Әл-Фараби атындағы Қазақ Ұлттық Университеті

​

​

Дәріс 1

​

Кіріспе. Микроорганизмдерді биотехнологиялық өндірісте қолдану ерекшеліктері.

​

​

​

Дәріскер: б.ғ.к., проф. Уалиева П.С.

​

​

​

​

​

Дәрістің мақсаты: Микроорганизмдерді биотехнологиялық өндірісте қолдану ерекшеліктері.

​

Дәрістің міндеттері: Микроорганизмдер қолданылатын өндірістер, өндірістік шамдар туралы мәліметтер беру

Микробиологиялық синтездің тиімділігінің жоғары болуы штамм-өндірушілердің аса белсенділік көрсетуіне байланысты. Олардың негізгі қасиеттеріне өсу қарқындылығының жоғарлылығы, соңғы өнімі мол болатын арзан субстраттарда өніп-өсуінің шапшаңдығы, экономикалық бағалылығы, әртүрлі жұқпалы ауруларға төзімділігі мен тұрақтылығы жатады.

Өндірісте селекциялық және генетикалық инженерияның әдістерін қолданып алынған табиғи штамдардың мутанттарын қолданады. Бұнда табиғи штамдарды микроб массасын алу, ал генетикалық бағалы штамдарды қоректік ортаға бөлетін метаболиттік өнімдер алу үшін пайдаланады. Бұл үшін табиғи штамдарды қолдануға болмайды, өйткені оларда метаболиттердің шамадан тыс мөлшерде бөлінуіне кедергі келтіретін бақылаушы механизмдер бар.�

Микроорганизмдер клеткалары үлкен ерекшеліктермен сипатталатын, зат алмасу процесі қарқынды жүретін объектілер. Бір микробтық клетка минутына 10-нан 100 мыңға дейін белок молекуласын синтездейді. Көптеген микроорганизмдердің екі еселену уақыты 0,3-2 сағат аралығында болады, бұл ең жоғары өнімді өсімдіктермен салыстырғанда 500 рет, ал жоғары асыл тұқымды малдардан 1000-5000 рет жылдам екендігін көрсетеді.

Тағы да бір ерекшелігі микрорганизм клеткаларының барлық биохимиялық активтілігі өздерінің өсуі мен кебеюіне ғана бағытталмай, керісінше, адамға қажетті заттарды синтездеуге жұмсалады, микроорганизмдердің мұндай қабілетін реттеуге және қарқындылығын арттыруға болады. Мәселен, бір өсу циклында 1 кг биомассаға 0,5 кг пенициллин түзетін мутантты штамдар және тіршілік қажеттілігінен 100-200 есе жоғары мөлшерде В витаминін түзетін микроорганизмдер белгілі. Микробиологиялық синтездің тиімділігі, субстрат ретінде меласса, сүт сарысуы, мұнай және т.б. өнімдер, яғни өндірістік қалдықтар мен екіншілік шикізат көздерінің қолданылуы болып табылады.

Микроорганизмдер қолданылатын өндірістерді екі топқа бөледі: ��1. Тамақ және ашу өндірісі. Тамақ және ашу өндірісінде ауыл шаруашылық шикізаттарды өңдеуде микроорганизмдердің қолданылуы технологиялық циклдың белгілі бір сатысымен шектеледі. Яғни микроорганизмдердің жоғары биомассасын дақылдау және олардың метаболизмінің өнімдерін жинау мен тазартуды қажет етпейді.��2. Микробиологиялық өнеркәсіп. Микробиологиялық өнеркәсіптің негізгі технологиялық сатысы микроорганизмдерді дақылдау болып табылатын өндіріс.��

Микробиологиялық өнеркәсіпті технологиялық белгілері бойынша екі топқа бөледі:���

1. Көп тоннажды

өндіріс

2. Аз тоннажды өндіріс

1. Көп тоннажды өндіріс – оның өнімдері органикалық қышқылдар, спирттер, микробтық биомасса болып табылады. Олардың негізгі белгілері терең, яғни суспензиялық өсіру, ал қоректік орта компоненттері қанттар, спирттер, мұнайдың көмірсутектері көптеген микроорганиздердің өсуін тежейтін концетрацияда болады, кейбір жағдайда аэрацияны қажет етпейтін анаэробтартылар қолданылады. Мұндай жағдайлар биотехнологиялық процестерді бөгде микрофлорадан сақтауды және көп мөлшердегі сұйықтықты мұқият заласыздандыруды, ауаны терең тазалау мен қоңдырғыларды гермитизациялау сияқты талаптарды орындаудың қажеттілігін жояды.

2. Аз тоннажды өндіріс жоғары физиологиялық активтілікке ие (витамин, ферменттер) күрделі құрылымды заттар мен бактериялық препараттар алумен байланысты микробиологиялық синтез. Аз тоннажды өндірісте микроорганизмдерді терең дақылдау әдісі пайдаланады, сондықтан қолданылатын қоректік орталарды, қоспаларды, аэрацияланатын ауаны заласыздандыру, жұмыс орындарының гермитизациялануы жоғары талаптарға сай орындалуы қажет. Соңғы өнімді бөліп алу және тазалау бірнеше күрделі операциялардан тұрады.�

Микробиологиялық синтездің өнімдерін 3 түрге бөледі:

​

• Негізгі активті компоненті ретінде тіршілік етуге қабілетті, тірі микроорганизмдерден тұратын биологиялық препараттар (өсімдіктерді қорғайтын заттар, бактериялық тыңайтқыштар, ұйытқылар т.б.).

​

• Инактивтелген клеткалар және олардың өңделген өнімдерінен құрылған биологиялық препараттар (азықтық ашытқылар, саңырауқұлақтар мицелийлері).

​

• Микроорганизмдер метаболизмінің тазаланған өнімдері негізіндегі биологиялық препараттар (витаминдер, аминқышқылдар, ферменттер).

Бұл өнімдерді химиялық табиғатына және өндіруші (продуцент) микробтық клеткаларға байланысты 3 топқа бөледі:

​

• молекулалық массасы 10000-нан бірнеше миллионға дейін үлкен молекулалық заттар (ферменттер, полисахаридтер және т.б.).

�

• бірінші реттік метаболиттер, яғни микроорганизмдер өсуі үшін қажетті қосылыстар (аминқышқылдар, витаминдер, пуринді және пиримидинді нуклеотидтер және т.б.).

​

​

• екінші реттік метаболиттер, яғни микроорганизмдердің өсуіне қажетсіз қосылыстар (антибиотиктер, токсиндер, алкалоидтар).

Бірінші және екінші реттік метаболиттердің молекулалық массасы 1500 дальтоннан аспайды.�

Микроорганизмдердің тіршілік әрекеті барысында түзілетін біріншілік және екіншілік метаболиттері өндірістің барлық салаларында қолданылады. Негізгі биологиялық өнімдеріне антибиотиктер, ферменттер, органикалық қышқылдар, витаминдер, полисахаридтер жатады.

Биотехнологияда микроорганизмдерге қойылатын талаптар соңғы өнімді дайындау мақсатына байланысты. Жалпы өндірістік микроорганизмдерді бағалау олардың ерекшеліктеріне және дақылдау айырмашылықтарына байланысты. Мысалы, өндіру техникасында соңғы өнім антибиотик, витамин, амин қышқылы болатын болса, сол өнімді жоғары мөлшерде бөлетін өндірістік микроорганизмдер қолданылады.

Өндірістік микроорганизмдердің ерекшеліктері:

​

• Микроорганизмнің патогендігі жағынан адамға және қоршаған ортаға зиянсыз болуы;
• Өнімді синтездеуге қабілетті болуы;
• Өнімді шығару жылдамдығы жоғары болуы;
• Зертханалық және өндірістік жағдайда биопродуценттің активтілігінің тұрақты болуы;
• Өндіру барысында жанама өнімнің шығуы минималды болуы;
• Бактериофагтың немесе бөтен микрофлораның әрекетіне төзімділік көрсетуі;
• Технологиялық процеске штамның бейімделуі жоғары болуы тиіс;
• Қолданылатын штамм арзан субстратта жақсы өсе алуы тиіс;
• Түзілген өнімнің экономикалық құндылығы болуы және дақылдық сұйықтықтан жеңіл алынуы керек.

​

​

Микроорганизмдер көбінесе бір клеткалы өте кішкентай болғанымен олардың әлемі өте бай және әртүрлі, бірақ метаболит өндірісіне қолданылатын микроорганизмдердің ортақ қасиеттері бар:

​

• Жай көзге көрінбейді, өте ұсақ;
• Көп бөлігі бір клеткадан тұрады;
• Зерттеу әдістерінің ұқсастығы ;
• Қарапайым құрылысты;
• Көбеюі жылдам;
• Зат алмасуы белсенді;
• Арзан шикізат көзі пайдаланылады;
• Барлық микроорганизмдердің көмегімен биологиялық пайдалы заттар өндіруге болады.

Микробиологиялық өндірісте өнім алу үшін оның технологиясы мынадай кезеңдерден тұрады:

• Себінді материалды дайындау;
• Қоректік ортаны дайындау жане залалсыздандыру;
• Ферментациялау ( микробтық синтез);
• Белгілі мақсатқа арналған өнімді бөліп алу;
• Өнімнің немесе препараттың тауарлық формасын алу.

Ферментациялау процесінде биотехнологиялық өндірістің сандық және сапалық сипаты микроорганизмдерді өсірудің сатысымен анықталады. Микробтық метаболизм өнімдерінің биомассасы жиналады. Егерде өсіп тұрған клеткаға қосымша қоректік зат беріліп тұрмаса және биохимиялық реакцияның қалдық өнімдер тазартылмаса бұның мерзімділік немесе оқтын – оқтын жүйемен жұмыс істейді. Олар төрт фазадан тұрады:

• Бастапқы фаза қоректік ортада клеткалар көбеймейді жаңа жағдайға бейімделу үстінде болады.
• Логарифмдік фаза микроорганизмдердің өсуі тұрақты түрде және шапшаң өсумен сипатталады.
• Стационарлық фаза культураның өсу шапшаңдығы төмендегенде байқалады. Бұнда тіршілікке бейім микробтар мен өлі клеткалар саны арасында тепе -теңдік орнайды.
• Қырылу фазасы клеткалардың экспонциалды өсуі кезінде мерзімдік өсіп өнуге қарағанда орта қоректік затының қоры мүлде азайып метаболиттік өнімінің жиналу мерзімі қысқарады.

​

​

Қорытынды

Микробиологиялық синтездің тиімділігінің жоғары болуы штам-түзгіштердің аса белсенділік көрсетуіне байланысты. Олардың негізгі қасиеттсріне өсу қарқындылығының жоғарлылығы, ақырғы өнімі мол болатын арзан субстраттарда өніп-өсуінің шапшаңдығы, экономикалық бағалылығы, әртүрлі жұқпалы ауруларға төзімділігі мен тұрақтылығы жатады. Өндірісте селекциялық және генетикалық инженерияның әдістерін қолданып алынған табиғи штамдардың мутанттарын қолданады. Бұнда табиғи штамдардан микроб массасын алу, ал генетикалық бағалы штамдарды қоректік ортаға бөлетін метаболиттік өнімдер алу үшін пайдаланады. Бұл үшін табиғи штамдарды қолдануға болмайды, өйткені оларда метаболиттердің шамадан тыс мөлшерде бөлінуіне кедергі келтіретін бақылаушы механизмдер бар.

Бақылауға арналған сұрақтар:

1. Микробиологиялық синтездің өнімдеріне қандай өнімдер жатады?
2. Көп тоннажды және аз тоннажды өндірістерге қандай өндірістер жатады?
3. Өндірістік микроорганизмдердің ерекшеліктері қандай?
4. Микроорганизмдерді биотехнологиялық өндірісте қолдану ерекшеліктеріне не жатады?

​

​

Пайдаланылған әдебиеттер

• Санитарная микробиология : учебное пособие / Р. Г. Госманов, А. Х. Вол- ков, А. К. Галиуллин, А. И. Ибрагимова. — 3-е изд., стер. — Санкт- Петербург : Лань, 2021. — 252 с.
• Дроздова Т.М. Микробиологический контроль продовольственных товаров. Кемеровский гос.унив-т, 2015.
• Азаров В.Н. Основы микробиологии и санитарии. - М.: Экономика, 2018. – 207с
• Г.Ж.Абдиева, А.С.Кистаубаева, И.С.Савицкая. Тағамдық өнімдерді санитарлы-микробиологиялық бақылау. Алматы, Қазақ университеті, 2014 ж.

​

​

​