Учебно-методический комплекс дисциплины «Биотехнологическое оборудование» (стр. 1 )

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени ШАКАРИМА города СЕМЕЙ
Документ СМК 3 уровня	УМКД	УМКД 042-18-5.1.68/03-2013
УМКД Учебно-методические материалы по дисциплине «Биотехнологическое оборудование»	Редакция № __ от «___» _________ 2013 года

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС

ДИСЦИПЛИНЫ

«БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ»

для специальности

050701 – «Биотехнология»

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ

Семей 2013

Содержание

1	Глоссарий (Примечание-наличие данного раздела не обязательно)
2	Лекции
3	Практические и лабораторные занятия
4	Самостоятельная работа студента

1 ГЛОССАРИЙ

В настоящем УММ использованы следующие термины с соответствующими определениями:

Солод − проращенное зерно злаковых культур (ячмень, рожь, рис, пшеница, овес, просо) в специально созданных и регулируемых условиях.

Солодоращение − накопление в зерне максимально возможного или заданного количества ферментов (в основном гидролитических).

Хлебопекарные дрожжи – одноклеточные микроорганизмы, относящиеся к классу грибов сахаромицетов.

Ферментные препараты - концентраты ферментов, полученные с помощью микроорганизмов.

Стерилизация - процесс разрушения или уничтожения посторонней микрофлоры.

Экстракция - процесс извлечения одного или нескольких компонентов из сложного по составу вещества.

Фильтры - аппараты, в которых разделение происходит путем пропуска жидкостей через перегородки.

Флотация - процесс выделения мелких твердых частиц, входящих в состав суспензий, основанный на их способности прилипать к пузырькам воздуха и подниматься вверх, т. е. всплывать, концентрируясь в виде пены.

Растильные установки - оборудование для культивирования микроорганизмов на твердых питательных средах в микробиологической промышленности.

Ферментаторы - аппараты, предназначенные непосредственно для выращивания микроорганизмов.

Измельчение - процесс деления твердого тела на более мелкие частицы под воздействием, каких либо внешних сил.

Стандартизация - процесс перемешивания различных материалов.

Микрокапсулирование – процесс, происходящий путем покрытия частиц препарата оболочкой из неионогенных веществ.

2 ЛЕКЦИИ

Лекция № 1. Введение. Современное микробиологическое производство.

План лекции:

1)  Цель и задачи курса.

2)  Характеристика биотехнологии и продуктов микробиологических производств.

3) Классификация оборудования микробиологической промышленности.

1) Микроорганизмы использовались человечеством в быту и производстве еще задолго до того как, собственно говоря, они были открыты. Еще в древние времена, не задумываясь об их существовании человечество, использовало их в хлебопечении, виноделии, производстве сыров и кисломолочных продуктов, пивоварении и т. д.

Значение и роль их для производства впервые были открыты Пастером в середине 19 века. Однако знания по физиологии микроорганизмов и закономерностям их роста начали пополняться, только начиная с 20 века.

В результате появилась реальная возможность сделать микроорганизмы неисчерпаемым источником получения биологически активных веществ: белков, аминокислот, ферментов, витаминов, антибиотиков и т. д.

Во второй половине 20 века в промышленно развитых странах зарождается новая отрасль промышленности – микробиологическая промышленность или биотехнология.

Основное преимущество биотехнологии – получение белковых веществ и др. продуктов путем микробного синтеза с огромной скоростью, которая на несколько порядков выше, чем у растений и животных.

Развитие промышленности вызывает потребность в специалистах, технологии, оборудовании и само по себе, разумеется, в соответствующих научных исследованиях.

Данное УМКД написано на основе курса лекции «Оборудование биотехнологии», который на протяжении ряда лет, начиная с 90-х годов, читался авторами в Семипалатинском государственном университете имени Шакарима для студентов-биотехнологов.

2) Биотехнология, биотехнологическая промышленность, оборудование биотехнологии – сравнительно новые термины, которые вошли в практику сравнительно недавно (70 – 80 – 90 годы 20 века).

До этих лет более широко использовался термины:

·  микробиология и микробиологическая промышленность,

·  а также соответствующее оборудование.

