С.А. Глухих.

Белок, спирт и другие - беззатратная  интенсификация биосинтеза.  

Книга посвящена интенсификации биотехнологических производств  спирта, кормовых белковых продуктов, ферментов и других целевых продуктов биотехнологии. Описываемый метод интенсификации базируется на применении разработанного состава композиционных биологических стимуляторов, включающих ряд биологически активных компонентов, синергически усиливающих активность друг друга, воздействующих на клеточные стенки и цитоплазматические мембраны, создавая условия для интенсификации метаболизма. Приведены основные характеристики различных производственных штаммов микроорганизмов, их морфология, физиология и биохимия. Описаны результаты лабораторных и заводских испытаний разработанных  композиционных биостимуляторов на действующих предприятиях ряда стран. Произведена оценка эффективности интенсифицирующего препарата при его внедрении в процесс производства без дополнительных затрат на сырьё, технологическое оборудование и энергию. Монография предназначена для работников предприятий биотехнологической отрасли, производящих спирт и пищевые продукты, кормовые белковые концентраты, ферменты и другую продукцию на основе применения производственных штаммов микроорганизмов и биосинтеза.

Предисловие.

    Биотехнологи всего мира постоянно стремятся увеличить выход целевых продуктов на единицу сырья и энергии, сократить сроки ферментации, улучшить качество готовой продукции, интенсивным путем увеличить производственную мощность предприятий и производительность труда, сократить и максимально очистить отходы. 

    На опыте этих работ создан композиционный биостимулятор (КБС), а на основе его применения - разработана технология интенсификации биотехнологических процессов,

позволившая добиться достижения перечисленных выше целей.

    Это всё достигается без увеличения физической мощности и состава технологического оборудования, без увеличения объёмов используемого сырья, энергоносителей, вспомогательных материалов и количества обслуживающего персонала.

    Биотехнология стремиться с одной стороны использовать в производстве дешевые и доступные виды сырья, включая отходы других производств, а с другой стороны – вести процесс производства как можно быстрее и с меньшими затратами, т.е. более интенсивно.

    От этого в конечном итоге зависит себестоимость и цена продукта, объемы производства и рынок сбыта, а также судьба самого предприятия и его трудового коллектива.

    В биотехнологических  производствах используются аппараты большого объема и мощности, большое количество воды, питательных солей, ростовых факторов, соблюдаются технологические параметры ведения процесса с поддержанием давления, температуры, Ph и   однородности среды и другие, требующие больших затрат энергии на перемешивание, охлаждение и перекачку жидкостей.

    Поэтому важнейшим фактором, определяющим экономическую целесообразность и рентабельность современного биотехнологического производства становиться его экономичность, а это может быть достигнуто исключительно методами интенсификации самого производства.

    Одним из действенных методов такой интенсификации, наряду с селекцией, обогащением питательных сред, оптимизацией технологических факторов и др., является интенсифицирующее воздействие на клетку штамма-продуцента целевого продукта непосредственно во время самого технологического процесса.

    Биотехнология, являясь по многим видам продукции более эффективной по сравнению с химическим синтезом, год от года наращивает ассортимент и объемы выпускаемой продукции. В числе основных видов продукции микробного синтеза можно назвать многие пищевые продукты, кормовой белок, аминокислоты, витамины, антибиотики, БАД и др.

   Главной задачей первого этапа биотехнологического производства является рост биомассы. На втором этапе – в стационарной фазе, накапливаются первичные и вторичные метаболиты.

   К наиболее известным промышленным первичным метаболитам  микробного синтеза относятся: ацетон, этанол, бутанол, изопропанол, глицерин, лимонная, уксусная, молочная и другие органические кислоты, ароматизаторы,  вещества, усиливающие запахи и др .

    Спрос на последние постоянно увеличивается из-за тенденции к употреблению малокалорийной и растительной пищи, для придания вкусу и запаху пищи разнообразия.

     На основе производства вторичных метаболитов микробного синтеза получают витамины В1, В2, фолиевую, пантотеновую кислоты, витамин В12 и другие целевые продукты.

    Чтобы чувствовать себя на рынке уверенно, производители должны постоянно заботиться о

снижении себестоимости своей продукции, росте её качества и потребительских свойств, что ведет к поиску путей интенсификации биотехнологических производств.

     В тоже время растет спрос на продукты биосинтеза, так потребность в аминокислоте лизин за последние 10 лет увеличилась в 2 раза, а мировой рынок кормового белка стабильно испытывает дефицит 30 млн. тонн в год.

   Учитывая растущий дефицит сырьевых ресурсов, интенсификация создаваемых и действующих биотехнологических производств, становится веским аргументом роста эффективности, требует особого внимания и массового внедрения.       

    Технология интенсификации биотехнологических процессов на базе применения композиционных биостимуляторов позволяет существенно повысить эффективность биотехнологических производств.  

    Предлагаемый  метод  базируется на разработанном  способе синергического воздействия на органеллы клеток-продуцента, в первую очередь на рецепторы цитоплазматической мембраны клеточной оболочки с помощью композиций различных биологически активных соединений.

    В результате удалось ускорить процесс генерации и увеличить скорость роста клеточной биомассы продуцента целевого продукта, а также – ускорить начало процесса выделения первичных и вторичных клеточных метаболитов и увеличить их объем.

