Помощь студентам в учебе
ВЛИЯНИЕ ПОСЕВНОЙ ДОЗЫ КУЛЬТУРЫ CORYNEBACTERIUM GLUTAMICUM НА КОНЦЕНТРАЦИЮ КЛЕТОК В ПРЕФЕРМЕНТЕРЕ И БИОСИНТЕЗ ЛИЗИНА
|
Введение 3
1. Обзор литературы 6
1.1. Основные этапы развития биотехнологии 6
1.2. О необходимости развития промышленной технологии получения
синтетических аминокислот 12
1.3. О применении кормовых аминокислот в животноводстве 17
1.4. Методы получения синтетических аминокислот 18
1.5. Краткое описание технологии 21
1.6. Состав и форма выпуска готового продукта 31
2. Методы исследований, условия и объект 32
2.1. Объект исследования. Описание бактерии Сorynebacterium glutamicum 32
2.2. Закономерности роста чистых культур при периодическом
культивировании 36
2.3. Методы исследования 42
2.4. Условия исследований (приготовление питательных сред, подготовка
оборудования к работе, методики испытаний и пр.) 45
2.4.1. Получение воды очищенной 45
2.4.2. Санитарная обработка производства 46
2.4.3. Приготовление питательных сред LB с биотином и глюкозой 49
2.4.4. Методика определения содержания лизина в КЖ методом ТСХ с
хроматоденситометрией 50
2.4.5. Определение оптической плотности культуральной жидкости (OD) 54
3. Результаты исследований 57
3.1. Методика серийных разведений и определения КОЕ (колонеобразующих
единиц) 61
Заключение 82
Список использованной литературы 84
1. Обзор литературы 6
1.1. Основные этапы развития биотехнологии 6
1.2. О необходимости развития промышленной технологии получения
синтетических аминокислот 12
1.3. О применении кормовых аминокислот в животноводстве 17
1.4. Методы получения синтетических аминокислот 18
1.5. Краткое описание технологии 21
1.6. Состав и форма выпуска готового продукта 31
2. Методы исследований, условия и объект 32
2.1. Объект исследования. Описание бактерии Сorynebacterium glutamicum 32
2.2. Закономерности роста чистых культур при периодическом
культивировании 36
2.3. Методы исследования 42
2.4. Условия исследований (приготовление питательных сред, подготовка
оборудования к работе, методики испытаний и пр.) 45
2.4.1. Получение воды очищенной 45
2.4.2. Санитарная обработка производства 46
2.4.3. Приготовление питательных сред LB с биотином и глюкозой 49
2.4.4. Методика определения содержания лизина в КЖ методом ТСХ с
хроматоденситометрией 50
2.4.5. Определение оптической плотности культуральной жидкости (OD) 54
3. Результаты исследований 57
3.1. Методика серийных разведений и определения КОЕ (колонеобразующих
единиц) 61
Заключение 82
Список использованной литературы 84
Биотехнология (биоинженерия) - это наука о генно-инженерных и клеточных методах и технологиях создания и использования генетически модифицированных растений, животных и микроорганизмов в целях интенсификации производства и получения новых продуктов различного назначения.
Основная цель и задачи биотехнологии направлены на разработку методов и приемов, позволяющих получить биологически активные соединения (ферменты, гормоны, аминокислоты, вакцины, лекарственные препараты), а также конструирование молекулы новых веществ и создание форм организмов, отсутствующих в природе (химерные гибридные молекулы, химерные животные и растительные ткани и организмы).
Другими словами, биотехнология - это наука об использовании биологических процессов в технике и промышленном производстве.
Название ее происходит от греческих слов «bios» - жизнь, «teken» - искусство, «logos» - слово, учение.
Биотехнология создает возможность получения разнообразных веществ и соединений из сравнительно дешевых, доступных и возобновляемых материалов. Сегодня биотехнология - это наука, промышленность и многомиллионный бизнес.
Фундаментом современной биотехнологии являются молекулярная биология, микробиология, генетика, биохимия, биофизика, технология, приборостроение. За последние 40-50 лет произошло скачкообразное развитие этих наук, что привело к форменной революции в производстве ветеринарных и медицинских биопрепаратов, созданию трансгенных растений и животных с заданными уникальными свойствами. Подобные исследования являются приоритетными направлениями научно-технического прогресса и в XXI веке займут ведущее место среди всех наук.
