Кимёвий технология асосий жараён ва курилмалари

6-bob. BIOKIMYOVIY JARAYONLAR
■


6.1. Umumiy tushunchalar

Mikroorganizmlarning hayot faoliyatiga yo`naltirilgan jarayonlar biokimyoviy jarayonlar deyiladi. Bu jarayonlar ma’lum tezlikka ega bo`lib, ular mikroorganizmlar biomassasining yoki muhitda to`plangan metabolit mahsulotlar massasining o`sishi bilan aniqlaniladi.

Hozirgi zamonda ko`proq diqqat e’tibor tirik organizmlarning hayot-faoliyatiga suyanib olib boriladigan sanoat jarayonlariga qaratilmoqda va ular biotexnologik jarayonlar deb ataladi. Biotexnologiyaning gurkirab rivojlanishi oxirgi 40 yillarga to`g`ri kelib, biologiya fanining yutuqlari, genetika va hujayra injeneriyasi texnologiyalarining ishlanmalarini yuzaga kelishi, hamda tabiiy resurslarni kamayishi (yoki qimmatlashishi), an’anaviy texnologiyalarning inqirozga uchrashi bilan bog`liqdir. Biotexnologiyaning rivojlanishi kelajakda iqtisodiy va ekologik manfaatdorlikka olib keladi.
Biotexnologiyaning keng ma’nodagi umumiy tushunchasi deganda texnologik jarayonlarda mikroorganizmlardan, mikrob hujayralari va to`qimalaridan foydalangan holda, biokimyo, molekulyar biologiya va amaliy fanlarni, integrastiyalagan holda qo`llash tushuniladi.
6.1-rasmda an’anaviy biotexnologik tizimni tuzilishi va uning asosiy tarkibiy qismlari keltirilgan.


6.1-rasm. Biotexnologik tizimning asosiy komponentlari.

Biotexnologiyaning bugungi kundagi faol rivojlanayotgan ilmiy yo`nalishi – mikrobiologik biotexnologiyadir yoki uni mikroblar sintezining biotexnologiyasi deb ham yuritiladi. Mikroblar sintezi biotexnologiyasining rivojlanishi birinchidan ayrim mahsulotlarga bo`lgan talab hisoblansa, ikkinchidan jarayonda qo`llaniladigan xom – ashyoning bisyorligi va to`plangan chiqindilarni utilizastiya qilishning iqtisodiy samaradorligidir (6.2-rasm).

