Биологически активные вещества. Состав дрожжевых липидов

Размещено на http://www.allbest.ru

1. Основные виды биологически активных веществ. Краткая характеристика продуктов липидной природы. Области применения

Биологически активные вещества - химические вещества, необходимые для поддержания жизнедеятельности живых организмов, обладающие высокой физиологической активностью при небольших концентрациях по отношению к определенным группам живых организмов или их клеткам, злокачественным опухолям, избирательно задерживая (или ускоряя) их рост или полностью подавляя их развитие.

Природные БАВ образуются в процессе жизнедеятельности живых организмов. Они могут образовываться в процессе обмена веществ, выделяясь в окружающую среду (экзогенные) или накапливаться внутри организма (эндогенные). Эффективность синтеза БАВ зависит от физиологических особенностей живых организмов, экологических факторов.

К экзогенным природным БАВ можно отнести:

колины - органические соединения, выделяемые высшими растениями через корневую систему, вызывающие угнетение низших растений;

фитонциды - летучие органические соединения, выделяемые высшими растениями в атмосферный воздух, вызывающие гибель патогенных микроорганизмов;

антибиотики - органические вещества - продукты жизнедеятельности микроорганизмов в процессе обмена веществ, выделяющиеся в окружающую среду или накапливающиеся внутри клетки, подавляющие или угнетающие другие виды микроорганизмов;

маразмины - органические вещества, выделяемые микроорганизмами, вызывающие угнетение низших растений.

Воздействие одних живых организмов на другие за счет продуцирования БАВ называется аллелопатией.

Микотоксины - биологически активные вещества, вырабатываемые грибами (рода Fusarium, Aspergillus и др.) в процессе обмена веществ, которые выделяются в организм высших растений (злаковых) при их совместном развитии, и вызывающие заболевание последних. Опасность микотоксинов связана с их устойчивостью при хранении, термической обработке, способностью быстро распространяться в органах и тканях организма, вызывая ингибирование синтеза белка, поражение сердечно- сосудистой системы, клеток костного мозга, лимфатических узлов. Многие микотоксины обладают канцерогенными свойствами.

К эндогенным БАВ можно отнести: белки, жиры, углеводы, аминокислоты, витамины, ферменты, гормоны, красители.

Белки - природные полимеры, молекулы которых построены из остатков аминокислот. По своему строению белки делятся на простые и сложные. Протеины (от греч. protas - первый, важный) представляют собой простые белки. К ним относятся альбумины, глобулины, глютемины.

Протеиды относятся к сложным белкам, которые кроме белковых макромолекул содержат в своем составе небелковые молекулы. К ним относятся нуклепротеиды (кроме белка содержат нуклеиновые кислоты), липопротеиды (кроме белка содержат липиды), фосфолипиды (кроме белка содержат фосфорную кислоту). Белки играют ключевую роль в жизни клетки. Они необходимы для образования клеток, тканей организма, составляют основу биомембран, а также поддержания жизненных функций живых организмов. Белки выполняют каталитические (ферменты), регуляторные (гормоны), транспортные (гемоглобин, миоглобин), структурные (колаген, фиброин), двигательные (миозин), защитные (иммуноглобулин, интерферон) функции, позволяющие снизить риск инфекционных или стрессовых ситуаций, а также запасные (казеин, альбумин), биоэнергетические функции. В свою очередь биологическая активность белков тесно связана с аминокислотным составом. В состав белков входят 20 аминокислот и два амида (аспаргин, глутамин). Растения и большинство микроорганизмов способны синтезировать все входящие в их состав аминокислоты из простых веществ - углекислоты, воды и минеральных солей. В организм животных и человека некоторые аминокислоты не могут синтезироваться и должны поступать в готовом виде как компоненты пищи. Такие кислоты называются незаменимыми. К ним относятся: валин, лейцин, изолейцин, лизин, метионин, треонин, триптофан, фенилаланин. Длительное отсутствие в организме хотя бы одной незаменимой аминокислоты приводит к тяжелым заболеваниям человека и животных. Все необходимые аминокислоты должны содержаться в белках в определенных соотношениях, отвечающих потребностям данного организма. Если хотя бы одна аминокислота содержится в недостатке, то другие аминокислоты, оказавшиеся в избытке, не используются для синтеза белков. Биологически полноценными считаются белки, имеющие оптимальное содержание аминокислот.

