Микробиологиялық синтездеу өнеркәсібі

Пән: Өнеркәсіп, Өндіріс
Жұмыс түрі: Курстық жұмыс
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 44 бет
Таңдаулыға:

ЖОСПАР

Кіріспе

1 Аналитикалық шолу

1. 1 Микроорганизмдер морфологиясы

1. 2 Микроорганизм продуценті

1. 3 Микроорганизмдер және тамақ өнімдері

1. 4 Шикізатқа сипаттама

1. 5 Көмірсудың лимон қышқылына тотығуы

1. 6 Лимон қышқылы өндірісі

1. 7 Ферментация процесінің беттік культивирлеу әдісі

1. 8 Ферментация түптік әдіспен культивирлеу

1. 9 Лимон қышқылын кристалл түрінде алу

2 Эксперименттік бөлім

2. 1 Тәжірбие әдістемесі

2. 1. 1 Ыдыстар мен қоректік орталарды залалсыздау әдістері

2. 1. 2 Егіс материалын дайындау

2. 1. 3 Лимон қышқылын алу

2. 2 Тәжірбие әдістемесі

Қорытынды

Қолданылған әдебиеттер

Кіріспе

Жұмыстың актуальділігі: Микробиологиялық синтез биотехнологияның ғылыми-техникалық революцияның магистральды бағыттарының маңызды құрам бөліктері болып табылады.

Микробиологиялық синтездеу өнеркәсібі - биологиялық техниканың ең негізгі және көне облысы болып табылады. Микробиологиялық синтез, немесе, микробиологиялық технологияның қазіргі атауын адамға бағалы өнім ретінде микроорганизмдер мен олардың шикізат өнімдерін өңдеу әдісі мен процестерін зерттеу.

Лимон қышқылы алғаш рет өндірістік масштабта цитрусты өнімнен алынды.

Сулы ерітіндіден бір молекулалы сумен түссіз түрде мөлдір кристалл ромбиті формада кристализацияланады.

Лимон қышқылы тамақ, химия, текстиль өндірісінде кеңінен қолданылады. Әлемде лимон қышқылын 400 мың тонна/жылына өндіреді екен. Лимон қышқылы ауыл шаруашылығында қолданады, арам шөптерді жоюға қолданатын зат гербицидтер деп аталады.

Лимон қышқылы өндірісін үлкен масштабта өндіру мүмкіндігі ол микробиологиялық синтез әдісімен әр түрлі көміртегінде көбінесе көмірсу мен көмірсутегінде алынады

Микроорганизмдерді культиверлеуге негізделген өнеркәсіптік өндірістің түрлі жақтары бар Микробиологиялық синтезбен химиялық жолмен алынбайтын, немесе қиын болатын өнімдерді алады . Технологиялық қатынаста микробиологиялық процестер химиялықтан айрықшаланады . Микроорганизмдер арзан және қолайлы шикізатпен халық шаруашылығында экономикалық эффектілі өнімдерді шығарады.

Микробты синтез өнімін алу үшін культивирлеу режимін қосқанда жеке жағдайда модифицирлеу қолданылады, қоректік ортаның ерекшілігі, арнайы технологияда соңғы өнімді бөліп алады.

1 Аналитикалық шолу

1. 1 Микроорганизмдер морфологиясы

Сыртқы пішініне қарай бактериялар негізінен үш топқа бөлінеді: шар тәрізділер - коккалар, таяқша тәрізділер - бактериялар, бацилалар және спирал тәрізділер - бибриондар, спириллалар .

Шар тәрізді бактериялардың жеке-жеке турлері коккалар делінсе, екі - екіден қосақталған түрлері - диплококкалар, өз ара тіркескен, моншақ тәрізделгендері - стрептококкалар, төрт-төрттен тіркескендері -тетракоккалар делінеді де, сегіз-сегізден текшеленгендері - сарциналар делінеді. Ал олардың стафилакоккалар деп аталатын бір тобындағы шар тәрізді бактериялардың орналасуы жүзімнің шоқ жемісіне ұқсайды.

