Содержание
Введение
Глава 1. Характеристика рода Clostridium
Глава 2. Значение микроорганизмов рода Clostridium в промышленности
2.1. Возбудители порчи баночных консервов
2.2. Получение ацетона и бутанола в ходе бактериального брожения представителей рода Сlostridium
Заключение
Список использованных источников
Введение
С жизнедеятельностью бактерий рода Clostridium связаны различные процессы, протекающие в природе: разложение (гниение) азотсодержащих соединений (белков, нуклеиновых кислот) в анаэробных условиях; анаэробное разложение растительных материалов, таких как клетчатка, хитин. Еще в конце ХIX века было обнаружено, что некоторые клостридии патогенны, т. е. вызывают заболевания человека и животных. В основе патогенности клостридий лежит их способность синтезировать и выделять из клетки высокоэффективные токсины.
Некоторые бактерии рода Clostridium входят в состав нормальной микрофлоры ЖКТ и женских половых путей; иногда их обнаруживают на коже и в полости рта. Из материала, полученного от больных людей, выделены, по крайней мере, 30 видов клостридий. Подобно некоторым другим патогенным анаэробам, клостридии на воздухе не гибнут, но на питательных средах в присутствии кислорода не растут. Для бактерий этого рода характерно обильное выделение газа при культивировании и субтерминальное расположение спор (Ассонов, 1989).
Бактерии группы Clostridium находят и практическое применение. Их используют в производстве масляной кислоты, необходимой для парфюмерной промышленности. Ацетонобутиловое брожение, осуществляемое некоторыми видами клостридий, используют для получения в промышленном масштабе ацетона и бутанола (Воробьева, 1989).
Целью данной работы является изучение бактерий рода Clostridium, как продуцентов в биотехнологии.
Были поставлены следующие задачи:
- Дать краткую характеристику рода Clostridium.
- Рассказать о применении бактерий рода Clostridium в биотехнологии.
Глава 1. Характеристика рода Clostridium
Бактерии рода Clostridium, грамположительные спорообразующие облигатные анаэробы, повсеместно распространены в природе. Этот род насчитывает более 60 видов, многие из которых являются сапрофитами. Некоторые сахаролитические клостридии могут использовать в качестве субстрата брожения пектиновые вещества, составляющие покровы растительных клеток. Клостридии, принадлежащие к виду Сl. felsineum, содержат активную пектиназу и могут поэтому получать энергию, осуществляя маслянокислое брожение пектиновых веществ. Этот вид играет важную роль в процессе мацерации волокон при мочке льна.
К роду Clostridium относятся микроорганизмы, не использующие в качестве акцептора водорода молекулярный кислород воздуха. Некоторые из них могут развиваться при пониженном парциальном давлении кислорода. Оптимальными значениями окислительно-восстановительного потенциала среды для их развития являются Eh от 50 до 200 млВ. Клостридии не обладают каталазообразующей способностью.
Микроорганизмы рода Clostridium широко распространены в природе. Один из самых распространенных видов — Clostridium perfringens. Эта бактерия неподвижна, имеет капсулу и на питательных средах споры образует редко. При кипячении споры гибнут. В состав нормальной микрофлоры толстой кишки входит более 30 видов клостридий. В 1 г кала их содержится 10 в степени 9-10. Clostridium ramosum по распространенности немногим уступает Cl. perfringens. Эти два вида повсеместно обнаруживаются в почве, где их концентрация достигает 10000 1/г. Клостридии грамположительны, но в материале, полученном от больных, а также в стареющих культурах нередко бывают грамотрицательными. Поэтому результаты микроскопии окрашенных по Граму мазков следует оценивать с осторожностью.
Клетки бактерий Clostridium имеют форму палочек различной длины и ширины. Длина клостридиальных клеток зависит от условий культивирования и фазы развития.
Расположение клеток в препарате иногда можно использовать как диагностический признак. Так, клетки Сl. perfringens могут располагаться параллельно одна другой, клетки Сl. beijerinkii слабо изогнуты.
Клостридии в основном подвижны, кроме Сl. perfringens. Способность к спорообразованию у них неодинакова: Сl. sporogenes хорошо образует споры (85—90% клеток дают споры), Сl. perfringens на обычных питательных средах, как правило, спор не дает, но иногда все же встречаются единичные споры, остальные клостридии в этом отношении занимают промежуточное положение.