Недостающее до нормы количество какой-либо аминокислоты балансируют добавлением "чистых" препаратов дефицитных аминокислот или белковой массы, имеющей более высокое содержание данной аминокислоты по сравнению с эталоном. В растениях концентрация белковых веществ варьируется в зависимости от условий выращивания, климата, погоды, типа почвы, агротехники и других. Высокой интенсивностью синтеза белков отличаются многие микроорганизмы, причем белки микробных клеток имеют повышенное содержание незаменимых аминокислот.

Витамины - низкомолекулярные органические вещества, обладающие высокой биологической активностью и выполняющие роль биорегуляторов. Биологическая активность витаминов определяется тем, что они в качестве активных групп входят в состав каталитических центров ферментов или являются переносчиками функциональных групп.

При недостатке этих веществ понижается активность соответствующих ферментов и, как следствие, ослабляются или полностью прекращаются биохимические процессы, происходящие с участием данных ферментов, что приводит к серьезным заболеваниям. Организмы человека и животных не способны к синтезу витаминов. Основным источником их поступления в организм человека и животных являются растения и микроорганизмы, которые синтезируют почти все витамины (за исключением В12). Почти все витамины содержат гидроксильную группу (-ОН) или карбонильную группу (-С=О). Различают жирорастворимые и водорастворимые витамины.

Липиды - это сложная смесь органических соединений с близкими физико-химическими свойствами, которые участвуют в построении клеточных мембран. Являются обязательным компонентом клетки. Их общий признак - наличие в молекуле длинноцепочечных углеводородных радикалов и сложноэфирных группировок. По химической природе жиры представляют собой эфиры глицерина и жирных кислот, которые отличаются по природе жирных кислот.

В растениях жиры накапливаются в плодах и семенах, в животных и рыбах - концентрируются в подкожных жировых тканях, брюшной полости и тканях, окружающих многие важные органы (сердце, почки), а также в мозговой и нервных тканях. Длительное отсутствие в живом организме приводит к нарушению центральной нервной системы, снижается устойчивость к инфекциям, сокращается продолжительность жизни. Для извлечения липидов необходимо разрушить их связь с белками, углеводами и другими компонентами клетки. При извлечении из природного сырья липидов получают смесь, состоящую из липидов и жирорастворимых веществ (пигменты, витамины, стероиды).

Ферменты (лат. fermentum - закваска), или энзимы (enzime - дрожжи) - биокатализаторы белковой природы, ускоряющие обмен веществ в клетках и имеющие молекулярную массу от 15000 до 1000000.

Различают однокомпонентные (мономерные) ферменты, состоящие только из белка (?складчатых? полипептидных цепочек), и двухкомпонентные, состоящие из белковых макромолекул и небелковых молекул. Активность фермента определяется структурой белковой части. Ферменты используются в различных областях практической деятельности человека как биологические катализаторы. Основным поставщиком ферментов долгое время были грибы. В настоящее время все более широкое применение находят ферменты бактерий. Уровни накопления ферментов в клетках могут быть повышены в 100-1000 раз путем генетического обмена и подбора питательных сред. Культивирование продуцентов ферментов экономично только тогда, когда ферментационные циклы коротки, сравнительно дешевы питательные среды, а также высока специфичность внутри- или внеклеточных ферментных белков. Микробные ферменты используются как терапевтические средства при проведении клинических анализов, а также в качестве кормовой добавки (0,1-1,5% от сухой массы кормов) для улучшения эффективности использования растительных кормов (зерна, силоса, грубых кормов и др.) сельскохозяйственными животными, содержащих трудноперевариваемые вещества: клетчатку, лигнин, гемицеллюлозу. Так, например, у жвачных животных клетчатка переваривается на 40-65%, растительные белки на - 60-80%, липиды на - 60-70%, крахмал и полифруктозиды на - 70-80%. Кроме того, ферментные препараты используются при приготовлении кормов методом силосования для ускорения молочно-кислого брожения.

Липиды -- большая группа природных веществ, разнообразных по химической структуре и физико-химическим свойствам. Имеется несколько трактовок понятия липиды и различных схем их классификации, основанных на свойствах этих веществ. Общее свойство липидных соединений -- способность растворяться в эфире, хлороформе и других органических растворителях (но не в воде).

Липиды по строению можно подразделить на две большие группы.

1. Простые липиды, или нейтральные жиры, представленные у большинства организмов ацилглицеринами, т. е. глицериновыми эфирами жирных кислот (свободные жирные кислоты встречаются в клетках лишь как минорный компонент). 2. Сложные липиды, к которым относятся липиды, содержащие фосфорную кислоту в моно- или диэфирной связи, -- это фосфолипиды, в число которых входят глицерофосфолипиды и сфинголипиды. К сложным липидам относятся соединения, связанные гликозид-ной связью с одним или несколькими остатками моносахаридов, или гликолипиды, а также соединения стероидной и изопреноидной природы, в том числе каротиноиды.

До 20-х годов нашего столетия липиды, особенно нейтральные, рассматривались лишь как запасной материал, который возможно без особого ущерба для жизнедеятельности организма заменить другими, равными по калорийности веществами. Первое доказательство того, что липиды содержат физиологически необходимые для высших животных соединения, получено в 1926 г. голландскими исследователями Ивансом и Буром. Несколько позднее было установлено, что этими соединениями являются полиненасыщенные жирные кислоты (линолевая, линоленовая и арахидоновая) -- физиологически необходимые для большинства живых организмов (витамин F).

В дальнейшем было установлено, что и в клетках микроорганизмов липиды выполняют самые различные биологические функции. Они входят в состав таких ответственных структур, как клеточная мембрана, митохондрии, хлоропласты и другие органеллы. Липопротеиновые комплексы играют важную роль в процессах метаболизма. С ними в значительной мере связаны активный перенос различных веществ через пограничные мембраны и распределение этих веществ внутри клетки. С составом липидов во многом связаны такие свойства организмов, как термотолерантность и термофильность, психрофильность, кислотоустойчивость, вирулентность, устойчивость к ионизирующей радиации и другие признаки. Кроме того, липиды могут выполнять функцию запасных продуктов. К таковым относятся поли-в-гидроксимасляная кислота, образуемая многими бактериями, и ацилглицерины, в частности тридцилглицерин, накапливаемый в больших количествах некоторыми дрожжами- и другими представителями грибов.

Систематическое изучение липидов микроорганизмов началось с 1878 г. после сообщения немецких исследователей Нэгели и Лёв об образовании капель жира у дрожжей, растущих в условиях обильного снабжения кислородом. Общее количество липидов у микроорганизмов обычно колеблется от 0,2 до 10% от абсолютно сухих веществ клетки. Однако в условиях, благоприятных для накопления этих продуктов метаболизма, содержание липидов может достигать 60--70% от сухих веществ. Способностью к такому «сверхсинтезу» липидов обладают лишь некоторые представители микроорганизмов. Из мицелиальных грибов значительные количества липидов (40 - 70%) образуют представители родов PeniclUium, Rhizopus, Fusarium и некоторые другие. Примерно такое же количество липидов синтезируют дрожжи-- представители родов Cryptococcus, Rhodotorula, Lipomyces, Sporobolomyces. Из бактерий интересны микобактерии, способные накапливать до 40% липидов. У ряда бактерий количество полигидроксибутирата доходит до 60%, например у водородокисля-ющего вида Alcaligenes eutrophus. В определенных условиях культивирования до 60% и более липидов накапливают некоторые микроформы водорослей.

Максимальное содержание липидов у некоторых микроорганизмов

Состав липидов различных микроорганизмов часто неодинаков. У бактерий, как правило, много фосфолипидов. Микобактерии содержат значительные количества восков, а у архебактерий нейтральные липиды представлены простыми изопропилглицериновыми эфирами, т. е. не содержат в своем составе жирных кислот, наличие которых характерно для других организмов. Жирные кислоты у эубактерий обычно содержат от 10 до 20 атомов углерода (преимущественно 15--19). Среди них имеются насыщенные кислоты с прямой цепью углеродных атомов, мононенасыщенные с прямой цепью, с разветвленной цепью (изо- и анте-изо-), с циклопропановым кольцом и гидроксикислоты. Но у подавляющего большинства бактерий отсутствуют полиненасыщенные жирные кислоты, типичные для липидов эукариотных организмов.

Жирные кислоты микобактерий и родственных форм сложнее таковых у других бактерий. Кроме обычных жирных кислот микобактерий, коринебактерии и нокардии содержат в составе липидов своеобразные, характерные только для этих микроорганизмов миколовые кислоты, представляющие собой высокомолекулярные в-гидроксикислоты с длинной алифатической цепью в б-положении.

У грамположительных и грамотрицательных эубактерий (бацилл, клостридий, стрептококков, энтеробактерий и бруцелл) широко распространены жирные кислоты с циклопропановым кольцом.

Для актиномицетов и бацилл характерно высокое содержание разветвленных жирных кислот, количество которых достигает 80% от общей суммы жирных кислот.

Жирнокислотный состав липидов мицелиальных грибов во многом идентичен составу растительных масел. В связи с этим грибные липиды могут найти применение в различных отраслях народного хозяйства (сельское хозяйство, лакокрасочная промышленность, производство медицинских препаратов). В последние годы среди мицелиальных грибов обнаружены высокоактивные продуценты арахидоновой кислоты и разработан способ ее трансформации в некоторые простагландины (биологически активные вещества, представляющие собой производные полинепредельных жирных кислот, молекула которых содержит 20 углеродных атомов).

Из дрожжей наиболее изучен состав липидов у представителей родов Candida, Saccharomyces,, Rhodotorula, Cryptococcus. У сахаромицетов обнаружены жирные кислоты от C4 до С26. У аэробных и анаэробных культур Saccharomyces состав жирных кислот значительно различается. У дрожжей рода Rhodotorula жирные кислоты с длинной цепью (С22, С24, С26) встречаются чаще, чем у Lipotnyces и Cryptococcus. Состав жирных кислот в липидах водорослей аналогичен составу различных растений.

Наряду с внутриклеточными, некоторые виды дрожжей и мицелиальных грибов обладают способностью образовывать и внеклеточные липиды. Имеются описания нескольких форм липидов, обнаруженных в среде. В культурах Pullularia, Rhodotorula и Hansenula экстрацеллюлярные липиды имеют вид капель различного диаметра. При выращивании дрожжей Candida bogoriensis глубинным способом экстрацеллюлярные липиды обнаруживаются в виде капель различного диаметра и в виде длинных белых кристаллов. Исследования химического состава внеклеточных липидов показали, что дрожжами экскретируются четыре основных типа этих соединений:

1) полиоловые эфиры жирных кислот, в которых насыщенные, ненасыщенные и гидроксикислоты связаны эфирными связями с С5- и С6-полиолами;

2) сфинголипиды (тетраацетил С18-фитосфингозин и др.);

3) софорозиды гидроксикислот;

4) замещенные кислоты, например эритро-8, 9, 13-триацето-ксидокозановая кислота.

Триацилглицерины в Составе внеклеточных липидов не обнаруживаются. Сравнительное изучение вне- и внутриклеточных липидов Rhоdotorula glutinis показало существенные различия в их жирнокислотном составе. Во внутриклеточных липидах идентифицировано только шесть органических кислот (основная -- олеиновая). Кроме того, во внутриклеточных липидах отсутствовали С19, С20, гидроксистеариновая и гидроксиарахиновая насыщенные кислоты. Две последние в сумме составляют более 50 % всех жирных кислот внеклеточных липидов.

Между синтезом экстрацеллюлярньиС липидов и полисахаридов наблюдается обратная зависимость. При температуре культивирования ниже оптимальной у R. igtutinis происходит резкое торможение синтеза экстрацеллюляриых липидов и в среде накапливаются значительные количества экзополисахаридов. Такое же явление наблюдается в условиях низкого значения рН.

Многочисленными экспериментами показано, что дрожжевые липиды и продукты их переработки могут использоваться в самых различных отраслях народного хозяйства: в текстильной, керамической, кожевенной, металлообрабатывающей (прокат у Стального листа, протяжка проволоки, лужение жести) промышленностях. Дрожжевые липиды могут быть использованы также при производстве каучука, резины, фармацевтических препаратов, косметики, мыла, олиф, в процессах флотации руд и др. Наконец, как показали эксперименты, дрожжевые липиды могут найти большое применение в кормлении сельскохозяйственных животных и птиц. В этом случае из схемы производства липидов исключается процесс их экстракции из клеток - для кормовых целей используется богатая жиром биомасса микроорганизмов.

После второй мировой войны значительное число работ было направлено на изыскание возможности получения микробных липидов для пищевых целей. Шведский исследователь Лундин показал, что богатый физиологически необходимыми жирными кислотами дрожжевой жир (Rhodotocula gracilis) может с успехом использоваться кроме технических и на пищевые нужды. Рацион из 25 г жировых дрожжей может обеспечить организм человека 10 г липидов, 6 г белка и многими другими необходимыми веществами, что на 20 % удовлетворяет дневную потребность в этих соединениях.

Производство микробного жира для пищевых целей уже имело место в Германии во время первой мировой войны. В качестве питательной среды использовали мелассу или другие сахарсодержащие субстраты, продуцентом служил дрожжеподобный гриб Endomycopsls vemails. В пищу использовали богатую жиром биомассу, из которой готовили пасту, известную под названием «Эвернал» или «Мицета».

Комбинируя питательные среды, а также подбирая продуцент и условия его культивирования, можно получать липиды, по составу отвечающие требованиям различных отраслей промышленности и сельского хозяйства. Например, при кормлении птиц предпочтение отдается липидам, содержащим до 65--70% ненасыщенных жирных кислот. Микробные липиды, содержащие значительное количество жирных кислот с двумя двойными связями, возможно использовать для приготовления лаков и красок, а также для приготовления медицинских препаратов, способствующих предотвращению атеросклероза и тромбоза. Липиды с преобладанием насыщенных жирных кислот можно употреблять на производство технических смазок. В первых случаях таким требованиям отвечают липиды мицелиальных грибов и дрожжей Lipomyces lipoferus, а во втором -- липиды Candida humicola, выращенных на гидролизате древесины.

Резюмируя сказанное, следует отметить, что состав липидов (а отсюда и область их возможного использования) в большой мере обусловлен систематическим положением организма-продуцента. В то же время соотношение отдельных компонентов в составе липидов определяется спецификой используемого сырья и физико-химическими условиями культивирования. Эти закономерности липидогенеза весьма существенны при организации промышленного производства микробного жира, так как в конкретных условиях позволяют получать продукт строго определенного состава и свойств. Такой управляемый микробный синтез может удовлетворить требованиям, предъявляемым к липидам различными отраслями народного хозяйства

2. Микроорганизмы - продуценты липидов. Характеристика способов их культивирования

Из разных представителей микроорганизмов дрожжи обладают рядом свойств (быстрота роста, нетребовательность к составу среды, отсутствие токсинов, высокий выход липидов, их состав), позволяющих рассматривать их как наиболее перспективный на ближайшее время источник промышленного получения липидов.

В качестве продуцентов для промышленного получения липидов могут использоваться представители, по ряду признаков относящиеся к группе «жировых дрожжей». Жировыми, или липидными, дрожжами называют виды, способные в нормальных условиях роста синтезировать до 40 % липидов и более (по отношению к сухим веществам клеток).

У типичного представителя липидных дрожжей -- Cryptococcus terrlcolus обменные процессы направлены на преимущественный синтез липидов. Для большинства других дрожжей такой тип обмена не совсем обычен.

К липидобразующим дрожжам относят также некоторых представителей родов Lipomyces, Rhodotorula, Sporobolomyces и Trichosporon (L. starkeyi, L. lipoferus, R. gracilis, S. roseus, T. pullulans). Все эти дрожжи способны продуцировать значительные количества липидов. Однако в отличие от С. terricolus липидообразование их существенно зависит от условий культивирования и в первую очередь от соотношения соединений углерода и азота в среде. Общим для перечисленных микроорганизмов является строго аэробный метаболизм и неспособность к росту в результате брожений.

Таблица 1 - Состав дрожжевых липидов (%)

Среди отдельных фракций дрожжевых липидов наибольший удельный вес занимают триацилглицерины (таблица 1). Кроме того, обнаружены фракции фосфолипидов, стеринов и их эфиров, свободных жирных кислот, углеводородов и восков. Фракционный состав липидов дрожжей различных таксономических групп идентичен, отличия состоят лишь в количественном соотношении фракций. Аналогичный фракционный состав имеют липиды мицелиальных грибов и водорослей.

Наличие в дрожжевых липидах значительного количества ненасыщенных жирных кислот придает им сходство с растительными маслами (таблица 2). По соотношению основных жирных кислот липиды S. roseus довольно близки такому «экзотическому жиру», как пальмовое масло, и могут быть его заменителем.

Таблица 2 - Содержание основных жирных кислот в липидах

Близки дрожжевые липиды растительным маслам и по многим физико-химическим показателям. Так, йодное число, характеризующее степень ненасыщенности жира липидов L. lipoferus, близко к 60, показатель преломления 1,467, температура застывания около 18°С.

Липиды различных организмов подразделяются на две группы: 1) липиды, присутствующие постоянно; 2) липиды, количество которых непостоянно. Постоянно присутствующие в клетке липиды рассматриваются как ее необходимая составная часть; количество их не может уменьшаться ниже определенного предела, определяемого физиологическими особенностями организма. Липиды, содержание которых непостоянно, составляют, по-видимому, резерв питательных веществ, и количество их может быть весьма различным.

Кроме дрожжей как продуценты липидов в перспективе могут рассматриваться мицелиальные грибы и микроформы водорослей. Известный интерес (как источники специфических жирных, кислот, поли-р-гидроксибутирата, фосфолипидов и восков) представляют бактериальные продуценты.

3 Технологическая схема экстракционного выделения биожира из биомассы дрожжей с описанием технологии производства по стадиям

дрожжевая липиды биожир

Микробные жиры выделяют из биомассы дрожжей экстракцией органическим растворителем. Технологическая схема экстракционного отделения представлена на рис. 1. В подготовительном отделении сухую биомассу сначала направляют в увлажнитель-гранулятор 1, где увлажненные острым паром дрожжи продавливают через фильеры и влажные гранулы поступают на вальцы плющильного станка 2. Размер зазора между вращающимися вальцами определяет толщину получаемого лепестка, которая обычно составляет 0,1-0,2 мм.

Получаемые лепестки элеватором подают на распылитель ленточной сушилки 3, где они высушиваются до остаточной влажности 8-10% горячим воздухом. Сухие чешуйки с температурой около 800С проходят классификатор 4, где отделяются пыль и мелкая фракция. Отделенную пыль и мелкую фракцию возвращают на повторную грануляцию в аппарат 1, а готовые лепестки конвейером подают в противоточный экстрактор 5, в котором располагаются самовыгружающиеся сетчатые корзины. В экстрактор в режиме противотока лепестку подают растворитель, который извлекает из микробной клетки практически все липиды. Обезжиренную таким образом биомассу (биошрот) из последней корзины выгружают в приемную часть экстрактора и подают в десольвентор 6, снабженный вращающимися перфорированными тарелками и скребковыми приспособлениями. Под действием пара и высокой температуры в десольвенторе 6 происходит удаление из биомассы растворителя, который конденсируется в холодильнике-конденсаторе 7 и стекает в отстойник 13. Освобожденную от растворителя и частично подсушенную биомассу транспортером разгрузки десольвентора 6 передают на стадии грануляции и фасовки.

Полученный на стадии экстракции раствор микробных липидов - мисцелла из экстрактора 5 поступает на дистилляцию в аппарат 9, где происходит отгонка основного количества растворителя. Сконденсированные пары последнего поступают в отстойник 13, а концентрированную мисцеллу подают в отпарную колонну 8 пленчатого типа для окончательной отгонки остатков растворителя острым паром.

Выходящий из колонны 8 биожир с содержанием растворителя не более 0,4 мас.% направляют на стадию выделения и фракционирования липидов. В отстойнике 13 происходит расслоение фракций бензина и воды (если первый использовался в качестве растворителя), отделение водной фазы, которая в дальнейшем поступает на очистку, а растворитель направляют в ректификационную колонну 10 на окончательную очистку. Очищенный растворитель сливают в сборник 11, откуда насосом 12 возвращают на экстракцию.

Полученный биожир представляет собой коричневую или темно-коричневую вязкую почти застывшую массу. Имеет плотность 890-950 кг/м3. Содержит около 30% фосфолипидов и 45% неомыляемых веществ.

Такой биожир может быть переработан с получением пяти продуктов: технологической смазки на основе ацилглицеридов; концентрата фосфолипидов; жирных кислот; эргостерина; убихинона

Рис. 1 Технологическая схема отделения экстракции биомассы:

1 - увлажнитель-гранулятор; 2 - плющильный станок; 3 - ленточная сушилка; 4 - классификатор; 5 - экстрактор; 6 - десольвентор; 7 - холодильник-конденсатор; 8 - отпарная колонна; 9 - дистиллятор; 10 - ректификационная колонна; 11 - сборник; 12 - насос; 13 - отстойник.

Заключение

Круг вопросов, к решению которых привлекают биотехнологические методы и достижения, достаточно широк. Большинство из них прямо или косвенно связано с глобальными проблемами, стоящими перед современной цивилизацией, такими, как загрязнение окружающей среды, угроза экологического кризиса, истощение запасов полезных ископаемых, опасность мирового энергетического кризиса, нехватка продовольствия, борьба с болезнями.

Благодаря достижениям фундаментальных исследований в молекулярной биологии, биохимии, генетической инженерии и новейшим технологиям в биоиндустрии получают новые продукты заданного состава и качества, очищенные от экотоксикантов и обладающие не только питательной ценностью, но и профилактическими свойствами. Таким путем получена серия продуктов на основе сои, созданы бесхолестериновые и малохолестериновые спрэды («намазки») типа хальварина и «легкого» сливочного масла, а также безжирового мороженого.

Переработка растительной и микробной биомассы позволяет получать высококачественные белки, масла, пектиновые вещества, пищевые волокна, а также белок, сбалансированный по аминокислотному составу, и компоненты нуклеиновых кислот, необходимые для медицинской, пищевой, косметической и других отраслей промышленности.

Возникла новая научная дисциплина -- экологическая биотехнология, осуществляющая новейший подход к охране и сохранению окружающей среды. Разработаны технологии рекультивации почвы, биологической очистки воды и воздуха и биосинтеза препаратов, компенсирующих вредное влияние измененной окружающей среды на людей и животных. Одна из важнейших задач биотехнологии -- ограничение масштабов загрязнения нашей планеты промышленными, сельскохозяйственными и бытовыми отходами, токсичными компонентами автомобильных выхлопов. Современные научные исследования нацелены на создание безотходных технологий, на получение легкоразрушаемых полимеров, в том числе биогенного происхождения, а также на поиск новых активных микроорганизмов -- разрушителей полимеров (полиэтилена, полипропилена, полихлорвинила). Усилия биотехнологии направлены на борьбу с пестицидными загрязнениями -- следствием неумеренного и нерационального применения ядохимикатов. Ведутся разработки технологий по утилизации вредных выбросов (химикалии, нефть), загрязняющих воду и почву, и сельскохозяйственных отходов типа молочной сыворотки для получения пищевых и кормовых белковых продуктов, в том числе специальных препаратов, обогащенных, например, селеном дрожжей.

Повышение цен на традиционные источники энергии (природный газ, нефть, уголь) и угроза их исчерпания побудили ученых обратиться к альтернативным путям получения энергии. Роль биотехнологии в создании экономичных возобновляемых энергетических источников (спиртов, биогенных углеводородов, водорода) чрезвычайно велика. Эти экологически чистые виды топлива можно получать путем биоконверсии отходов промышленного и сельскохозяйственного производства. Перспективно продолжение исследований по усовершенствованию и внедрению процессов производства метана, этанола, созданию на основе микроорганизмов (и ферментов) элементов, эффективно производящих электричество, а также по организации искусственного фотосинтеза, в частности биофотолиза воды, при котором можно получать богатые энергией водород и кислород.

Развитие сельскохозяйственной биотехнологии на современном этапе направлено на решение таких глобальных проблем, как повышение плодородия почв, урожайности и качества сельскохозяйственной продукции; рекультивация сельскохозяйственных угодий; улучшение экологической обстановки, способствующей восстановлению биоценоза почв; повышение качества кормов и др. В области медицины весьма перспективной является разработка новых технологий использования молекулярных антител в области диагностики и лечения заболеваний, направленного транспорта лекарственных средств, трансплантологии органов, тканей, клеток, формирования нового класса медицинской техники -- индивидуальных биотехнологических систем для контроля состояния организма.

Особый интерес представляют принципиально новые направления, развитие которых предполагается осуществить в XXI в: электрохемитерапия, молекулярное моделирование, отдельные области клеточной инженерии (клеточная инкапсуляция, энергетические межклеточные взаимодействия).

Список использованной литературы

1. Биология культивируемых клеток и биотехнология растений/Под ред. Р. Г. Бутенко. - М., 1991;

2. Биотехнология / Под ред. А. А. Баева. -- М., 1988;

3. Биотехнология растений: культура клеток / Под ред. Р. Г. Бутенко -- М., 1989;

4. Бейли Дж.Э., ОллисД.Ф, Основы биохимической инженерии. -- М 1989.-Ч. II;

5. Бутенко Р. Г. Биология клеток высших растений in vitro и биотехнология на их основе. -- М., 1999;

6. Бутенко Р. Г. и др. Клеточная инженерия. -- М., 1987;

7. Блинов Н.П. Основы биотехнологии. -- СПб., 1995;

8. Мишустин Е.Н. Биотехнология. -- М., 1989;

9. Муромцев Г. С. и др. Основы сельскохозяйственной биотехнологии -- М., 1990;

10. Промышленная микробиология и успехи генетической инженерии -- М., 1984;

11. Рыбалъский Н.Г., Скуратовская О. Д. Белковая инженерия. -- М., 1990;

12. Сассон А. Биотехнология: свершения и надежды. -- М., 1987;

13. Сельскохозяйственная биотехнология/Под ред. В. С. Шевелухи -- М 1998;

14. Сидоров В.А. Биотехнология растений. -- Киев, 1990;

15. Фогарти М. и др. Микробные ферменты и биотехнология. -- М., 1986;

16. Шабарова З.А., Богданов А. А., Золотухин А. С. Химические основы генетической инженерии. -- М., 1994.

Размещено на Allbest.ru