (штуцерами или патрубками):

Для подачи жидкости и сжатого воздуха в емкость;

Установки манометра контроля давления;

Установки предохранительного клапана для стравливания избыточного давления;

Установки указателя уровня жидкости в емкости;

Спуска остатка жидкости из емкости;

Трубой передавливания, люками и воздушником;

А также подогревателями, внутрь которых подается пар.