Таяқша тәрізді бактериялар ұзындығына, диаметріне, клеткалар ұшының пішініне, споралардың түзілуіне қарай бірнеше топтарға бөлінеді. Спора түзуші топтарын - бациллалар, ал түзбейтіндерін - бактериялар деп атайды. Таяқша тәрізді бактерияларды клеткаларының орналасу тәртібіне қарай бірнеше топтарға бөледі: диплобацилалар немесе дипло-бактериялар - екі-екіден қосақтала орналасқан таяқша тәрізді бактериялар. Стрептобактериялар - моншақ тәрізді тізіле орналасқан таяқша тәрізді бактериялар. Кейде пішіні шар тәрізді бактерияларға тым ұқсас, таяқша тәрізді бактерияларды да кездестіруге болады. Оларды коккобактериялар деп атайды. Спора түзетін клеткалары тізбектеле орналасқандарын стрептобацилдар деп атайды.

Спора түзу барысында талшықтар түсіп қалады. Бактериялардың қозғалысына температураның жоғарылауы мен төмендеуінің түрліше әсері бар. Сонымен қатар ортада әр түрлі улы заттардың болуы талшықтардың қимылдау қабілетін жояды.

Бактериялардың қозғалу жылдамдығы түрліше болады. Мәселен, пішен таяқшасы секундына 10 микрон, оба вибрионы - 30 микрон, ал қозғала алатын басқа түрлері осы уақытта шамамен 2-10 микрондай қашықтыққа қозғала алады.

Бактериялардың көбеюі. Бактериялар бөліну арқылы көбейеді. Бөліну кезінде клетканың ортасынан біртіндеп қалқанша пайда болып, клетка ішіндегі заттарды екіге беледі. Миксобактериялардың кейбір түрлерінде бұл байқалмайды. Егер таяқша тәрізді клеткалар бөлінгенде өз ара тең екі клетка пайда болса, оны изоморфты бөліну деп, керісінше, клетка бірдей тең екіге бөлінбей бөліктері әр түрлі болса - гетероморфты бөліну деп атайды (4 -сурет) . Бөлінудің соңғы түрі, ересек бактерияларда байқалады. Бактериялардың көбею жылдамдығы орта жағдайларына байланысты болады. Егер бактерияларға қолайлы жағдай туса, олардың кебеюі де тездейді. Бактериялар үшін ортада қажетті қоректік заттар болып, жылу, ортаның реакциясы, аэробты бактериялар үшін оттегі жеткілікті болса, әрбір клетканың көбеюі 20-30 минут сайын қайталанып отырады. Сондықтан кебею жылдамдығы мен сыртқы орта жағдайының арасында тығыз байланыс, кейде тіпті тәуелділік бар деп те айтуға болады. Сөйтіп, азғана уақыт ішінде көлемі 1-2 микрондай болатын бактериядан орасан көп клеткалар түзіледі. Бактериялардың көбею жылдамдығын мына мысалдан айқын көруге болады. Егер 20 минут сайын клетка бөлінетін ескерсек, ол бір тәулік ішінде 72 рет қайталап 2 ⁷² =472 · 10 ¹⁹ клетка пайда болады. Егер бір миллиард бактерия клеткасының салмағы 1 миллиграмдай болса, онда 472 · 10 ¹⁹ клетка 4720 тоннаға тең келеді. Осы бактериялар бір жұма бойына бөлініп отырса, клеткалар саны да орасан көп болып, бүкіл жер шар ынқаптап кеткен болар еді. Бірақ біз табиғаттағы мұндай құбылысты байқамаймыз. Өйткені пайда болған бактериялар клеткасының біразы сыртқы ортаның факторларының қолайсыз әсерінен қырылып кетеді. Аман қалған бірер организм қолайлы ортаға түссе, тез бөлініп, жаңа ұрпақтар бере бастайды.

