Биотехнология ответственный редактор академик И. И. Гительзон

Субстраты и среды, используемые в биотехнологии, весьма разнооб-
разны, и их спектр непрерывно расширяется (табл. 1.2). С развитием про-
мышленных процессов происходит накопление новых видов отходов, ко-
торые могут быть обезврежены и конвертированы в полезные продукты 
методами биотехнологии. С одной стороны, развивающиеся бурными тем-
пами биотехнологические промышленные направления сталкиваются с 
проблемой исчерпания традиционных видов сырья, поэтому возникает 
необходимость в расширении сырьевой базы, с другой, – увеличение объ-
емов накапливающихся отходов делает необходимым разработку нетра-
диционных, в том числе биотехнологических способов их переработки.
В настоящее время наблюдается рост интереса биотехнологов к при-
родным возобновляемым ресурсам – продуктам фотосинтеза, биоресурсам 
мирового океана. В состав сред для биотехнологических процессов входят 
источники углерода и энергии, а также минеральные элементы и ростовые 
факторы. В качестве источников углерода и энергии в биотехнологиче-
ских процессах используют главным образом природные комплексные 
среды неопределенного состава (отходы различных производств, продук-
ты переработки растительного сырья, компоненты сточных вод и пр.), в 
которых помимо углеродных соединений содержатся также минеральные 
элементы и ростовые факторы. Довольно широко включены в разряд био-
технологических субстратов целлюлоза, гидролизаты полисахаридов и 
древесины. Последние около 30 лет используют для получения белка од-
ноклеточных. Кислотный гидролиз древесины при 175–190
°С обеспечива-
ет выход в среду до 45–50 % редуцирующих веществ; при более жестких 
режимах гидролиза эта величина возрастает до 55–68 %. С большим успе-
хом в последние годы стали применять гидролизаты торфа, это позволяет 

---

25 
снизить стоимость, например, препаратов аминокислот в 4–5 раз. Мине-
ральные элементы, необходимые для роста биологических агентов и вхо-
дящие в состав питательных сред, подразделяются на макро- и микроэле-
менты. Среди макроэлементов на первом месте стоит азот, так как по-
требности в нем у биологических объектов на порядок превышают по-
требности в других элементах (фосфоре, сере, калии и магнии). Азот 
обычно используется микроорганизмами в восстановленной форме (моче-
вина, аммоний или их соли). Часто азот вводится в комплексе с другими 
макроэлементами – фосфором, серой. Для этого в качестве их источников 
используют соли (сульфаты или фосфаты аммония). Для ряда отдельных 
продуцентов, однако, лучшими являются нитраты или органические со-
единения азота. Существенное значение при обеспечении азотного пита-
ния продуцента имеет не только вид, но концентрация азота в среде, так 
как изменение соотношения C:N, воздействуя на скорость роста проду-
цента, метаболизм, вызывает сверхсинтез ряда целевых продуктов (ами-
нокислот, полисахаридов и др.). Минеральные элементы необходимы для 
роста любого биологического агента, но их концентрация в среде в зави-
симости от биологии используемого биообъекта и задач биотехнологиче-
ского процесса различна. Так, концентрация макроэлементов в среде (K, 
Mg, P, S) обычно составляет около 10
–3
–10
–4
М. Потребности в микроэле-
ментах невелики, и их концентрация в средах существенно ниже – 10
–6
–
10
–8
М. Поэтому микроэлементы часто специально не вносят в среде, так 
как их примеси в основных солях и воде обеспечивают потребности про-
дуцентов. Отдельные продуценты в силу специфики метаболизма или пи-
тательных потребностей нуждаются для роста в наличие в среде ростовых 
факторов (отдельных аминокислот, витаминов и пр.). Помимо чистых ин-
дивидуальных веществ такой природы, на практике часто используют в 
качестве ростовых добавок кукурузный или дрожжевой экстракт, карто-
фельный сок, экстракт проростков ячменя, зерновых отходов и отходов 
молочной промышленности. Стимулирующее действие данных ростовых 
факторов во многом зависит от индивидуальных свойств применяемого 
продуцента, состава основной среды, условий ферментации и др. Добав-
ление ростовых факторов способно увеличить выход целевого продукта, 
например ферментов, в десятки раз. 
Традиционно состав питательной среды, оптимальной для биотехноло-
гического процесса, определяется методом длительного эмпирического 
подбора, в ходе которого на первых этапах определяется качественный и 
количественный состав среды. Было сделано много попыток обоснования 
состава сред с позиций физиологии и биохимии продуцента, но так как 
потребности в питательных веществах видо- и даже штаммоспецифичны, 
в каждом конкретном случае приходится подбирать оптимальный для кон-
кретного продуцента состав среды. В последние 20–25 лет все шире ис-
пользуют математический метод планирования экспериментов, математи-

---

26 
ческое моделирование биотехнологических процессов; это позволяет 
обоснованно подходить к конструированию питательных сред сделать их 
экономичными.