Тема данной работы направлена на поиск технологических решений для повышения рентабельности производственных процессов получения кормового L-лизина.
Цель исследования: изучение влияния засевной дозы на скорость нарастания биомассы Corynebacterium glutamicum-11404в преферментёре и уровень продуктивности биосинтеза лизина в основном ферментере.
Для достижения поставленной цели сформулированы следующие задачи:
- проанализировать литературные данные по наработке посевного материала для биосинтеза лизина;
- изучить производственную технологию получения L-лизина;
- провести анализ скорости накопления клеток культуры в преферментере при разных дозах посева: 10%, 1%, 0,01%;
- проверить состояние культуры путем определения КОЕ/г (см3), при разных дозах посева 10%, 1%, 0,01%;
- проанализировать динамику роста культуры и скорость накопления лизина в рабочем ферментере инокулированного преферментером с разными дозами посева 10%, 1%, 0,01%;
- сделать выводы о влиянии влияния засевной дозы на скорость нарастания биомассы Corynebacterium glutamicum-11404в преферментёре и уровень продуктивности биосинтеза лизина в основном ферментере.
Предмет исследовательской работы - скорость роста популяции продуцента - Corynebacterium glutamicum-11404в преферментере.
Объектом исследования является технологический процесс синтеза лизина штаммом C. glutamicum-11404.
Метод исследования - биологический эксперимент проведенный в условиях промышленного производства.
Принятая производственная технологическая схема наработки посевного материала имеет следующую «инокуляционную цепь»: 50мл - 500 мл - 10 л - 30м3- 300 м3, что позволяет получать необходимый объем конечного продукта за 86 часов.
Поставленные задачи по увеличению засевной дозы преферментера должны показать насколько изменится его продолжительность роста и как повлияет инокулят на уровень продуктивности в основном ферментере. Решение данной проблемы имеет большое значение для изучения возможности изменения продолжительности технологического цикла в сторону уменьшения. Укороченный технологический цикл позволит уменьшить расход энергоносителей (пар, электроэнергия и пр.) и повысить коэффициент использования оборудования. Если при увеличении засевной дозы уровень продуктивности культуры повысится, то будет получен больший объем готовой продукции. Следствием проведенных исследований станет уменьшение себестоимости готовой продукции и повышение рентабельности производства лизина.
Основная цель и задачи биотехнологии направлены на разработку методов и приемов, позволяющих получить биологически активные соединения (ферменты, гормоны, аминокислоты, вакцины, лекарственные препараты), а также конструирование молекулы новых веществ и создание форм организмов, отсутствующих в природе (химерные гибридные молекулы, химерные животные и растительные ткани и организмы).
Другими словами, биотехнология - это наука об использовании биологических процессов в технике и промышленном производстве.
Название ее происходит от греческих слов «bios» - жизнь, «teken» - искусство, «logos» - слово, учение.
Биотехнология создает возможность получения разнообразных веществ и соединений из сравнительно дешевых, доступных и возобновляемых материалов. Сегодня биотехнология - это наука, промышленность и многомиллионный бизнес.
Фундаментом современной биотехнологии являются молекулярная биология, микробиология, генетика, биохимия, биофизика, технология, приборостроение. За последние 40-50 лет произошло скачкообразное развитие этих наук, что привело к форменной революции в производстве ветеринарных и медицинских биопрепаратов, созданию трансгенных растений и животных с заданными уникальными свойствами. Подобные исследования являются приоритетными направлениями научно-технического прогресса и в XXI веке займут ведущее место среди всех наук.
Тема данной работы направлена на поиск технологических решений для повышения рентабельности производственных процессов получения кормового L-лизина.
Цель исследования: изучение влияния засевной дозы на скорость нарастания биомассы Corynebacterium glutamicum-11404в преферментёре и уровень продуктивности биосинтеза лизина в основном ферментере.