Mikrobiologik biotexnologiyaning asosiy vazifalaridan biri yuqori tabaqadagi optimal sharoitda mikroorganizm populyastiyalarini va ko`zlangan maqsadga muvofiq ularni hayot faoliyatini boshqargan holda mahsulot olishni (talab darajasidagi aniqlikda) uslub va tartiblarini nazariy va amaliy jihatdan asoslab berishdan iborat. £onuniyatlarni o`rganish asosida olingan natijalar mikrobiologik ishlab chiqarishda, maxsus jihozlar, uskunalar va avtomatlashtirilgan tizimni yaratishda asos bo`lib, xizmat qiladi.
Mikrobiologik sintez jarayonlari quyidagi hollarda qo`llaniladi:
1. Mikrob biomassasini (achitqilar, tuban suv o`tlari, oqsil – vitamin kompleksi va h.) olishda.
2. O`stirish jarayonida mikroorganizmlardan ajraluvchi murakkab tuzilishga ega bo`lgan biokimyoviy mahsulotlarni olishda (antibiotiklar, vitaminlar, organik kislotalar, fermentlar, spirtlar va x.).
3. Mikroorganizmlar fermentini va ularning komponentlarini qo`llash orqali o`zgarish natijasida kimyoviy mahsulotlar olishda (6–aminopenistillin kislotasi va x.).
4. Keraksiz komponentlardan tozalangan muhit olishda (tozalangan oqava suvlar, parafinsizlashtirilgan neft va boshqalar).
5. Rudalardan metallarni mikrobiologik ishqorlash yo`li bilan noyob metallar olishda.
Mikroorganizmlarni o`stirish uchun fermentatsiyalash jarayoni amalga oshiriladi. Jarayon davomida mikroorganizmlar nafas oladi, o`sadi, ko`payadi, muhitga gazsimon va suyuq holdagi metabolizm mahsulotlarini ajratadi, natijada muhitda biomassa yoki metabolizm mahsuloti yig`iladi. Demak, fermentatsiyalash jarayonida muhitda mikroorganizmlar biomassasi va metabolizm mahsuloti to`planadi. Masalan, achitqilar yoki oqsil-vitamin konstentratlarini olishda jarayon mikroorganizmlar biomassasini to`plashga qaratiladi.
Antibiotiklar, fermentlar va boshqa moddalar olishda esa, jarayon mikroogranizmlar hujayralarida sintezlangan metobolit mahsulotlarni olishga yo`naltiriladi. Mikroorganizm hujayralarida metobolit mahsulotlar 2 xil ko`rinishda uchraydi: ayrim mikroorganizmlarda metobolizm mahsuloti uning hujaylarida sintezlanadi va muhitga ajralib chiqmaydi. Demak, bunday mikroorganizmlardan, ular to`plagan metabolit mahsulotni olish uchun mikroorganizmlar hujayrasi parchalanib, so`ngra ajratib olinadi. O`zga xil mikroorganizmlarda metobolizm mahsulotlari hujaylarida sintezlanib massa almashinish jarayoni hisobiga u o`sayotgan muhitga chiqadi. Biomassa qancha ko`paysa, metobolit mahsulot miqdori ham shuncha ko`p bo`ladi.
Mikrobiologik sintezdan, odatda juda muhim mahsulotlar olishda foydalaniladi, chunki bunday mahsulotlarni kimyoviy texnologiya usulida olib bo`lmaydi yoki uning iqtisodiy samaradorligi juda past bo`ladi.
Jumladan, fermentlarni, bakterial preparatlarni, oqsillarni, antibiotiklarni, va ko`pgina vitaminlarni ishlab chiqarishda faqat mikrobiologik sintez usulidan foydalaniladi.
Sanoat miqyosida shunday sohalar borki, ularda joriy qilingan texnologiyalar asosan mikroorganizmlar faoliyatiga asoslangan: masalan, oziq-ovqat sanoatidagi bijg`ish mahsulotlarini ishlab chiqaruvchi korxona (pivo qaynatish, sharobchilik, ozuqaviy spirt ishlab chiqarish, limon, sut va sirka kislotalarini olish, achitqi tayyorlash, qishloq xo`jalik xom-ashyosini qayta ishlash va hokazo) lar bunga misol bo`la oladi. Achitqi ishlab chiqarish juda katta miqdordagi mikroorganizm biomassasini to`plash orqali amalga oshiriladi. Achitqilar va boshqa organik kislotalarni olishda, mikroorganizmlarni nordon muhitda, chuqur fermentatsiyalash usulida olib boriladi. Bunday sharoitda yuqori darajadagi aseptika talab qilinmaydi, chunki ushbu nordon muhitda yot mikroorganizmlarning o`sishi o`ta mushkul. Undan tashqari, muhitdagi qand, spirt va o`zga komponentlarning konstentrastiyasi ham ko`pgina begona mikroorganizmlarning rivojlanishiga to`sqinlik qiladi. Shu bilan birga, sanoatda ko`pincha anaerob mikroorganizmlar ishlatiladi, bu sharoit esa ko`pchilik mikroorganizmlar (aeroblar) uchun noqulay.
Shu sababli, sanoatda katta hajmdagi suyuqliklarni, uskunalarni sterilizastiyalashga va ularni germetikligini ta’minlash uchun havoni tozalashga hojat qolmaydi.
Lekin, bakteriologik preparatlarni va fiziologik faol moddalarni, jumladan, antibiotiklarni, ferment preparatlarni, vitaminlarni, aminokislotalarni, gormonal preparatlarni olishda, ozuqa muhitini ifloslanishlardan muhofaza qilish katta ahamiyatga ega. Shuning uchun, ishchi ozuqa muhiti va fermentatsiya bosqichlarini doimiy nazorat qilish talab etiladi.
Ishchi ozuqa muhiti odatda, havo orqali yot mikroorganizmlar bilan ifloslanadi. U fermentatorga quyilgan vaqtda, fermentatorning germetik ravishda yopilmasligi yoki fermentatorning yaxshi sterilizastiya qilinmaganligi ham fermentatorda begona mikroorganizmlarning o`sishiga sabab bo`ladi. Shuning uchun fermentatorga va ishchi ozuqa muhitiga juda ehtiyotkorlik bilan yondoshish lozim.
Maqsadga muvofiq mahsulot olishda mikroorganizmlarning turlariga katta ahamiyat beriladi. Bir turdagi mikroorganizmlar (maxsus tanlangan mikrob turi) fermentatorda ko`paytiriladi. Agar fermentatorda texnologik jarayon davomida yot mikroorganizimlar o`sa boshlasa, bu uskunalarning yomon sterilizastiyalanganligi yoki ularning germetikligi buzulganligidan dalolat beradi.
Oqibatda, maqsad asosida o`stirilayotgan mikroorganizm butunlay halok bo`ladi yoki olinayotgan metabolizm mahsuloti keskin kamayib ketadi. Mikroorganizmlarning hayot jarayoni metabolik mahsulotlarni sintezlanishi maxsus qurilmalarda – fermentatorlarda - amalga oshiriladi.
Shu sababli bunday jarayonlarni amalga oshirishda aseptikaga katta ahamiyat beriladi: havo maxsus filtrlarda tozalanadi, uskuna va mikroblarni o`stiradigan ozuqa muhiti sterilizastiyalanadi.
Fermentatorlar 2 xil ish prinstipiga ega: davriy va uzluksiz fermentatorlar. Jarayon tugagach sintezlangan mahsulotni ajratib olish uchun, fermentatorlarning ish prinstipidan kat’iy nazar, mikroblar o`stirilgan suyuq muhit filtrlanadi. Filtrlangan suyuqlikka separatorda ishlov beriladi, va ekstrakstiyalanadi, aralashma bug`latiladi va quritish usullaridan mos bo`lgani tanlanib, quritiladi. £o`llaniladigan quritish usullari xilma-xildir va ulardan eng keng tarqalgani: purkash, sublimastiyalash, vakuum ostida va mavhum qaynash qatlamida quritish jarayonlaridir.