1. 2 Микроорганизм продуценті

1 сурет - Бактериялардың сыртқы пішіні

1. Стафилакокктар

6. Сарциналар

1. Стафилакокктар: 2, 3. Диплококктар

6. Сарциналар: 7, 8, 9. Таяқша тәрізді бактериялар

1. Стафилакокктар: 4. Стрептококктар

6. Сарциналар: 10. Вибриондар

1. Стафилакокктар: 5. Гетракокктар

6. Сарциналар: 11. Спириллалар

1. Стафилакокктар:

6. Сарциналар: 12. Спирохеталар

Бактериялардың спирал тәрізділері екі тармаққа бөлінеді, олардың бірі бибриондар - үтір тәріздес, екіншісі - спириллалар - бұйралана орналасқан таяқша бактериялар. Соңғы топқа ауру қоздырғыш спирохета бактериялары жатады. Олар бактерия мен қарапайымдар аралығынан орын тебеді.

Айтылып өткен бір клеткалы бактериялармен катар табиғатта көп клеткалы бір ұшымен белгілі бір жерге бекіген немесе бос күйінде суда жүзіп жүретін жіп тәрізді бактерияларды да кездестіруге болады. Бұларға күкірт және темір бактериялары жатады. Жанама бұтақшалары бар таяқша немесе жіп тәрізді бактерияларды микробактериялар тобына жатқызуға болады.

Бұларға өкіл ретінде өкпе ауруын қоздырғыш туберкулез таяқшаларын атап өтуге болады. Сонымен қатар табиғатта клеткаларының құрылысы және пішіні күрделі, сыртын шырыш басқан миксобактериялар класы да бар.

Бактериялардың мөлшері. Көптеген шар тәрізді бактериялар клеткаларының диаметрі 1-2 микронға тең (микрон - миллиметрдің мыңнан бір бөлігі) . Жұмыр клеткалы бактериялардың ұзындығы 1-4 микронға, ені 0, 5-1 микронға дейін барады. Сондықтан да судың бір тамшысында бірнеше жүздеген миллион микробтар кездеседі. Кейбір бактериялар мөлшері едәуір болады дедік. Мәселен, күкірт бактериясы клеткасының көлденең кесіндісінің диаметрі 50 микронға тең. Кейбір бактериялардың мөлшерін мына төмендегі таблицадан байқауға болады (1-кесте) .

1 кесте - Бактериялар клеткаларының шамасы (микрон есебімен)

Бактериялардың аттары: Бактериялардың аттары

ұзындығы: ұзындығы

ені: ені

Бактериялардың аттары:

Пішен таяқшасы

Картоп таяқшасы

Сүт қышқылы стрептококкы

Ацидофиль таяқшасы

Туберкулез таяқшасы

ұзындығы:

3, 0

5, 0

0, 8-1, 2

1, 6 - 6, 0

1, 5 - 3, 5

ені:

1, 2

1, 5

0, 5 - 0, 8

0, 6 - 0, 9

0, 3 - 0, 5

Табиғатта микроорганизмдердің өте ұсақ тобы - ультра - микробтар да кездеседі. Микроорганизмдердің бұл тобының ішінен бактериофагтар, сүзілуші вирустардың адам емірінде зор маңызы бар. Вирустардың шамасы миллиметрдің миллиондаған бөлігіне тең, яғни оларды миллимикрондармен (миллимикрон микронның мыңнан бір бөлігіне тең) немесе микромикрондармен (микромикрон микронның жүз мыңнан бір бөлігіне тең) өлшейді.

Бактериялардың сіңіру беті зор. Сондықтан да олар өздеріне қажетті қоректік заттарды тез арада ендіріп ала алады. Органикалық қалдықтарды тез ыдыратудың арқасында, бактериялар олардан өздеріне қажетті энергияны аз уақыт ішінде босатып алады.