Основная цель биотехнологии –

·  производство методами микробиологического синтеза, прежде всего, биологически активных веществ,

·  и других продуктов микробиологического производства, например:

-  концентрата витамина В2;

-  белково-витаминных концентратов;

-  кормовых дрожжей на жидких гидролизатах растительных материалов и сульфитных щелоках;

-  кормовых дрожжей на отходах пищевой промышленности;

-  кормовых дрожжей на очищенных парафинах;

-  кормовых дрожжей на газообразных углеводородах;

-  лимонной кислоты;

-  лизина на свекловичной мелассе, а также других аминокислот, в частности гистидина, аргинина, триптофана и др;

-  кормовых антибиотиков (препараты биовит, терравит, бацелихин, бацитрацин и др);

-  бактериальных препаратов или удобрений, а также средств защиты растений (нитрагин, азотобактерин, фосфобактерин и др);

-  ферментных препаратов;

-  солода и т. п.

Для популяции микроорганизмов характерны такие замечательные свойства как:

-  высокая интенсивность жизнедеятельности, т. е. роста, размножения и отмирания;

-  и большое своеобразие обмена веществ (метаболизма).

Например, скорость образования биомассы у микроорганизмов:

-  в почти, что в 500 раз больше чем у самых урожайных растений;

-  и в примерно 1000 – 5000 раз больше чем у самых продуктивных пород скота.

-  За всего лишь каких-нибудь 0,3 – 2,0 часа биомасса микроорганизмов может увеличиться вдвое.

Кроме того, в ряде случаев вся биохимическая активность микроорганизмов направляется на синтез какого-нибудь полезного вещества. Например:

-  один из высокопродуктивных мутантов для синтеза пенициллина образует до 0,5 кг пенициллина на каждый 1,0 кг биомассы;

-  некоторые из штаммов могут синтезировать витамин В12 в количествах превышающих их жизненные потребности в 100 – 200 раз.

Одним из главных достоинств биотехнологии является то, что при микробиологическом синтезе используется:

-  не дефицитное, не дорогое сырье в виде отходов пищевой промышленности,

-  а также такое широко распространенное сырье как нефть и природный газ.

3) Используемое в биотехнологии оборудование, классифицируется на соответствующие группы по ряду основных признаков. К таким признакам относятся.

I.  Характер воздействия на обрабатываемый материал, либо сырье или продукт.

II.  Структура рабочего цикла машины или аппарата.

III.  Степень механизации и автоматизации.

IV.  Принцип сочетания в технологическом потоке.

V.  Функциональное (производственное) назначение.

I. По характеру воздействия на обрабатываемый продукт оборудование делится на три группы:

а) оборудование, в котором на материал оказывается механическое воздействие без изменения свойств самого материала (т. е. изменяется только форма и размеры продукта, например при измельчении, дроблении или резании);

б) оборудование, в котором на материал оказывается физико-химические, биохимические и тепловые воздействия в результате чего изменяются большинство свойств сырья и даже агрегатное состояние (т. е. изменяется вязкость, плотность, структура и т. д. например, при выпарке, концентрации, экстракции, сушке и т. п.);

в) оборудование, в котором на материал оказываются все виды воздействия.

II. По структуре рабочего цикла оборудование делится на две группы:

а) оборудование периодического действия;

б) оборудование непрерывного действия.

III. По степени механизации и автоматизации оборудование делится на три группы:

а) простые рабочие машины и аппараты (т. е. оборудование, в котором выполняется одна технологическая операция, например дробилка, мешалка, сепаратор и т. п. выполняют, несмотря на свою в некоторых случаях конструктивную сложность только одну технологическую операцию):

б) машины полуавтоматы (т. е. оборудование, в котором имеется несколько рабочих органов выполняющих несколько технологических операции и в котором требуется участие рабочего для выполнения некоторых контрольных функций).

в) машины автоматы (т. е. оборудование, в котором также имеется несколько рабочих органов выполняющих несколько технологических операции в автоматическом режиме и в котором не требуется участие рабочего).

IV. По принципу сочетания в потоке

а) отдельные машины и аппараты;

б) агрегаты или комплексы;

в) комбинированные и автоматизированные виды оборудования (это прежде всего поточно-механизированные линии)

Машины и аппараты отличаются друг от друга по структурной форме. Машина, как правило, состоит из трех частей:

-  рабочего органа установленного внутри рабочей камеры;

-  передаточного механизма, передающего движение рабочему органу;

-  и источника движения, т. е. двигателя.

Таким образом, в машине обработка сырья происходит в результате преобразования в движение механической работы двигателя.

V. По производственному назначению оборудование делится на большое количество групп, а именно: