Studopediya

КАТЕГОРИЯ:


Промишлени процеси, използващи имобилизирани ензими и клетки




Комбинацията от уникалните свойства на каталитични ензими с предимствата на имобилизирани ензими и клетки като хетерогенни катализатори позволи да се създадат нови промишлени процеси. Трябва да се отбележи, че почти всички от тях са свързани с производството на хранителни продукти и фармацевтични продукти.

В момента, след мащабно производство в развития свят с използването на имобилизирани ензими и клетки:

1. Подготовка glyukozofruktoznyh сиропи.

2. Получаване на оптично активни L-амино киселини от рацемичен

смеси.

3. Синтез на L-аспарагинова киселина от амониев фумарат.

4. Синтез на L-аланин, L-аспарагинова киселина.

5. Синтез на L-ябълчена киселина от фумарова киселина.

6. Изготвяне на лактоза производството на мляко.

7. Получаване на захари от суроватка.

8. Получаване на 6-аминопеницилинова киселина.

Като пример, нека разгледаме някои от тях.

1. Подготовка glyukozofruktoznyh сиропи. Фруктоза (плодове, мед или плодова захар) - най-важните в физиологичното и технологично естествен монозахарид. Включване в черния дроб и червата на бозайници на глюкоза, фруктоза е включена в пластмасата и обмена на енергия на клетките. Това е 2,5 пъти по-сладък от глюкоза и 1,7 пъти по-сладък от захарта от захарна тръстика (захароза), фруктоза, при която - по-малко калории на хранителни продукти в сравнение с последния. За разлика от глюкоза обмен фруктоза не се контролира от инсулин, така фруктоза захар може да се консумира от диабетици. Фруктоза едва ли причинява кариеси. Сместа не кристализира фруктоза, глюкоза, и широко използвани за производство на сладкарски изделия.

Обемът на производството на захароза в последните 100 години се е увеличил с 15 пъти, и е, според различни оценки, 30 - 40 кг на човек годишно. Все пак, въпреки очевидните предимства на използването на фруктоза, първата търговска централа да я превърне в глюкоза в фруктоза използване спрелите glyukoizomerazy стартира само през 1973 г. (компанията, в Съединените щати, "Клинтън Corn"). Суровината за процеса е глюкоза, която се получава чрез хидролиза на царевично или картофено нишесте в присъствие на минерални киселини. За изграждането на индустриална биокатализатор адсорбция глюкозоизомеразата върху порьозни неорганични носители или йонообменни смоли. В много случаи, използвайки имобилизирани клетки с различен произход (Aspergillus Niger, A.oryzae,, Streptomyces phaeochro-mogenes, S. olivaceus, S. venezuelae). Търговски препарати обездвижени glyukoizomerazy имат формата на гранули, мъниста, влакна, или аморфна маса. Най-ефективните биореакторите за апарати тип фруктоза колона признати около 5 м височина, което в сравнение с разбъркване консумация реактори ензим е минимална. Изпълнението на този реактор е между 600 и 9000 кг glyukozofruktoznogo сироп 1 кг имобилизирания ензим, в зависимост от чистотата на суровината и времето на semiinactivation катализатор - 20 - 50 дни. Получената каталитичен процес glyukozofruktozny сироп съдържа 42 до 45% фруктоза, 51% глюкоза, малко количество олигозахариди и съответните инвертна захар сладкиши, може да се получи чрез хидролиза на захарозата. Тези смеси са постепенно измества инвертна захар в промишлеността и медицината. Glyukozofruktoznuyu смес се използва широко за производство на безалкохолни напитки, консервирани плодове, сладкиши, хляб, сладолед и др. Икономическите Изчисленията показват, че производството на сиропи glyukozofruktoznyh използване обездвижен glyukoizomerazy 1.5 пъти по-изгодно да се произвежда захар от захарно цвекло от традиционната технология. Поради този факт производството на сиропи glyukozofruktoznyh развиващите се в света. Така, през 1980 г. 10% от населението на Япония, захарта се заменя със смес от glyukozofruktoznuyu. В САЩ този дял до 2000 г. достига 40%, а до 2010 г. повече от 50%.



2. биотрансформация на други въглехидрати. В допълнение към изомеризация на въглехидрати, важна роля играе и процесите на микробно окисляване и преобразуване намаляване на въглехидрати. Окислителният трансформация е окислението на полиоли, такива като манитол или сорбитол в фруктоза за сорбоза. Всичко се подложи на окисление полиоли (полиоли) с две вторични хидроксилни групи в цис-позиция съседна на терминал първичен алкохол група и окислен въглероден атом свързан към терминала. Окисляването на полиоли се нарича кетогенна ферментация.

Индустриален мащаб (при използване на свободните клетки), използвани две полиоли окислителен процес: превръщане на дихидроксиацетон до глицерол и превръщане на D-сорбитол на L-сорбоза (един от етапите на синтез аскорбинова киселина).

Dihydroxyacetone (1,3-дихидрокси-2-пропанон) се използва за лечение на продукти от целулозни влакна за придаване устойчивост на бръчки, устойчивост на измиване и други важни свойства за изпълнение; дихидроксиацетон естери са репеленти; на дихидроксиацетон и аминокиселина хранителни и козметични синтезирани багрила; дихидроксиацетон производни се използват като консерванти, емулгатори, пластификатори, фунгициди; Накрая, дихидроксиацетон се използва широко в медицината.

Промишленото производство на дихидроксиацетон използва културата Acetobacter suboxydans (НПО "Biolar"). Известните методи за прилагане лаборатория процес, използвайки имобилизирани клетки (като А. suboxydans и Cluconobacter oxydans), когато обездвижване се извършват от страница или Ca-алгинат.

Окислението на D-сорбитол на L-сорбоза в промишлена среда се провежда при използване на клетъчни А. suboxydans или G. suboxydans. L-сорбоза се получава с 93% добив от 15-20% разтвори на D-сорбитол при аеробни условия.

Ин витро окисление на D-сорбитол на L-сорбоза се извършва с помощта на бактерии обездвижени при включването карагенан гел и PAGE. Имобилизирани клетки също извършени рибитол и манитол окисление на съответните кетони. Трябва да се отбележи, обаче значително намаляване на скоростта на окислителни процеси, използващи имобилизирани клетки в гела спрямо свободен.

Възстановителна трансформация на въглехидрати е да се превърне алдозна или кетоза в полиоли. Дали промишлено значим процес за производство ксилитол от ксилоза, ксилитол се използва като храна и осигурява заместител на захарта. За да се възстанови ксилоза използва C.utilis дрожди, които са фиксирани в полиакриламиден гел.

Друг клас от реакции, свързани с въглехидрати и води до производството на минерални продукти са хидролитични реакции. Най-важната роля на следните процеси: хидролиза на лактоза, захароза, рафиноза и целобиоза.

Хидролиза на лактозата за получаване галактоза и глюкоза, и хидролиза на захарозата се получава глюкоза и фруктоза са добри примери за биотехнологични процеси, основаващи се на използването на имобилизирани биокатализатори, вградени в голям мащаб. Лактозата е намерена в мляко и суроватка, и определена част от населението не може да се консумира мляко, поради наличието в него на лактозата, но асимилира (без алергични реакции) без лактоза мляко. Хидролиза на лактоза от суроватка, съдържащ около 5% от лактозата в течността и около 75% в суха суроватка, отваря нови възможности за получаване на захари неконвенционални материали.

Трябва да се отбележи, че лактоза хидролиза технология се основава на използването на имобилизирани дрожди или гъбични ензими б-laktozidaz, по-специално, опитни и пилотни инсталации съществува в Руската федерация, САЩ, Англия, Франция. Въпреки това, вече установени промишлени инсталации и за хидролиза на лактоза с имобилизиран използват клетки, имащи активност на В-галактозидаза. Една разработена от "NOVO" (Дания). Той използва клетки Bacillus сп., Обездвижва чрез напречно свързване с глутаралдехид. В лабораторни условия, имобилизация се извършва чрез адсорбция върху полифенилен (Caldariella acidophila), включване PAGE, агар, колагенови влакна (E.alcalescens, E.coli, K.lactis, L.bulgaricus), адсорбция на полиуретани, стъкло, поликарбонат, полистирол хитозан (K.lactis).

Обръщане на захар (почти еквивалентно на смес от глюкоза и фруктоза), получен от захароза, използвайки имобилизирани ензими инвертаза на пилотни инсталации в Руската федерация и Съединените американски щати (компанията SNAM Progesty). В момента има лаборатория развитие на биокатализатори за производство на имобилизиран в полиакриламиден гел, желатин или дрожди (S.cerevisiae), не е толкова ефективен, колкото имобилизирани ензими.

Рафиноза, или galaktozilsaharoza е най-често след олигозахариди на захароза, срещащи се в свободно състояние в захарно цвекло и други растения от (образуван от галактоза и захароза чрез ензимна хидролиза на рафиноза). Американската компания Great Western захар, използвана в имобилизирания биокатализатор технология, която е клетка Vortierella vinacea, глутаралдехид омрежен, с-галактозидазна активност.

Хидролизата на целобиозата готови с обездвижен в Ca-алгинат микроорганизми с tsellobiaznoy дейност. Това биокатализатор може да се използва, например, в изпълнението на ензимни процеси целулозни озахаряване при хидролизата съдържа целобиоза.

Чрез микробни продукти, синтезирани в големи количества, са полизахариди - декстрани, levans, манани, ксантани. Декстраните са произведени чрез използване на захароза като субстрат бактерии Leuconostoc mesenteroidis, като dekstransaharoznoy (или транс-глюкозидаза) активност. Молекулите конструирани от декстран глюкозни остатъци с а-1,6-връзка, имат малък размер на разклоняване частично gidralizovannye декстрани с молекулно тегло от 40-80000. Служи като заместител на кръвната плазма, модифицирани декстрани също се използват в медицината, омрежени декстрани (Sephadex) се използват в като молекулно сито за филтрация на гел.

Xanthan - смола се синтезира Xanthamonas campestis време на анаеробното растеж на глюкоза среда. Ксантани са разклонени полимери, състоящи се от радикалите глюкоза, маноза и глюкуронова киселина, някои от които са ацетил (CH3CO) или пируват (SN3SOSO) групи. Ксантани добавен в много хранителни продукти като сгъстители и стабилизатори, като се използват багрила в текстилни печат и в производството на козметични и фармацевтични продукти, както и в сондажни петролни кладенци като добавки за пробиване утайка, тъй като те имат повърхностно активни свойства.

За микробни полизахариди, използвани обикновено са свободни клетки, но и опит с имобилизирани клетки. Обездвижването се извършва чрез адсорбция на полиуретан, пясък, дървени въглища, silochrome. Установено е, по-специално, че е целесъобразно да се извършва синтез на полизахариди в периодична смяна на средата (азот-съдържащи и азот-свободен). Въвеждане на азот среда без води до допълнително фиксиране на клетките на носителя, така че да се запази за дълго време в състояние на адсорбиран обаче биосинтетичния активност на клетките се понижава. Когато се въвежда в реактора среда на азот-съдържащи се запазва и възстановява биосинтеза ниво клетъчната жизнеспособност. В случай на биосинтезата на полизахариди имобилизиране чрез адсорбция е по-подходящ от включването на гелове, обаче имобилизация адсорбция десорбция вероятно клетки и смесването им с желания продукт, при което отделянето на полизахариди от клетки очаквания продукт трудно. Следователно, метод, основан на периодична промяна в случая на среда играе важна роля биосинтеза полизахарид.

3. Получаване на L - аминокиселини от рацемични смеси. Заедно с микробиологичните методи са важни химични методи за промишлено производство на естествени аминокиселини, включително от съществено значение. Въпреки това, в резултат на химични реакции, използвани за синтез на аминокиселини, съдържащи асиметрични въглеродни атоми със същата скорост като форма на D- и L-стереоизомери, т. Е. винаги рацемична смес. Междувременно, живите клетки са изложени на замяна само L-амино киселини. Разделянето на рацемичните смеси на техните съставни оптични изомери (трудна задача) е първият търговски процес, използвайки имобилизирани ензими. Този процес се провежда в Япония през 1969 г. (фирма "Tanabe Ceillac"), използвайки аминоацилаза имобилизиран върху DEAE-целулоза. Изходните съединения, използвани в превръщането на N-ацилирани производни на D-, L-амино киселини, получени чрез химичен синтез. Поради стереоспецифичност аминоацилаза хидролизира само N-ацил-Ь-стереоизомер отцепване ацилов радикал от него, при което разтворимостта на L-амино киселини, произведени рязко нараства и може лесно да бъде отделен от антиподни физико-химични методи. При нагряване, останалите N-ацил-D-аминокиселина се рацемизира т.е. превръща в изходния смес, която отново е изложена на ензима:

Аминоацилаза е строго специфичен за структурата на ацилната част на субстрата само, обаче, същата система с имобилизирания ензим се използва за производство на различни аминокиселини, включително L-валин, L-метионин, L-фенилаланин и L-триптофан. Време semiinactivation обездвижен ензим е 65 дни; Японски компании да я използват без да се налага да замени повече от 8 години и осигурява намаляване на разходите в производството на аминокиселини с 40% в сравнение с технологията, която се използва свободните ензимни молекули.

4. Получаване на L-аспарагинова киселина. Аспарагинова киселина е широко използвана като хранителна добавка (подкиселители и подсладител). Първата в света търговска централа за синтеза на L-аспарагинова киселина от получения амониев фумарат с химически средства стартира през 1973 г. в Япония (компанията "Танабе Ceillac"); Той използва обездвижен в полиакриламиден гел на Е.коли клетки Е.коли, съдържащ аспартат ammiakliazu.

Полиакриламиден гел с имобилизирани микробни клетки, образувани на кубчета с размер 2-3 мм, което колона е запълнена с обем 1 м3. Приет през колоната разтвор на амониев фумарат. След подкисляване на елуата излиза от колоната до рН 2.8 и се охлажда до 0 ° С 15 кристализира от него под формата на аспарагинова киселина, 100% чистота на лекарството. Процесът на производство на аспартат напълно автоматизирана и се извършва в непрекъснат режим. Изпълнение Процес - 1700 кг чист аспарагинова киселина на ден за | реактор. Имобилизирани коли клетки Escherichia запазват ензимната активност с 80% повече от 120 дни и 50% в рамките на 600 дни на работа на реактора, докато свободните клетки - само за 10 дни с нивото на активност на 25% от оригинала. Най-

5. Получаване на L-аланин. Понастоящем основните промишлени процес за производство на L-аланин - ензимна декарбоксилиране на L-аспарагинова киселина:

Процесът на преобразуване на L-аспартат на L-аспартат се катализира аланин-β-декарбоксилаза брой микроорганизми (Pseudomonas dacunhae, Alcaligenes множество видове, Achromobacter pestifier), имобилизиран в полиакриламиден гел, карагенан или полиуретан. Монтаж, разработена от японската компания "Танабе Ceillac", този метод произвежда 10 тона на месец аланин. Усъвършенстването на процеса включва използване като суровина амониев фумарат. В този случай, методът за производство на L-аланин се превръща в два етапа се осъществява в две последователни реакционни колони. Първият етап се превръща в амониев фумарат, L-аспартова киселина, която, без изолиране от реакционната среда във втория етап се подлага на декарбоксилиране на β-аланин за да се образува.

Използване имобилизирани клетки на Serratia marcescens и глюкоза синтезира треонин L-изолевцин и Corynebacterium glutamicum използвайки имобилизирани клетки - L-глутаминова киселина от L-глюкоза; L-триптофан - от индол; L-орнитин - L-аргинин от.

По този начин е възможно разширение на производството на аминокиселини от промени в технологията на промишлени биокатализатори и намаляване на разходите при производството им.

6. Получаване на органични киселини. Органичните киселини и техните соли са широко използвани в хранително-вкусовата, фармацевтичната, текстил, кожа, химическата, металургичната и други индустрии, така че тяхната подготовка е важна област на мащабна микробен синтез. Много киселини могат да бъдат получени както химично и микробиологично и Първият начин е за предпочитане, когато се използва киселина за технически цели, Втория канал - за целите на хранително-вкусовата промишленост и медицината.

източник на въглерод за микроорганизми, произвеждащи органични киселини са въглехидрати, органични киселини, алкохоли, алкани. Киселини често се секретират от клетките, когато растежа на културата по някаква причина става инхибира и стационарната фаза.

Факторите, които причиняват спиране на растежа на микробни култури могат да бъдат липса на минерали или витамини. В случай на органични киселини ограничи растежа на източник култури азот, като се използва прекомерно количество източник на въглерод (и енергия). синтез Интензивно киселина в стационарна фаза на растеж след изчерпване дефицит компонент продължава толкова дълго, колкото има присъстват в средата, докато въглероден източник и производство на жизнеспособни клетки. По същество това ви позволява да се разчита на широко използване на имобилизирани клетки препарати за производството на органични киселини.

Въпреки, че имотът да произведе една или друга органична киселина е широко разпространена сред микроорганизми, на практика за работа с конкретно избрани киселини или високопродуктивни мутанти, без синтезиране странични продукти. В тези случаи, добивите на органични киселини - по същество monoproduct процес - са високи: 90 млечна киселина, глюконова - 90-95, оцетна - 90-98, лимон - 85%.

Понастоящем седем органични киселини са налични в търговската мрежа, с лимонена, глюконова, ketoglyukonovuyu, итаконова, и ябълчна киселина, получена само от микробиологични и млечна и оцетна - химични и микробиологични методи.

Най-важното за промишлеността органична киселина е оцетна киселина. Той се използва в производството на влакна, фармацевтични продукти, инсектициди, хранително-вкусовата промишленост, като субстрат за производство на аминокиселини. Микробиологичен процес икономически жизнеспособни в случай на годни за консумация оцет (окисление на етанол Acetobacter). Производство на оцет (10% киселина) е 8-10 милиона евро. M3V година в света. Техническа оцетна киселина, получена чрез химичен синтез (карбонил-Ing метанол).

В зависимост от метода на обездвижване (адсорбция върху бук дървени стърготини, ТЮ2, ZrO 2, керамика, памук, йонообменни смоли, включително в гел на карагенан, колаген) производителността процес варира 60 пъти концентрацията на оцетна киселина варира от 20 до 110 г / л , оперативна стабилност на обездвижен биокатализаторът е 270 дни. Имобилизирани върху дървени стърготини, използвани в промишлеността Acetobacter; брой биокатализатори, получени чрез използването на други методи за имобилизация, изпитани успешно в растения и пилотни реактори.

Млечна киселина - първата от органични киселини, които са започнали да произвеждат чрез ферментация, в края на XIX век, промишленото производство на млечна киселина е установена с участието на млечно-кисели бактерии (Lactobacillus debrueckii, L.Leichmanii и L.bulgaricus). Млечната киселина се използва като добавка към храни, сокове, есенции и напитки, като окислител в хранително-вкусовата промишленост, в галванични, и в пластмаси, когато L (+) форма на киселината се полимеризират в полилактат. Трябва да се отбележи, че почти цялата млечна киселина, получена в Съединените щати се синтезира по химичен начин, в Европа се получава наполовина по време на ферментацията на глюкоза L.delbrueckii. За да се засили процесите на производство на млечна киселина се провежда изследвания относно прилагането на имобилизирани млечно-кисели бактерии, както и да се оптимизира дизайна на биореактори.

Млечнокиселите бактерии са имобилизирани чрез включване в различни гелове. За млечна киселина се предлага да се използва реактор мембранен реактор колона реактор колона кухи влакна с имобилизиран включване на бактерии гел калциев алгинат заедно с електродиализа клетка. Доказателство брои 50-100-кратно повишаване на производителността на процеса. Полуживотът на имобилизирания Са-базирани algenatbiokatalizatora L.delbrueckii е 100 дни.

Лимонена киселина се получава от меласа от микроскопични гъбички Aspergillus Niger. През 2000 г. й световното производство в размер на 175,000 тона. Се използва лимонена киселина като овкусител и консервиращи хранителни продукти за почистване и полиране на метали (хелатиращ агент), като пластификатор бои. естери на лимонената киселина, използвани в производството на пластмаси. В лабораторни условия, имобилизация се провежда в гелове A.niger Ca algenata, карагенан, агар, полиакриламид, чрез адсорбция на полипропиленови филми и плаки, включването на омрежен колаген мембрана с глутаралдехид. Използването на имобилизирани клетки води до увеличаване на скоростта на производство на лимонена киселина няколко пъти, оперативна стабилност на имобилизирания биокатализатора е 30 дни.

Лимонена киселина и изолимонена приготвено с помощта на дрожди Candida SP. Изолимонена киселина, и синтезира, използвайки Penicillium janthinellum (някои видове Penicillium синтезира диастереомер лимонена киселина - алоза -izolimonnuyu киселинно-Ls). В лабораторни условия, въведени Тед обездвижване на тези микроорганизми в Ca-алгинат и полиакриламиден гел.

Добри резултати за технологично приложение на имобилизирани клетки са показани в получаването на ябълчна киселина от микробен трансформация на фумарова киселина. От 1974 г., японската компания "Танабе Seyaku" започна промишленото производство на ябълчена киселина с помощта на включения СТРАНИЦА мъртъв Brevibacterium ammoniagenes клетки. През 1978 г., SDS бе заменен от карагенан, което позволи увеличение с 2,3 пъти в ефективността на биокатализатора и резервни V.ammoniagenes на по V.flavum е 2 пъти се увеличиха неговата ефективност. В резултат на това възможност да помогне веднъж подготвени партида обездвижен биокатализатор да получите до 100 тона на ябълчена киселина (в момента произвежда 180 тона). Продължителността на действие на имобилизирани клетки в полиакриламиден гел е около 60 дни, на базата на карагенан гел - до 160 дни до 6 дни за свободни клетки. Реализациите фумарат (1 М) - 70% време трансформация на цикъла - около 5 часа.

Глюконова киселина и лактон са продуктите на оксидация на глюкоза. Индустриалното производство на глюконова киселина от A.niger е създадена в началото на 20-те години. Добив ферментационни процеси (без клетки) до получаване на глюконова киселина е 95%, концентрацията на глюкоза - 150-200 г / л.

Глюконова киселина се използва като почистващо средство, нейните соли се използват в медицината, и лактонови - като подкислителят в хранително-вкусовата промишленост. Производни на глюконова киселина - 2-и 5-ketoglyukonovuyu ketoglyukonovuyu киселина - произведени от микроорганизми Pseudomonas SP, Gluconobacter SP, Acetobacter сп ... , И на процеса за производство на 2-ketoglyukonovoy киселина, въз основа на свободна клетка, намираща индустриално приложение. От 5-ketoglyukonovoy киселина, получена чрез химичен хидрогениране на L-idonovaya киселина, и от там се извършва ензимната синтеза на 2-ketogulonovoy киселини са междинни съединения за производството на аскорбинова киселина.

Обездвижване на микроорганизми, произвеждащи глюконова и 2-ketoglyukonovoy киселини се извършва чрез методи на адсорбция (използвайки адсорбенти като найлонови влакна, керамика, анионобменен Амберлит) и включването на карагенан гелове, Са-алгинат, колаген PAGE.

Най-ефективните биокатализатори, получени методи включване в еластични гелове PAGE или Ca-алгинат при използване на тях са били прилагани процеси на преобразуване на глюкоза, с концентрация от 200 г / л с производителност до 10 г / л × часа (в зависимост от глюконова киселина), продължителността на експлоатация на имобилизирани клетки достигна 200 дни.

Итаконова киселина, използвани в производството на пластмаси и бои се получават с висок добив от глюкоза чрез A.terreus гъби (процесът чрез свободни клетки въведени в промишлена практика в СССР). В лаборатория ниво проведено имобилизация A.terreus PAGE и чрез адсорбция върху порести мрежести дискове от неръждаема стомана. В последния случай, неизползван реактор диск: концентрация итаконова киселина достигна 20 г / л, Реакторът се задейства без промяна на производителността, която възлиза на 1 г / LH, до 30 дни.

7. Получаване на антибиотици. Използването на биокатализаторите базирани на имобилизирани клетки доведе до голям успех в областта на производство на антибиотици. Колко важно е областта на биотехнологиите, свързан със синтеза на антибиотици, може да се види ясно от стойността на глобалните продажби на четирите най-разпространени групи (пеницилини, цефалоспорини, тетрациклин и еритромицин (което означава, че продажбата за хуманната и ветеринарната медицина): през 1978 г. той възлиза на повече от $ 4 ррв ., през 1980 г. - около 7 милиарда долара през 1985 -.... около 8 милиарда долара (обем продукция превишена 60 хиляди тона годишно.), повече от 20 милиарда в 2000 долара ..

Значението и мащаба на производството на антибиотици, поради тяхното използване в хуманната и ветеринарната медицина като антимикробно и противоракови лекарства. С тяхна помощ, контролиран растеж на растенията, и там е борба с болестта.

Нови поколения синтетични антибиотици са сложни химична структура на материята, следователно, методи за получаване на базата на общия химичен синтез не могат да се конкурират с методите, които използват микроорганизми. Шест рода нишковидни гъби синтезират около хиляда различни антибиотици, включително пеницилини и цефалоспорини. Два вида бактерии синтезират nefilamentoznyh 500 вида антибиотици, както и три вида актиномицети - около 3 000 вида. Броят на известните антибиотици се увеличава с няколко стотин всяка година.

От средата на 60-те години, изследователите са се преориентирали от търсенето на нови антибиотици с изменението на съществуващите структури. Това е особено характерно за пеницилини и цефалоспорини, чиято структура включва В-лактамен пръстен. Химическа модификация на б-лактамов пръстен ( "добави", за да го всеки химичен група) ви позволява да получите нови видове антибиотици; те се наричат ​​полусинтетично.

Ключови междинни продукти за полусинтетични антибиотици пеницилин е 6-аминопеницилинова киселина (6-АРА)

Получаване на 6-АРА в индустрията чрез химична хидролиза на пеницилин е много трудно поради изключителната нестабилност на лактамния пръстен на молекулата. По този начин, чрез алкална хидролиза на добив бензилпеницилин 6-АРА е само 1%. Ефикасността на този процес може да се увеличи значително в резултат на използването на хидролизата на имобилизирани бактериални клетки, съдържащи пеницилин ацилаза.

От втората половина на 70-те години на XX век. всички 6-АРА, произведен в Съветския съюз, а голяма част от 6-АРА, получена в Италия направена с помощта на имобилизирани ензими.

На италианските фирми използван ензим, обездвижен от включването на E.coli клетки в целулозен триацетат влакна, в руските предприятия, които използват бактериални клетки обездвижени в полиакриламиден гел. Отиди на технологиите използващи имобилизирани бактериални клетки осигурява висок добив на 6-АРА, е 80-85%. Според японски изследователи, време пеницилин semiinactivation съдържащи се в полиакриламиден гел имобилизирания бактериални клетки е 42 дни при 30 ° С или 17 дни при 40 0 С

Въведение в индустрията биокаталитичната технология на производство на 6-АРА е довело до значително увеличаване на полусинтетични пеницилини за освобождаване и да намалят разходите си.

За промишлени биокатализатори за преобразуване с помощта на антибиотици имобилизира клетки на микроорганизми, като се включат PAGE, глутаралдехид омрежен желатин гел свързване с глицидилметакрилат използване глутаралдехид. По същество антибиотични когато трансформирани клетки от разнообразие от ензими се използват, само един от тях. Поддържане на жизнеспособността на клетките не е задължително, активността на катализатора може да се увеличи с счупи клетъчни стени, служители дифузионни бариери по пътя на субстрата за ензима.

Въпреки това, простотата на изискванията за системата при имобилизация не е необходимо да се поддържа жизнеспособността на клетките е видно. По-специално, включването само на гел E.coli клетки води до бързото инактивиране на биокатализатора поради извличане на ензима по време на подготовката на гела. В това отношение, е разработен метод за да позволи PAGE клетки предварително модифициран мономери в разтвора от бифункционален реагент омрежване.

Когато E.coli клетки в алгинатни гелове съгласно стандартни процедури на съдържанието на полимер се конкурира за свързване с калциеви йони. Резултатът е клетъчно лизиране, нарушаването на интактни клетъчни структури. Стабилността на биокатализатора илюстрират "Spofa" твърди катализатори, получени от E.coli клетки унищожени.

Рязко увеличение стабилност може да се постигне след "фиксиране" Модификация на клетъчната повърхност преди контакта им с разтвор, съдържащ калциеви йони. Тази фиксация драстично променя картината на ултраструктурата на имобилизирани клетки, те успяват да поддържат структурно непроменени.

Лек ефект на E.coli клетки от органични разтворители, на мястото на водата в клетката води до промени в пропускливостта на клетъчната стена по-голям достъп на субстрата да се ускори вътреклетъчни ензими и изтегляне на продукта, при запазване на целостта на клетъчните листове, и като резултат, активността на биокатализатора и стабилността се увеличи значително. Въздействието върху клетките по време на растеж (температура фактор, химични агенти) също осигурява микроорганизъм с повишена пропускливост на клетъчните мембрани. Активността и стабилността на имобилизиран биокатализатора чрез такива клетки се увеличава.

За обездвижване на микроорганизми, осъществяващи биосинтезата на антибиотици, се използват различни методи - включително в страницата гелове на калциев алгинат, карагенан, агар, колаген, включително в кухо влакно, адсорбция върху зеолит, полиуретанова пяна, поликарбонат, найлон, полисулфон, стомана. Биосинтезата на антибиотици през имобилизирани клетки не още на промишленото значение, но изследвания в тази посока са интензивно.

8. Преобразуване на стероиди. Един от първите работи посветени на имобилизирани клетки, се отнася до превръщането на стероиди (IT разгледани хидроксилирането на стероид кортексолон). В момента всички големи ензимни процеси, използвани в стероид химия, изпълнени с имобилизирани клетки: 1.2-дехидрогениране, 11 и 11-а - б-хидрокси-мент, стереоспецифична-б-17 за събиране на вземания, 20 и 20-a- б-възстановяване, деацетилиран, стероли и някои други трансформация. Спешната необходимост да превърне използването на имобилизирани клетки се дължи на факта, че stereotransformiruyuschie ензими, особено хидролази и hydrogenase, са много лабилни, те са трудни за изолиране и пречистване. Имобилизираните клетки могат да бъдат в тези случаи, "носител" активни и стабилни системи multienzyme регенериране кофактори, необходими за тях.

Промишлени синтез на много лекарства на базата на стероиди е станало възможно с разработването на методи за микробиологично трансформация. Като суровини за индустриални процеси използват естествените стероли, изолирани от различни органи на растения или животни.

Трансформацията се провежда при използване на стероиди различни микроорганизми, за блокиране, която предлага широк набор от техники.

Максималната активност и стабилност в непрекъснат (течност) се наблюдава в клетката на реактора, адсорбиран върху керамичен носител, в партиден реактор - в клетки, включени в страницата. В случай на имобилизацията PAGE semiinactivation период е 5 месеца. (160 цикъла на преобразуване) при запазване на 95% конверсия на хидрокортизон до преднизолон. Почти всички медии (с изключение на карагенан) дехидрогеназа активност се запазва на ниво от активността на имунните клетки, и имобилизирани клетки остават жизнеспособни състояние.

Трансформация на стероиди е един пример на процеси, изпълнявани в индустрията, на базата на използване на имобилизирани клетки.

Тя се развива интензивно методи за използване на неразтворими микрокристални стероидни субстрати за имобилизирани клетки. В тези случаи се прилага дисперсията и смилане на субстрата, и да го превърне в водоразтворимо състояние (чрез циклодекстрин). Също така е осигурен нов метод на провеждане на реакциите, свободни и имобилизирани клетки и за двуфазна воден-органични системи. Така клетки локализирани във водната фаза (в гранулите на носителя) и малко изложени на органичен разтворител, несмесващ се с вода.

Различните видове бактерии Nocargia SP използват като катализатор в дехидрогенирането на стероиди бензен и хептан., Блокирана в хидрофобен носител. Бактериите са включени в хидрофобни гелове (уретанови полимери) имат по-висока активност и стабилност от тази в хидрофилна среда, която субстрата се определя схема на разпределение между гела и околната разтворителя.

Накрая, трябва да споменем още една възможност на стероиди използване субстрат неразтворим, когато клетките и частици субстрат едновременно включват гел зърна (алгинат, агар, агарозни). След трансформация на цикъла разрушава гел мъниста, клетките се отстраняват чрез центрофугиране и рециклирани и продуктът (преднизолон) се екстрахира от супернатанта на органични разтворители.

9. Получаване ензими. От гледна точка на прилагането на обездвижване рана клетки може да се говори за пръв път за получаване на извънклетъчни ензими на (производство в света, е стотици хиляди тона годишно), включително търговски важни са амилаза, целулоза, хемицелулоза, пулуланаза, декстраназа, пектиназа, лактаза, липаза протеаза. Вътреклетъчни ензими - глюкоза оксидаза, каталаза, аспарагиназа, pennitsilin-ацилаза, инвертаза, В-галактозидаза, глюкозна изомераза, която изисква избор на микроорганизма унищожаване производство на клетъчна стена, получен чрез имобилизирани микроорганизми непрактично.

В действителност, на трите класически методи на отглеждане на микроорганизми - на течни среди (дълбоки), на солидна захранващото неправителствена медии (повърхностно) и непрекъснато култивиране - като последните две кутията с някои резерви да бъдат приписани на практиките, свързани с използването на имобилизирани клетки, които свързан към неразтворим субстрат (източник на въглерод) или на разделени от желания продукт за бъдеща употреба (рециклирани).

10. Използването на имобилизирани клетки за депониране. Използване на различни органични отпадъци, течни изхвърляния на различните отрасли, селското стопанство, ежедневните човешки дейности е изключително достъпна и остър проблем, решаването на който да допринесе за биотехнологично (микробиологични) методи не може да се надценява. Основна роля в игра за пречистване на вода микро-деструктори пестициди, повърхностно активни вещества, ксенобиотици и др на замърсяване с нефт Микробиологично отпадни води също допринася за получаване на енергия от алтернативни източници и суровини, като продукт на лечение в много случаи е биогаз (смес от метан и въглероден двуокис в съотношение 3: 1). Мащабът на някои от биологично пречистване обработва огромен: вече има биореактор 4000-5000 M3i горе.

В биотехнологиите базирани пречистване на отпадъчните води са два подхода, единият от които се използват аеробни, и в другата - анаеробни микроорганизми. Аеробната лечение се използва активна утайка (биофилм), който е натрупването на различни организми, видов състав на която се управлява от специфичните екологични условия. В по-голямата част от случаите, в развитите страни се използва аеробно третиране.

Активна утайка е тъмнокафяво люспи до стотици микрона, и се състои от около 70% от живите организми и съставлява около 30% от неорганични частици. Живите организми заедно с твърд носител, към който те са прикрепени, образуват така наречените симбиотични организми zoogloeas популации общо покрити лигавица. Zoogloeas могат да бъдат получени както от флокулация и клетъчна адхезия върху опорната повърхност. Микроорганизми, принадлежащи към активната утайка, принадлежат към различни родове: Actinomyces, Actinobacter, Bacillus, Corynebacterium , Desulfiomaculum, Microcjccus, Pseudomonas, Sarcina и други, които окисляват алкохоли, мастни киселини, парафини, ароматни, нафтени, феноли, се провежда разграждане на маслото (феноли и формалдехид в ниски концентрации инхибират растежа на микроорганизми).

Аеробни процес пречистване на отпадъчните води се основава на система от две устройства: резервоара за аерация и вторичен утаител. Аеротанка - отворена структура, през която преминава газобетон отпадъчни води и преустановяване на активната утайка в резервоара за утаяване се прави на вода след края на лечението. Прилагане на активна утайка съгласно тази технология се отнася по същество до методите, свързани с използването на имобилизирани клетки. Въпреки това, в допълнение има методи за използване на промишлен активна утайка, която се използва в имобилизация на "чиста" форма. Тя е за биофилтри, представляващи капацитета на потока с принудителна или естествена циркулация, съдържащ консорциума на активната тиня клетки, прикрепени към повърхността на порест подкрепата, която е с достатъчна механична якост на керамика, камък, чакъл, пясък, разширена глина, рашигови пръстени, стъклени влакна, с нажежаема жичка синтетичен влакна, метални, полимерни материали.

Дълбочината и скоростта на пречистване на отпадъчните води в биофилтри по-висока, отколкото в биобасейните (скорост 10-15 пъти по-висока и достига почти пълно изчистване), но органично съдържание в пречистената вода не трябва да надвишава 500 мг / л (в противен случай е трудно да се постигне пълно проветряване биофилтър) Нещо повече, на отпадъчните води преди биофилтър трябва да бъде почистена от частици от материал, в противен случай бързо запушват биофилтри и утаяване се случва. Биофилтри са полезни за лечение на местната канализация.

През последните години строителството на подобрени биологични филтри, като се използва като носител фина полимерна или метална мрежа. увеличаване на биомасата на клетки в кухините в рамките на порести полиестерни подложки, подложки, държани в реактора с помощта на мрежи и периодично отстраняват от реактора. Гъстата биомасата се отцежда и празните дистанционните отново се връщат в реактора. Стартиране на промишлени биофилтри и аерацията в операцията обикновено отнема десет дни, по същото време на непрекъсната работа на десетки месеца.

Анаеробни методи за пречистване, които обикновено се използват за лечение на отпадъчни води и утайки силно съдържащ голямо количество органични вещества. Процесът на ферментация се осъществява в биореактори. Анаеробни преобразуване на органични вещества се извършва под въздействието на бактериална флора (тя се състои от до хиляди микроорганизми) в четири последователни етапа: хидролиза фаза (разделяне) на биополимерни молекули (протеини, липиди, полизахариди и други), на по-прости, например, мономери, аминокиселини, въглехидрати и други; мономер фаза на киселини ферментация и нисши алкохоли, амоняк, сероводород; acetogenic фаза (образуване на Н 2, CO 2, формиат, ацетат); директно метаногенните фаза, което води до разцепване на крайния продукт - метан. В допълнение към метан, въглероден диоксид е продукт (смес от форми на биогаз). В резултат на metannogennogo консорциум от микроорганизми е рязък спад в концентрацията на органични замърсители в отпадъчни води или отпадъци с едновременно образуване на биогаз, който след това може да се използва като енергиен или въглероден субстрат за микробен синтез (кърмата) на биомаса. Активно използване на метаногенезата в ферментация на органични отпадъци е, в съответствие със съвременните концепции, един от най-обещаващите начини за съвместни решения на екологичните и енергийни проблеми.

Конструкционное оформление метантанков весьма разнообразно, в общем случае это строго герметичный ферментер объемом до нескольких сотен кубометров с перемешиванием и рубашкой для обогрева, работающий в периодическом режиме загрузки отходов или сточных вод с постоянным отбором биогаза и выгрузкой твердого осадка по мере развития процесса. Обеспечение задержки (фиксирования) клеток в объеме метантенка при его работе и выгрузке позволяет значительно интенсифицировать процесс и увеличить выход биогаза.

Эффективность действия метантанков с иммобилизованными клетками в 2.5-3 раза выше, чем со свободными (во столько раз увеличивается выход биогаза с единицы объема метантенка), недостатком процессов с иммобилизованными клетками является то, что они приспособлены для переработки растворимой органики. С этой точки зрения метантенки с иммобилизованной биомассой чрезвычайно удобны для обработки сточных вод предприятий пищевой промышленности, например молокоперерабатывающих, спиртовых заводов, целлюлозно- бумажных производств и т.д. (их стоки не содержат значительного количества взвесей).

Важную роль в процессах очистки сточных вод играет денитрификация, осуществляемая, например бактериями Pseudomonas sp . Сущность денитрификации отражает схема:





; Дата: 06.28.2015; ; Прегледи: 862; Нарушаването на авторските права? ;


Ние ценим Вашето мнение! Беше ли полезна публикуван материал? Да | не



ТЪРСЕНЕ:


Вижте също:



zdes-stroika.ru - Studopediya (2013 - 2017) на година. Тя не е автор на материали, и дава на студентите с безплатно образование и използва! Най-новото допълнение , Al IP: 66.102.9.22
Page генерирана за 0.1 сек.