Микробиологический синтез – промышленный способ получения химических соединений и продуктов (например, дрожжей), осуществляемый благодаря жизнедеятельности микробных клеток. Иногда к микробиологическому синтезу относят также промышленные процессы, основанные на использовании иммобилизованных клеток, т.е. инженерную энзимологию.
Основным этапом в получении продуктов метаболизма микробных клеток является ферментация – совокупность последовательных операций по получению биологически активных и полезных веществ.
Для получения продуктов микробиологического синтеза используются специальные технологии, включающие особенности питательных сред, режимов культивирования, выделения и концентрирования продуктов.
Все процессы биосинтеза можно представить схемой, изображенной на рисунке ниже:
Типовая схема получения микробных биопрепаратов
Культивирование, или выращивание микроорганизмов, осуществляется с целью получения биомассы (общей массы клеток организма) или продуктов метаболизма (ферментов, аминокислот и т.д.).
Выращивание микроорганизмов осуществляется поверхностным (твердофазным) или глубинным (жидкофазным) способами. Выбор способа зависит главным образом от аэрофильности организма, природы образуемого целевого продукта и энергетической целесообразности производства.
Поверхностное выращивание осуществляется на твердых, сыпучих средах, на поверхности тонкого слоя жидкой питательной среды. В качестве основной питательной среды используют увлажненные пшеничные отруби (отходы мукомольного производства), содержащие в определенных соотношениях соли фосфора, магния и кальция, а также основные питательные элементы – углерод и азот в соотношении 7:1, обеспечивающие интенсивное развитие культуры микроорганизма и биосинтез конечного продукта.
На твердых питательных средах с использованием принудительной аэрации и добавок разрыхлителей успешно выращивают, например, мицелиальные грибы.
Наиболее перспективен глубинный способ выращивания, при котором процесс осуществляется в специальных емкостях–ферментаторах, снабженных термостатирующим, аэрирующим, перемешивающим и регулирующим рН среды устройствами.
Клетки микроорганизмов суспендируются в жидкости и находятся во взвешенном состоянии. Глубинное культивирование на жидких питательных средах находит широкое применение для анаэробных и аэробных продуцентов. Но активность получаемых ферментных препаратов в большинстве случаев ниже, чем при поверхностном культивировании.
Глубинный способ выращивания микроорганизмов может быть как периодическим, так и непрерывным, поверхностный бывает только периодическим. При периодическом способе микроорганизмы выращиваются на какой-либо среде без ее смены, в аппарат загружается весь объем питательной среды и посев материала (инокулят) одновременно. Процесс ведут до определенного количества биомассы или продукта метаболизма. Периодически культура ведет себя как многоклеточный организм с ограниченным ростом.