Для достижения поставленной цели сформулированы следующие задачи:
- проанализировать литературные данные по наработке посевного материала для биосинтеза лизина;
- изучить производственную технологию получения L-лизина;
- провести анализ скорости накопления клеток культуры в преферментере при разных дозах посева: 10%, 1%, 0,01%;
- проверить состояние культуры путем определения КОЕ/г (см3), при разных дозах посева 10%, 1%, 0,01%;
- проанализировать динамику роста культуры и скорость накопления лизина в рабочем ферментере инокулированного преферментером с разными дозами посева 10%, 1%, 0,01%;
- сделать выводы о влиянии влияния засевной дозы на скорость нарастания биомассы Corynebacterium glutamicum-11404в преферментёре и уровень продуктивности биосинтеза лизина в основном ферментере.
Предмет исследовательской работы - скорость роста популяции продуцента - Corynebacterium glutamicum-11404в преферментере.
Объектом исследования является технологический процесс синтеза лизина штаммом C. glutamicum-11404.
Метод исследования - биологический эксперимент проведенный в условиях промышленного производства.
Принятая производственная технологическая схема наработки посевного материала имеет следующую «инокуляционную цепь»: 50мл - 500 мл - 10 л - 30м3- 300 м3, что позволяет получать необходимый объем конечного продукта за 86 часов.
Поставленные задачи по увеличению засевной дозы преферментера должны показать насколько изменится его продолжительность роста и как повлияет инокулят на уровень продуктивности в основном ферментере. Решение данной проблемы имеет большое значение для изучения возможности изменения продолжительности технологического цикла в сторону уменьшения. Укороченный технологический цикл позволит уменьшить расход энергоносителей (пар, электроэнергия и пр.) и повысить коэффициент использования оборудования. Если при увеличении засевной дозы уровень продуктивности культуры повысится, то будет получен больший объем готовой продукции. Следствием проведенных исследований станет уменьшение себестоимости готовой продукции и повышение рентабельности производства лизина.
Результаты данных, полученных в ходе эксперимента, обработаны и занесены в таблицу 3.22.
Таблица 3.22.
Расчет эффективности процесса биосинтеза лизина
Этап технологического процесса Опыт 1 контроль Опыт 2 Опыт 3
Подготовка оборудования 12,00 12,00 12,00
Стерилизация оборудования 2,00 2,00 2,00
Преферментация 22,70 12,00 8,00
Ферментация 48,00 48,00 48,00
Итого: 84,70 74,00 70,00
Изменения продолжительности цикла, % 100,00 86,05 81,40
Уровень накопления L-лизина в процессе биосинтеза, г/кг 160,70 165,20 171,61
Уровень накопления L-лизина, % 100,00 102,80 106,79
Время преферментации в общем технологи-ческом цикле, % 26,80 16,22 11,43
Общая продуктивность процесса, г/л/час (при продуктивности ферментации -1,15 г/л/час) 0,64 0,75 0,79
Общая продуктивность процесса, % 100,00 117,19 123,44
Получены фактические данные, что при увеличении дозы засева преферментера до 1% и 10% при контрольной дозе 0,01% продолжительность лаг- фазы роста клеток культуры сокращается до 6 час и 4 час соответственно (контроль - 16 час).
Общее время роста преферментера сокращается до 12 час и 8 час соответственно, относительно контрольного - 22,7 часа роста и снижает время пре-ферментации в общем технологическом цикле до 16,22% и 11,43% соответственно, относительно контрольного - 26,80%.
Лаг-фаза развития культуры в рабочем ферментере после посева преферментером с различными дозами засева не имеет существенной разницы.
Общая продуктивность процесса, при продуктивности ферментации - 1,15 г/л/час, увеличивается до 0,75 и 0,79 г/л/час, по сравнению с контролем - 0,64 г/л/час.
Уровень накопления лизина в рабочем ферментере инокулированного преферментером с разными дозами посева 1%, 10% увеличивается на 2,8 и 6,79 % соответственно, по сравнению с контролем.
Сокращение продолжительности цикла на 13,95% и 18,6%, позволяет увеличить общую продуктивность процесса биосинтеза на 17,19 и 23,44%.
Результаты биологического эксперимента, проведенного в условиях промышленного производства позволяют сделать вывод, что цели и задачи исследования: изучение влияния засевной дозы на скорость нарастания биомассы Corynebacterium glutamicum-11404в преферментёре и уровень продуктивности биосинтеза лизина в основном ферментере выполнены.