Споры в клетках расположены субтерминально, у Сl. beijerinkii и С. butyricum иногда наблюдается эксцентральное расположение спор. Споры у всех клостридий, за исключением Сl. perfringens, раздувают клетку; в зависимости от формы и расположения споры клетка приобретает вид теннисной ракетки (Сl. botulinum, Сl. sporogenes), веретена или сигары (Сl. beijerinkii, Сl. pasteurianum, Сl. butyricum).
Споры всех клостридий устойчивы к действию многих химических веществ и высокой температуры, а также к высушиванию.
Характер роста активно развивающихся вегетативных клеток на жидких мясных средах может служить дифференциальным признаком. Сl. perfringens обладает короткой лаг-фазой, максимум роста наступает через 4—6 ч. Остальные виды обладают более длительной лаг-фазой и максимум роста у них наблюдается через 18—24 ч.
Все представленные клостридии растут на среде Китт-Тароцци с помутнением среды и газообразованием, но рост Сl. perfringens и Сl. sporogenes сопровождается обильным газообразованием, а Сl. pasteurianum и Сl. butyricum не растут на этих средах в отсутствии глюкозы.
По биохимическим особенностям клостридии разделены на две группы. В первую входят Сl. botulinum типов А и В, Сl. perfringens типа А, Сl. sporogenes, разжижающие желатин, во вторую группу — Сl. pasteurianum, Сl. butyricum, Сl. beijerinkii, не разжижающие желатин.
Внутри этих групп имеются клостридии, обладающие хорошо выраженными сахаролитическими свойствами (Сl. butyricum, Сl. pasteurianum, Сl. beijerinkii) и клостридий, обладающие незначительной сахаролитической активностью (Сl. sporogenes, Сl. botulinum типа А), а также клостридий, занимающие промежуточное положение по этому признаку (Сl. botulinum типа В, Сl. perfnngens).
Одним из признаков является характер роста клостридий на лакмусовом молоке. Сl. perfringens и Сl. butyricum бурно сбраживают молоко, процесс сопровождается отделением сгустка от сыворотки. В посевах Сl. perfringens сыворотка осветляется, а в посевах Сl. butyricum остается мутной. Рост Сl. perfringens на этой среде происходит при температуре 47°С за 4—5 ч, при 37°С — за 6—8 ч.
Рост Сl. butyricum происходит только при 37°С за 18—20 ч. Сl. sporogenes и Сl. botulinum свертывают молоко и пептонизируют при 37°С, а Сl. pasteurianum и Сl. beijerinkii молоко не свертывают или свертывают не по всему столбику, лакмус редуцируется.
Из клостридий, встречающихся в сухих картофельных и овощных продуктах, Сl. botulinum и Сl. perfringens образуют токсины, опасные для человека.
Этот признак для Сl. botulinum является постоянным, поэтому при идентификации целесообразно использовать метод постановки биологической пробы, основанный на нейтрализации токсина ботулизма противоботулинической сывороткой соответствующего типа.
Морфолого-культуральные и физиолого-биохимические особенности анаэробных бактерий рода Clostridium лежат в основе выделения и идентификации этих микроорганизмов из различных объектов исследования, в том числе из сырья, полуфабрикатов сухих и кулинарно подготовленных картофельных и овощных продуктов (Овруцкая,1983).
Глава 2. Значение микроорганизмов рода Clostridium в промышленности
Роль микроорганизмов в микробиологической, пищевой промышленности, в сельском хозяйстве и других областях трудно переоценить. Особенно важно отметить то, что многие микроорганизмы для производства ценных продуктов используют отходы промышленного производства, нефтепродукты и тем самым производят их разрушение, предохраняя окружающую среду от загрязнения.
2.1. Возбудители порчи баночных консервов
Общими для всех видов консервов являются такие дефекты, как бомбаж, плоское скисание, а также дефекты тары: ржавчина, деформация корпуса, донышек, фальцов и продольного шва жестяных банок в виде острых граней, называемых «птичками», деформация и перекос крышек стеклянных банок, трещины и скол стекла, пробоины, подтеки, хлопуши. К бомбажным консервам в отличие от хлопуш, банок с вибрирующими концами относятся постоянно вздутые банки, не меняющие своего положения при нажиме на нее пальцами руки.
Бомбаж — это вздутие банок со стороны дна и крышки. В зависимости от происхождения бомбаж бывает микробиологический, химический и физический (ложный) (Ассонов, 1989).
Микробиологический бомбаж – вздутие банок газами (аммиак, сероводород), образовавшимися в результате развития термоустойчивых микроорганизмов. В процессе их жизнедеятельности образуются газы, вызывающие вздутие банки и даже нарушение герметичности, и токсины, опасные для здоровья потребителя. Бомбаж является результатом недостаточно эффективного режима стерилизации, неудовлетворительного санитарного состояния технологического оборудования, использование сильно обсемененного микроорганизмами сырья, тары, нарушение герметичности банок.
К строгим гнилостным бактериям относятся в основном почвенные клостридии: путрификус (Clostridiuum putrificum) и спорогенес (Clostridiuum sporogenes). Оба вида клостридий известны как возбудители порчи баночных консервов – мясных, рыбных.
Гнилостные микроорганизмы играют большую роль в круговороте веществ в природе, разлагая белковые вещества попадающих в почву трупов животных и растительных остатков. Минерализуя белковые вещества с образованием аммиака, они обогащают тем самым почву нужными для растений формами азота. Однако под влиянием тех же гнилостных микроорганизмов может происходить порча мяса и мясопродуктов, рыбы и рыбопродуктов, яиц, молока и других богатых белками продуктов. Одним из показателей порчи служит наличие в них продуктов распада белка (повышенное содержание аминов, NH3, H2S, жирных кислот).
Банки с микробиологическим бомбажом подлежат уничтожению или технической утилизации. Характерными признаками бомбажа, вызванного бактериями Clostridium botulinum, является образование в консервах большого количества газов, при этом может нарушаться герметичность банок, изменяться внешний вид продукта, появляться муть. Образующиеся токсины разрушаются только при кипячении более 10 мин. Токсины ботулинуса вызывают отравление, часто со смертельным исходом (до p5 %).
Порча плодоовощных консервов вызывается и другими термофильными бактериями, например Cl. soroqenes, Cl. jrasterianum, которые также выделяют много газа, но токсинов не образуют. Испорченные консервы приобретают запах прогорклого масла. Последние являются кислотоустойчивыми и могут вызывать порчу томатного сока и консервированных томатов.
Нужна помощь в написании реферата?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.
Предупреждение порчи консервов указанными бактериями возможно путем соблюдения санитарно-гигиенического режима при производстве, а также подкислением консервов лимонной кислотой.
«Плоское скисание» вызывается термоустойчивыми бактериями, которые обусловливают микробиологическую порчу (брожение) продукта без газообразования и вздутия банок. Дефект можно обнаружить лишь после вскрытия банки. При этом наблюдается помутнение продукта, появление неприятных кислого запаха и вкуса, размягчение консистенции. Причинами порчи является медленное охлаждение после стерилизации, укладка в плотные штабели неохлаждаемых консервов, повышенные температуры транспортирования и хранения.
Микробиологическая порча консервов может также проявляться в виде плесневения, прогоркания, ослизнения продукта, выпадения осадка, коагуляции содержимого и других изменений продукта.
Консервы с химическим бомбажом, в которых обнаруживаются соли олова, железа, алюминия, придающие мясу металлический привкус и вызывающие изменение цвета продукта, органолептически определяют по наличию шероховатости на внутренней поверхности банки; они подлежат использованию по указанию саннадзора. Химический бомбаж отмечается в банках, имеющих внешнюю или внутреннюю коррозию. Отсутствие в этих местах защитных покрытий, контакт металла банок с продуктом приводят к взаимодействию кислот и металлов, выделению водорода. В продукте при этом накапливаются тяжелые металлы (олова и железа в банках из белой жести, хрома и железа — из хромированной жести, алюминия — из сплавов алюминия).
Физический бомбаж консервов является следствием вздутия банок в результате замораживания их содержимого, деформации корпуса или переполнения банок; такие консервы подлежат реализации по указанию саннадзора.
Физический бомбаж вызывается расширением продукта при замораживании, переполнении тары. В отличие от консервов с микробиологическим и химическим бомбажом, которые относятся к критическим дефектам и не разрешаются для реализации, консервы с физическим бомбажом реализуются с разрешения органов здравоохранения после соответствующей проверки.
Банки хлопуши и с вибрирующими концами относят к физическому, браку консервов. Хлопуши — это консервы с постоянно вздувшимися концами, приобретающими нормальное положение при нажиме, за счет чего вздувается противоположный конец (крышка) и раздается характерный щелкающий звук. Банки с вибрирующими концами приобретают вздутие на противоположном конце лишь при нажиме на них. После снятия нажима банки возвращаются в исходное положение, а вздутие исчезает.
Кроме общих дефектов, консервы могут иметь и специфические, характерные только для отдельных групп или видов. К ним относят потемнение консервов вследствие меланоидинообразования, изменение цвета при взаимодействии фенольных соединений с металлами, сульфидных групп белков с металлами (мраморность тары у зеленого горошка), помутнение сиропа, заливки у натуральных консервов, компотов и маринадов за счет размягчения сырья и перехода твердых частиц в жидкую фракцию консервов (Рогачева,1953).
2.2. Получение ацетона и бутанола в ходе бактериального брожения представителей рода Сlostridium
Ацетон и бутанол – единственные важные химические вещества, которые в больших количествах получают путем бактериального брожения.
Ацетоно-бутиловое брожение вызывают бактерии рода Сlostridium, а именно Сlostridium acetobutylicum и другие виды. Бутанол-изопропаноловое брожение вызывает Сl. butulicum, а масляно-уксуснокислое брожение – Сl. buturicum .
Почти все виды рода Сlostridium осуществляют ацетоно-бутанол-этанольную ферментацию. Но для получения растворителей используют два вида – это Сl. acetobutulicum McCoy et. al. и Сl . beijerinckii Donker . Недавно обнаружены новые виды, полезные для получения ацетона и бутанола: Сl. aurantibutyricum и Сl. tetanomorphum (группа Накамуры, Япония). Штамм Сl. tetanomorphum образует бутанол как главный продукт брожение при небольшом количестве этанола, уксусной и масляной кислоты, но не ацетона.
Споры клостридий широко распространены в почве. Большое число штаммов (240) выделено из жидкости рубца. Бактерии ферментируют глюкозу, целлобиозу, крахмал. Известны три штамма с целлюлозной активностью.
Сl. acetobutylicum– спорообразующий, облигатный анаэроб, имеет форму сигареты, размеры клеток 0,6 – 0,9 X 2,4 – 4,7 мкм. Грамположительные клетки, подвижные за счет перитрихиального жгутикования, делятся поперечной перегородкой, образуя цепочки. Хотя споры не образуют растворители, наиболее сильные спорообразователи синтезируют наибольшее количество растворителей. Сl. acetobutylicum при высеве на плотную среду образуют колонии 4 типов: I – с темным центром и светлым краем, после нескольких пассажей на богатой среде появляются колонии типа II – с коричневым центром и узкой зоной периферического роста, типа III – с коричневым центром без светлого края и типа IV – светло-коричневые без периферического роста. Способность к образованию растворителей снижается в ряду I > II > III. Колонии IV типа практически не образуют растворителей. Из колоний типа II и III реверсий к типу I не обнаруживается.
Оптимальная температура для роста 37°С, рН 6,5. Сl. Acetobutylicum сбраживает крахмал, гексозы или пентозы с превращением их примерно на 30% в смесь растворителей, а остальное составляют газы Н2 и СО2 в соотношении 40 : 60. Смесь растворителей состоит из н-бутанола (60%), ацетона (30%) и около 5–10% приходится на этанол. Сl. Beijerinckii сбраживает глюкозу и крахмал с образованием главным образом Н-бутанола и в меньших количествах изопропанола и этанола. Необычный вариант Сl. saccharo — butyl — liquefaciens плохо сбраживает мелассы, но дает прекрасный выход продуктов в крахмальной среде и высокое образование бутанола; соотношение ацетон : бутанол : этанол равно 19 : 78 : 3. У Сl. toanum при росте в сахарной среде с добавлением обезжиренных рисовых отрубей выход растворителей составляет ~ 30%, а их соотношение как 52,9 (бутанол) : 42,5 (изопропанол) : 3,2 (этанол) : 1,4 (ацетон). Для производства бутанола в промышленности используют Сl. acetobutylicum. При росте, в фазе образования кислот и бутанола, одновременно из глюкозы и реассимилированного бутирата Сl. Acetobutylicum образует внеклеточный полимер, который может реутилизироваться культурой как резервный источник углерода. Предположительно полимер представлен ацетилированным полисахаридом.
Обнаружено, что промышленный штамм в конце экспоненциальной фазы роста выделяет вещество аутобактериомицин, обладающий антибиотическим действием по отношению к продуценту, а также к четырем штаммам сем. Baciallaceae. Бактериологический эффект аутобактериомицина возрастает с возрастом клеток и концентрации бутанола. Это аутолизин. Аутобактериомицин оказывает влияние на концентрацию биомассы и образование растворителей. Причем установлено, что если аутолизин прикреплен к клеточной стенке, то он играет положительную роль для роста. Если он освобождается и выделяется в среду в конце экспоненциальной фазы, то он вызывает лизис клеток. Освобождение аутолизина происходит в связи с отсутствием дивалентных катионов в среде. Если в среду добавить Mg2+ , то увеличивается устойчивость культуры к бутанолу. Тот же результат получают с помощью ультрафильтрации, которая позволяет термально денатурировать аутолизин в течение всей ферментации.
Ингибирование синтеза бутанола аутолизином служит первостепенным ограничением типичной ацетоно-бутаноловой ферментации. Поэтому ведутся исследования по получению Lyt– — штаммов, и один такой «без аутолизиновый» штамм получен.
Методом химического мутаногенеза нитрозогуанидином в присутствии бутанола получен мутант Сl. acetobutulicum штамм 77. У мутанта более высокая удельная скорость, в два раза больше накопление биомассы по сравнению с исходным типом. В процессе ферментации дикий штамм потребляет 65г глюкозы, образуя при этом 20 г·л -1 растворителей в течении 53 ч. Рост мутантного штамма менее подвержен ингибирующему действию бутанола.
Получение растворителей в промышленности. Для приготовления инокулята есть разные способы. Например, проводят тепловой шок, а затем последовательные пересевы для уничтожения вегетативных клеток, слабых спор, а также для индукции прорастания спор. Нагревание осуществляют по-разному: 100°С – 50 с, 100°С – 2 мин, 95°С – 30 мин, 80°С – 5 мин, 75°С – 2 мин и 70°С – 90 с. Считают, что увеличение времени теплового шока при каждом субкультивировании способствует отбору самых «сильных» спор и, возможно, самых активных бродильщиков. На производстве культура бактерий хранится в виде спор. Инокулят вносится в ничтожном количестве 1 : 3000, но его специальная подготовка имеет решающие значение для процесса. Замечено, что лучшими продуцентами нейтральных продуктов служат культуры, споры которых выдерживают наиболее высокую температуру. Считают, что клетки инокулята должны быть подвижными. С сильно подвижными клетками получают больше растворителей. Важно также последовательные манипуляции делать во время максимальной подвижности клеток и минимального значения рН. Если в качестве посевного материала используют клетки в стадии максимальной подвижности, то выход бутанола увеличивается 2,5 – 3 раза. Первую, вторую и третью генерации проводят в лаборатории. Для Сl. acetobutulicum первая генерация проводится в среде, приготовленной на 5% сухих злаков и без питательных добавок, при температуре 37°С в течении 24 ч. Содержимое пролбирки вносят в 300 мл мелассной или крахмальной среды с питательными добавками, налитой в колбу на 500 мл и инкубируют в течении 24 ч. Далее содержимое колбы вносят в 4-литровую колбу, содержащую 2900 мл той же среды. Одна из таких колб с культурой служит инокулятом для первого сосуда на заводе. Через колбы интенсивно продувают инертный газ и рН снижается до 3,9-4,5. Когда посевной материал переносят из колбы, количество углеводов должно быть наполовину потреблено.
Культивирование. Периодическое выращивание. При периодическом выращивании следят за уровнем источника углерода и рН. Определенный исходный уровень источника углерода обусловлен токсичностью образуемых из него продуктов. Растворители, и в первую очередь бутанол, ингибируют процесс, поэтому при периодическом выращивании редко образуются более 20 кг растворителей в 1 м3 . Типичные выходы для этого режима: 0,2 – 0,6 кг/м3 *ч в зависимости от субстрата и условий культивирования. Для удаления конечных продуктов ферментации в качестве экстрактантов в ферментер добавляют несмещивающиеся органические растворители. Наилучшие результаты получены при добавлении олеилового спирта и смеси олеилового спирта (50%) в бензилбензоате. В обычной ферментации в периодических условиях поглощения глюкозы приблизительно 80 кг/м3 . Удаление бутанола в процессе в процессе экстракции увеличило скорость его образования, и максимальная объемная производительность по бутанолу увеличилась более чем на 60% по сравнению с обычной периодической ферментацией.
Проточное культивирование. Чтобы увеличить продуктивность и снизить цены на продукты ферментации, предложено проточное культивирование.
При одностадийном проточном культивировании с низкими скоростями протока можно одновременно достигать роста клеток и максимального превращения сахаров в растворители. Но при низких скоростях разведения, благоприятных для синтеза растворителей, возникает нестабильность процесса и достичь стационарного состояния бывает очень трудно. Для промышленного применения такой проточный процесс не подходит, так как он должен быть стабильным в течение нескольких недель или лучше нескольких месяцев. Стабильность – один из важнейших критериев непрерывного процесса.
Причину нестабильности усматривают в токсичности бутанола на клетки при его высокой концентрации и во флоккуляции бактерий. Для устранения флоккуляции клеток, которая возникает в условиях высокой концентрации растворителей, рекомендовано добавление к синтетической среде солей хлора (NaCl, KCl, CaCl2 ).
Нужна помощь в написании реферата?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.
При высокой концентрации растворителей стабильность ферментации можно улучшить в двустадийном проточной культуре: рост клеток оптимизируют в первой стадии, а продукцию растворителей – во второй.В оптимальных условиях такая конфигурация приводит к длительной стабильности на более чем один месяц, даже при высокой концентрации растворителя (21 г/л). При одностадийном проточном культивировании 20% глюкозы не используется клетками и остается в среде. В двустадийном процессе 87,5% глюкозы превращается в растворители. Комбинируя две техники: двустадийный проточный реактор и рециклирование клеток во втором ферментере, достигают как увеличенную продуктивность, так ихорошую стабильность с высокой концентрацией растворителей (17 г/л).
Проточный процесс ведут при лимитизации по фосфатам (или по сульфатам, но не по азоту или субстрату) в синтетической среде. Растворители образуются в пределах рН 4,3 – 4,7. Первая стадия – это индукция к синтезу растворителей, вторая – непосредственно образование растворителей. Поскольку фосфор почти полностью исчерпан ко времени второй фазы, рост клеток останавливается. При низкой концентрации протока выход растворителей в непрерывной культуре такой же, как в периодической: 0,29 г/г глюкозы.
При культивировании Сl. acetobutylicumв хемостате на синтетической среде с витаминами – биотином (0,01 мг/л) и р-аминобензойной кислотой (1 мг/л) – установили, что рост и образование растворителей лимитируется витаминами. продуктивность увеличивается в 4 раза приувеличении концентрации витаминов в среде. В строго анаэробных условиях выход растворителей в 1,5 раза выше, чем при доступе воздуха. В оптимальных условиях продуктивность растворителей равна ~2,0 г/л·ч.
Среды. Ферментация. Используют три типа сырья как источников углерода и энергии: зерно (крахмал), паточную (неочищенную мелассу) и очищенную мелассу. В качестве субстратов будущего рассматривают различные отходы, гидролизованную древесину, гидролизаты отбросов, сыворотку, сульфитные жидкости: гидрол – побочный продукт производства глюкозы из зерна. Среды из зернового крахмала готовят следующим образом. Мука вносится в количестве 60% к воде, туда же добавляют сброженным остаток ферментации после отгонки растворителей. Конечная концентрация должна составить 8,5% исходного зерна.