    Данный метод адаптируется к любым биотехнологическим процессам, использующим как микроскопические грибные и дрожжевые штаммы, так и бактериальные штаммы, а также штаммы цианобактерий и способен интенсифицировать любые действующие биотехнологические производства. 

    Инновационность проекта заключается в самом механизме воздействия на клеточные органеллы, в сохранении эффекта при генерации в нескольких поколениях клеток, а также в микроскопических количествах ингредиентов входящих в КБС.

    Последнее очень важно в экономическом плане, т.к. малый объем входящих в композицию КБС ингредиентов, измеряемый в долях миллиграммов, с совокупным весом действующего вещества КБС в расчете на применение в ферментере с рабочим объемом, к примеру - 100 куб. м., составляет всего лишь 0,23 грамма.     

    Биостимулятор КБС задаётся в технологический процесс на стадии завершения процесса культивирования засевных микроорганизмов, перед подачей зрелой чистой культуры в производственный ферментер и завершает своё действие в конце стационарной стадии процесса.

    Внедрение КБС не требует проведения модернизации имеющегося технологического оборудования.

    Дополнительно получаемый прирост объема целевого продукта не требует дополнительных затрат: дополнительного сырья, материалов, энергоносителей,  трудозатрат и дополнительного оборудования.

    Разработанные нами композиционные биостимуляторы были испытаны как в лабораторных, так и промышленных условиях, в периодическом и непрерывном режимах биосинтеза.

   Испытания КБС в лабораторных условиях позволили снизить остаточные РВ на 50-85%, повысить концентрацию биомассы на 6-20%, повысить относительное содержание сырого протеина на 15-20%.

    В лабораторных и промышленных условиях при работе с дрожжевыми культурами выявлено стимулирующее действие КБС и на процессы дрожжегенерации и спиртового брожения, что проявлялось в улучшении морфофизиологического состояния дрожжевых клеток и увеличении их количества в дрожжегенераторах, сокращении времени спиртообразования на 10-18 часов; более глубоком и ускоренном потреблении сухих веществ; снижении количества недоброженных углеводов бражки; увеличении выхода спирта от потребленного крахмала зерносырья на 0,6-2%; улучшении его качества.

     Созданные нами высокоэффективные композиционные биостимуляторы  используются  в ничтожно малых концентрациях: от 1 х10-8 до 1х 10-10 к объему ферментационной среды, что говорит о нано уровне влияния на процесс биосинтеза.

     У заводов, использующих биостимуляторы КБС, ко всему прочему, появляются и несомненные конкурентные преимущества, благодаря снижению себестоимости и росту качества готовой продукции.

Содержание.

1.0. Введение.

2.0. Интенсификация: определения, цели и история.

2.1.  Интенсификация в промышленности.

2.2. Интенсификация биотехнологических производств.

3.0. Виды интенсификации, ускорители роста, примеры выпускаемых препаратов.

4.0. Интенсификация на базе применения композиционных биостимуляторов.

4.1. Механизм действия и объект интенсификации, биохимия и физиология продуцентов.

4.1.1.        Микроскопические грибные и дрожжевые клетки.

4.1.2.         Бактериальные клетки.

4.2. Композиционные биостимуляторы - КБС.

4.3. Лабораторные испытания КБС.

4.3.1.        В институте ГОСНИИСинтезбелок, г. Москва.

4.3.2.        В институте НИИПБТ, г. Москва.

4.3.3.        В НИИ «УкрСпиртБиоПрод», г. Киев, Украина.

4.4.  Заводские испытания на производстве белково-витаминных концентратов (БВК) в г. Новополоцк Республики Белоруссия.

4.5.  Испытания на спиртовых заводах.

4.5.1.        Спиртзавод «Донской», г. Епифань, Тульской обл.

4.5.2.        Ефремовский БХЗ (ЗАО «Зернопродукт»), г. Ефремов, Тульской области.

4.5.3.        Спиртзавод «Jaunpagast», г. Талси, Латвия.

4.5.4.        Спиртзавод «Плавский»,  Плавский район, Тульской обл.

4.5.5.        Спиртзавод «Остроженский», АО «Кристалл», с. Острожное, Калужской обл.

4.5.6.        Спиртзавод «Эстспиртпром», г. Раквере, Эстония.

4.5.7.        Спиртзавод «Ядринский», г. Ядрин, Чувашия.

4.5.8.        Спиртзавод «Костромаспиртпром», г. Кострома.

4.5.9.        Спиртзавод «Творишенский», с. Творишено, Брянской обл.

4.5.10.    Спиртзавод «Дубровский», п. Дубровка, Брянской обл.

4.5.11.    Спиртзавод «Сармановский», ОАО «Татспиртпром», Татарстан.

4.5.12.    Испытания на Буинском спиртзаводе с непрерывным процессом брожения, г. Буинск, Татарстан.

4.5.13.    Испытания на спиртзаводе производства биоэтанола в г. Шилуте, Литва.

4.5.14.    Выводы по результатам испытаний, точка брожения в системе координат графика брожения в качестве критерия эффективности спиртового производства.

4.6. Составляющие экономического эффекта от внедрения КБС-технологии.

5.0. Перспективы внедрения  КБС-технологии на других биотехнологических процессах.

6.0. Заключение.

7.0. Глоссарий.

8.0. Список литературы.