Эксперименты по увеличению засевной дозы преферментера показали:
- продолжительность роста культуры в преферментере уменьшилась;
- инокулят, полученный при увеличенной засевной дозе повышает уровень продуктивности культуры в основном ферментере.
Изменение параметров «инокуляционной цепи» имеет большое значение для изменения продолжительности полного технологического цикла производства лизина.
Сокращенный технологический цикл позволит повысить коэффициент использования оборудования, уменьшить расход энергоносителей (пар, электроэнергия и пр.) и увеличить выход готовой продукции. Проведенные исследования позволяют сделать выводы, что увеличенная доза засева уменьшает себестоимость готовой продукции и повышает рентабельность производства лизина.
Выводы:
1. Наиболее эффективной дозой засева является доза - 10% инокулята от объема питательной среды преферментера.
2. Продолжительность производственного цикла при 10 % дозе засева сокращается на 18,6%.
3. Общая продуктивность процесса повышается на 23,44%.
Таблица 3.22.
Расчет эффективности процесса биосинтеза лизина
Этап технологического процесса Опыт 1 контроль Опыт 2 Опыт 3
Подготовка оборудования 12,00 12,00 12,00
Стерилизация оборудования 2,00 2,00 2,00
Преферментация 22,70 12,00 8,00
Ферментация 48,00 48,00 48,00
Итого: 84,70 74,00 70,00
Изменения продолжительности цикла, % 100,00 86,05 81,40
Уровень накопления L-лизина в процессе биосинтеза, г/кг 160,70 165,20 171,61
Уровень накопления L-лизина, % 100,00 102,80 106,79
Время преферментации в общем технологи-ческом цикле, % 26,80 16,22 11,43
Общая продуктивность процесса, г/л/час (при продуктивности ферментации -1,15 г/л/час) 0,64 0,75 0,79
Общая продуктивность процесса, % 100,00 117,19 123,44
Получены фактические данные, что при увеличении дозы засева преферментера до 1% и 10% при контрольной дозе 0,01% продолжительность лаг- фазы роста клеток культуры сокращается до 6 час и 4 час соответственно (контроль - 16 час).
Общее время роста преферментера сокращается до 12 час и 8 час соответственно, относительно контрольного - 22,7 часа роста и снижает время пре-ферментации в общем технологическом цикле до 16,22% и 11,43% соответственно, относительно контрольного - 26,80%.
Лаг-фаза развития культуры в рабочем ферментере после посева преферментером с различными дозами засева не имеет существенной разницы.
Общая продуктивность процесса, при продуктивности ферментации - 1,15 г/л/час, увеличивается до 0,75 и 0,79 г/л/час, по сравнению с контролем - 0,64 г/л/час.
Уровень накопления лизина в рабочем ферментере инокулированного преферментером с разными дозами посева 1%, 10% увеличивается на 2,8 и 6,79 % соответственно, по сравнению с контролем.
Сокращение продолжительности цикла на 13,95% и 18,6%, позволяет увеличить общую продуктивность процесса биосинтеза на 17,19 и 23,44%.
Результаты биологического эксперимента, проведенного в условиях промышленного производства позволяют сделать вывод, что цели и задачи исследования: изучение влияния засевной дозы на скорость нарастания биомассы Corynebacterium glutamicum-11404в преферментёре и уровень продуктивности биосинтеза лизина в основном ферментере выполнены.
Эксперименты по увеличению засевной дозы преферментера показали:
- продолжительность роста культуры в преферментере уменьшилась;
- инокулят, полученный при увеличенной засевной дозе повышает уровень продуктивности культуры в основном ферментере.
Изменение параметров «инокуляционной цепи» имеет большое значение для изменения продолжительности полного технологического цикла производства лизина.
Сокращенный технологический цикл позволит повысить коэффициент использования оборудования, уменьшить расход энергоносителей (пар, электроэнергия и пр.) и увеличить выход готовой продукции. Проведенные исследования позволяют сделать выводы, что увеличенная доза засева уменьшает себестоимость готовой продукции и повышает рентабельность производства лизина.
Выводы:
1. Наиболее эффективной дозой засева является доза - 10% инокулята от объема питательной среды преферментера.
2. Продолжительность производственного цикла при 10 % дозе засева сокращается на 18,6%.
3. Общая продуктивность процесса повышается на 23,44%.