При использовании мелассы концентрация сахара должна быть 5,5-7,5%. К среде добавляют суперфосфат и аммоний. Последний вносят постепенно в случае очищенных меласс для поддержания рН на уровне 5,6–6,0 в количестве 2,2–1,3% NH3 по отношению к концентрации сахара или сразу в случае паточных меласс, которые сильно забуферены. В среду вносят 25–50% горячего остатка после отгонки растворителей. Это увеличивает выход растворителей, снижает количество добавляемых питательных веществ, сокращает затраты на нагревание и дает большую экономию пара, необходимого для выпаривания остатка. Ферментер и среду стерилизуют. Брожение протекает под избыточным давлением газов для создания анаэробных условий. Начальный рН 6,0, который снижается до ~ 5,4 через 24 ч.
Концентрация растворителей (при использовании крахмальной среды) через 50–56 ч ферментации 22,5 г/л, а соотношение ацетона, бутанола и этанола 30 : 60 : 10. Ферментация в мелассных средах завершается за 40–45 ч, а в крахмальных (с питательными добавками) – за 50–60 ч, в крахмальной без питательных добавок за 70–80 ч. Проточное выращивание бактерий ведется с работой серии из пяти ферментеров. За 18 дней получают продуктивность в 3 раза выше, чем при периодическом культивировании, но выходы растворителей низкие в связи с высоким образованием кислот в начальной фазе.
Выделение продуктов. Дистилляция – традиционный способ выделения этанола, ацетона, бутанола из разведенных водных растворов. При дистилляции продуктов ацетоно-бутилового брожения можно использовать тепло, выделяющиеся при охлаждении стерилизованного нагреванием ферментера. Дистилляция – достаточно гибкий процесс, при котором возможно фракционирование и выделение каждого продукта.
Более современными методом выделения продуктов являются мембранные процессы, например ультрафильтрация и обратный осмос. Выделение продуктов проводятся по принципу первапорации; это мембранный процесс, в котором движущей силой служит большой вакуум с одной стороны мембраны, свойства которой определяют эффективность разделения.
Хорошие результаты получают при селективной адсорбции растворителями на силикате (цеолите). Этот процесс можно интегрировать с ферментацией и работать с боле концентрированными растворами. Комбинирование ферментации и выделения продуктов возможно только при проточном культивировании. Возможно применение химического выделения. Это новый метод, основанный на обратимой химической реакции.
Хотя многие из перечисленных методов применяют в лабораториях и на пилотных установках, в большой промышленности они не внедрены в силу недостаточности данных или высокой стоимости. Наиболее реально внедрение в промышленность способа предварительного удаления воды (обратный осмос) с последующей традиционной дистилляцией (Воробьева, 1989).
Заключение
Бактерии группы Clostridium находят и практическое применение. Их используют в производстве масляной кислоты, необходимой для парфюмерной промышленности. Ацетонобутиловое брожение, осуществляемое некоторыми видами клостридий, используют для получения в промышленном масштабе ацетона и бутанола.
Целью данной работы было изучение бактерий рода Clostridium, как продуцентов в биотехнологии.
Нами были выполнены следующие задачи:
- Дать краткую характеристику рода Clostridium.
- Рассказать о применении бактерий рода Clostridium в биотехнологии.
Список использованных источников
1. Ассонов Н.Р. Микробиология. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Агропромиздат, 1989. – 350 с.
2. Воробьева Л.И. Промышленная микробиология. – М.: Высшая школа, 1989. – 293 с.
3. Емцев В.Г. Некоторые вопросы морфологии и физиологии азотфиксирующих Clostridium. – М.: Колос, 1966. – 60 с.
4. Нетрусов А.И. Практикум по микробиологии.– М.: Академия, 2005. – 600 с.
5. Овруцкая И.Я., Погодяева А.Я. Микробиология и микробиологический контроль производства сухих картофельных и овощных продуктов. – М:. Легкая и пищевая промышленность, 1983. – 88 с.
6. Пивоваров Ю.П., Королин В.В. Санитарно-значимые микроорганизмы. –М.: Издательство ИКАР, 2000. – 268 с.
7. Практикум по микробиологии / Под редакцией Шильниковой В.К. – М.: Дрофа, 2004. – 256 с.
8. Работнова И.Л. Общая микробиология. – М.: Высш. школа, 1966. – 271 с.