Бактерия клеткаларының құрылысы. Құрылысы жағынан алғанда бактерия клеткалары өте қарапайым. Ол сыртқы қабықтан, әр түрлі заттары бар цитоплазмадан, вакуолядан және ядродан тұрады. Клетканың қабығы шырышты заттан тұрады. Қабық клетканың негізгі бөлігіне жатпайды, белгілі орта жағдайына байланысты ғана пайда болады. Мәселен, клетканың шырыш қабығы кейде оған өте төменгі температура әсер еткенде пайда болады да клетканы құрғаудан және басқа да зиянды заттардың әсерінен қорғайды. Қанты мол ортада шырыш қабығы қалыңдап клетканың сыртына капсула түзеді. Кейде бұл шырыш қабықтың соншалықты мол болатынынан сол бактериялар тіршілік етіп тұрған ортаға да бөлінеді. Мұны зооглея деп атайды. Сүттен түрлі тағамдар даярлайтын заводтарда зооглеялар байқалатын болса, онда тағам бұзылып, шырыштанып, созылмалы күйге кешеді. Дәл осындай капсула кейбір азот бактерияларында да бар.

Жалпы бактерия клеткалары қабығының құрамы жоғары сатыдағы өсімдіктер клеткаларының қабығымен салыстырғанда айырмашылығы бар. Өсімдік клеткасының қабығы негізінен целлюлозадан тұрса, бактериялардың қабығы азотсыз қант тектес - полисахаридтерден және май тектес - л ипоидтардан тұрады. Кейде қабықта хитин деп аталатын азотты зат та кездеседі.

Цитоплазма. Химиялық құрамы өте күрделі қоймалжың келген мөлдір зат. Оның құрамында белок, май, су, түрлі минерал заттар және ферменттер болады. Жас бактерия клеткаларында цитоплазма бүкіл клетканы алып жатады. Ал ересектерінде клетка шырынына толы қуыстар - вакуолялар болады.

Бактериялар цитоплазмасында әр түрлі басқа да заттар бар. Оларға гранулеза, гликоген, волютин, күкірт тағы басқалары жатады. Бұлардың ішінде гранулеза мен гликоген азотсыз заттар, олар ыдыраған кезде түрлі қанттарға айналады. Ал волютин болса, ол азотты зат. Егер бактерия жасаған ортада органикалық азот көзі (аспарагин, пептон) және фосфор қышқылы тұздары мол болса, бактерия клеткасында волютин біраз мөлшерде жиналады. Бактериялар клеткасында май да едәуір мөлшерде кездеседі, ол клеткадағы бүкіл құрғақ заттың 35-50 процентіне тең. Сол сияқты бактерия клеткасында күкіртті де кездестіруге болады. Тамшы түрінде кездесетін күкірт - клетканың қор заттарының бірі. Бактерия цитоплазмасында жоғары сатыдағы есімдіктер клеткаларында кездесетін амин қышқылдарының барлығы дерлік бар және рибонуклеин (РНК), дезоксирибонуклеин (ДНК) қышқылдары да болады.

Цитоплазма - тірі материя. Оның құрамы өне бойы өзгеріп, жаңарып отырады. Онда тірі организмге тән ассимиляция және диссимиляция құбылыстары жүріп жатады. Цитоплазма сыртқы орта әсеріне ете сезімтал. 60° және одан да жоғары температурада цитоплазма ұйиды. Қышқылдар мен сілтілер және түрлі улы заттар оған өте зиянды әсер етеді.

Ядро - Бактерия клеткаларында ядроның болуы жөнінде толып жатқан пікірлер бар. Бактериялардың кейбір түрлерінде ядро заттары (хроматин) дитоплазмада, ұзақ, дәндер күйінде шашырап жатады (диффузиялық ядро) . Басқа бір бактерия клеткаларында хроматин дәндері белгілі бір жерге шоғырланып, кәдімгі ядро түзеді (жекеленген ядро) . Кейбір ірі бактерияларда (миксобактерияларда) осындай жекеленген ядроларды кездестіруге болады.

Ядроның химиялық құрамы өте күрделі. Оның басты бөлігі . Бактериялардың құрғақ затына шаққанда олардың мөлшері 20-40%. Нуклеопротеидтер екі бөліктен тұрады. Олардың бірі - ерекше белок болса, екіншісі - тимонуклеин қышқылы. Соңғы жылдардағы зерттеулерге қарағанда, ядро бір немесе бірнеше шар тәрізді, сопақша заттар - дезоксирибонуклеин қышқылынан (ДНК) тұрады. Әдетте ол клетканың ортасынан орын алады. Кейде бұл зат бактериялар клеткасында дән түрінде орналасса, басқа бір жағдайда клетканың белгілі бір бөлімінде шоғырланады.

Нуклеин қышқылдарының химиялық құрылысы да біршама жақсы зерттелді. Суда ыдырағанда ол фосфор қышқылына, пентозаға және құрамында азоты бар органикалық қалдықка ажырайды. Кейін нуклеотидтерден тимонуклеин қышқылы түзіледі.

Бактерия ядросындағы тимонуклеин қышқылының құрамында төрт нуклеотид бар (аденин, гуанин, цитозин және тимин) . Бұлар өз ара фосфор қышқылының молекулалары арқылы байланысқан.

Спора және оның түзілу процесі . Бактериялардың кейбір түрлері сыртқы ортаның қолайсыз жағдайына аса төзімді келетін спора түзеді. Спора - бактерия клеткаларында орналасқан дөңгелек, кейде сопақша келетін жарқырауық түйір. Спора көбінесе таяқша тәрізді бактерияларда - бацилдерде пайда болады (2 - сурет) . Шар тәрізділерден мұндай құбылыс тек мочевинаны ыдыратушы ірі сарциналарда кездеседі. Спора негізінен тыныштықтағы клетка. Сыртқы ортаның құбылмалы жағдайына, әсіресе түрлі температура мен құрғақшылыққа төзімді. Егер әдеттегі бактерия клеткалары +50 - 60° - та қырылып қалатын болса, олар спора күйінде +100° ыстықты да көтереді және өте құрғақшылыққа төзе береді. Бактериялар спора күйінде қолайлы жағдай туғанша, ұзақ уақыт, кейде бірнеше жылдарға дейін, тіршілік қабілетін) .

сурет- Бактериялардың жіктелуі

кесте- Әр түрлі бактерия спорасының жоғары температураға төзімділігі

Спора түзуді көбею тәсілі деп қарауға болмайды, өйткені бұнда бір вегетативтік клеткадан небәрі бір ғана спора түзіледі. Мұны вегетативтік клеткалардың сыртқы ортаның қолайсыз жағдайына бейімделуі деп қарауымыз керек. Сыртқы ортада бактериялар үшін қолайсыз жағдай туғанда вегетативтік клеткаларда спора өте тез түзіледі.

Спора түзілу кезінде клетка ішіндегі заттар қатаяды да клетканың орта шеніне немесе бір шетіне жиналады. Мұнда клеткадағы су мөлшері күрт кемиді. Сыртқы қабығы қатайып, еш нәрсе өткізбейтіндей күйге көшеді. Сондықтан да бактериялық бояуларды қолданғанда спораларға ол өтпейді. Клетка спора түзгенде оны екі қабат қоршап тұрады. Сөйтіп сыртқы ортаның қолайсыз жағдайы спораға ешбір әсер ете алмайды. Пішініне қарағанда, спора сопақша немесе дөңгелек болуы мүмкін. Спора әдетте вегетативтік клеткалардан әлдеқайда кіші болады, кейде оның вегетативтік клеткадан асып кетуі де мүмкін. Егер спора клетканың орта шамасында түзілсе, онда клетка - ұршық тәріздес (клостридиум) ; ол клетканың бір ұшында пайда болса, барабан таяқшасы (плектридиум) сияқты болып өзгереді. Қолайлы жағдай туғанда спора өзіне ылғал тартып, ісінеді де сыртқы қабығы жұмсарып жарылады. Сөйтіп спорадан вегетативтік клетка пайда болады. Спорадан вегетативтік клетканың шығуы да 2 сағаттан артыққа созылмайды.

Спора түзу қасиеті көптеген бациллаларға тән. Олардың кейбіреулері, мәселен, топалаң және ботулизм бацилласы өз денелерінен түрлі уды бөлуі арқылы адам мен жануарларды аса қауіпті ауруға ұшыратады.

Бактериялардың қозғалуы . Қозғалу қабілеті негізінен бактериялар дүниесіне тән құбылыс емес. Бұлардың кей бір өкілдері ғана өздігінен қозғалуға бейімді келеді. Бактериялар протоплазмалық талшықтары арқылы қозғалады. Бұл талшықтар кәдімгі микроскоппен қарағанда көрінбейді де электрондық микроскоппен қарағанда өте жақсы көрінеді. Жалпы алғанда бактерия талшықтарының ұзындығы клетканың денесінен аспайды, тек кейбір бактерияларда ғана ол клеткадан бірнеше есе асып түседі.

Бактерия клеткаларындағы талшықтардың саны түрліше болады. Егер бактерияның бір ғана талшығы болса - монотрихты, бірнеше талшығы болса - лофотрихты, талшық бактерия денесін түгел жауып жатса - перитрихты талшықтану деп атайды. Талшықтанудың соңғы түрі бактериялардың басым көпшілігінде кездеседі

сурет-Бактерия клеткасындағы талшықтар.

1, 2, 4 және 11. монотрихтар.

5, 6, 12 және 13. лофотрихтар

3, 7, 8, 9 және 10. перитрихтар

Бактерия клеткасы талшығының жиырылуынан қозғалады. Егер талшық клетканың бір ұшында орналасса бактерия тіке бағытта қозғалады да, денесінде жаппай орналасса (перитрихты) - клетка тәртіпсіз қозғалады.

Жіп тәрізді бактериялардың бөлінуі ерекше. Бұлар жіпшелерінен жеке вегетативтік - конидий немесе гонидий деп аталатын арнаулы клеткалар түзу арқылы көбейеді. Клеткалардың кейбір түрлері қозғала алады. Оны зооспоралар деп атайды.

Ғылымда бактериялар көбеюінің бірнеше фазалары белгілі. Бұл микроорганизмдер тіршілігін басқаруға мүмкіншілік береді.

1. Көбеюдің тежелу фазасы . Мұны лагфаза деп те атайды. Бұл фазада бактериялардың көбеюі байқалмайды олар мұнда жаңа қоректік ортаға бейімделіп жатады. Бұл фаза 1 - 2 сағатқа созылады. Фазаның аяқ шенінде клеткалар көбейе бастайды. Қоректік ортаға олардың әсері күшейе түседі.

2. Көбеюдің актив фазасы . Бұл кезеңде бактериялар қарқындап бөлінеді. Клеткалардың көбеюімен байланысты өсу жылдамдығы да арта түседі. Бұл екі сағаттай мерзімге созылады.

3. Стационарлық фаза . Қоректік ортадағы клеткалар саны ең көп мөлшерге жетіп, осы күйінде біраз уақыт тұрады. Көбеюдің осы фазасында тіршілік әрекеті нәтижесінде пайда болған заттар микроорганизмдердің көбеюін тежей бастайды. Клеткалардың көбею қарқыны баяулап, олардың біразы қырылып қалады. Сөйтіп жаңа пайда болған клетка саны, өлген клеткалар санына теңеледі. Бұл фаза бірнеше сағаттан бірнеше күнге созылады.

сурет. -Бактериялардың гетероморфты бөлінуі (200 мың есе үлкейтілген) .

4. Бактериялардың қырылу фазасы. Тіршілік әрекеті барысында пайда болған заттардьщ көптігі және күштілігі соншалық, ол бактерияларға зиян тигізе бастайды. Бұл кезде ортадағы бактерияның қоректік заттары таусылады. Бұл фазаның ұзақтығы түрлі микроорганизмдер үшін түрліше болып келеді. Мәселен, сүт қышқылы бактериялары +30° температурада 5 - 7 күн өткен соң қырылатын болса, шіріту бактериялары одан ұзағырақ тіршілік етеді.

... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.