Биотехнологическое производство

Классификация биотехнологических процессов

Любое биотехнологическое производство и биотехнологический процесс можно классифицировать по ряду параметров, которые приведены ниже в таблице «Классификация биотехнологических процессов».

По характеристике биообъекта Пункт 1	По общности и специфичности биотехнологическихпроцессов Пункт 2	По числу биообъектов Пункт 3	По условиям проведения процесса Пункт 4	По стадиям реализации технологии производства Пункт 5	По целевым продуктам Пункт 6	По механизму образования конечного продукта Пункт 7	По управлению процессом Пункт 8	По типу биотехнологического процесса Пункт 9
Плазмиды, фаги, вирусы растений и млекопитающих Клетки прокариот Клетки эукариот Биомолекулы (ферменты, нуклеиновые кислоты или их компоненты и др.)	Общие Специальные: Микробиотехнология Фитобиотехнология Зообиотехнология	Один (например, иммобилизованный фермент, одна чистая культура — продуцент и т. д.) Два и более (например, иммобилизованная полиферментная система; кефирные зерна – ассоциация бактерий и дрожжей и т. д.)	Нестерильный Стерильный Аэробный Анаэробный Поверхностный Глубинный Периодический Полунепрерывный Непрерывный Твердофазный Газофазный 1-ступенчатый 2-ступенчатый Многоступенчатый	Подготовка оборудования и питательных сред Стерилизация оборудования, питательных сред, воздуха Посев и выращивание (культивирование) биообъекта Выделение, очистка, сушка, стерилизация (при необходимости) продукта Упаковка продукта	Клеточная биомасса Первичные метаболиты Вторичные метаболиты	Биосинтез Биотрансформация	Управляемые Неуправляемые	Простой Совместный Последовательный Ступенчатый

Далее более побробно описывается каждый пункт таблицы «Классификация биотехнологических процессов«.

Таблица 1 — 1.2. Характеристика биообъекта по источникам энергии, углерода и доноров электронов:

Группа	Источник			Hoмep и название подгруппы
	энергии	углерода	доноров электронов (водорода)
Фототрофные бактерии	Свет	Неорганический	Неорганические вещества	1.Фотоавтолитотрофы
		Органический	Органические вещества	2.Фотогетероорганотрофы
Хемотрофные бактерии	Химические реакции окисления — восстановления	Неорганический	Неорганические вещества	3.Хемоавтолитотрофы
		Органический	Неорганические вещества	4.Хемогетеролитотрофы
			Органические вещества	5.Хемогетероорганотрофы

Таблица 2 — 1.3 — Характеристика биообъекта по трофике

Признак	Тип питания
Источник энергии
1) живой организм	Паратрофия
2) химическая реакция	Хемотрофия
3) фотохимическая реакция	Фототрофия
Источник углерода
1) диоксид углерода	Автотрофия
2) органические вещества	Гетеротрофия
Донор электрона
1) неорганнческий	Литотрофия
2) органический	Органотрофия

1.4 — Характеристика биообъекта по способности питаться «живым белком» – по патогенности и взаимоотношений между организмами:

К п. 4 «Классификация биотехнологических процессов по условиям проведения биотехнологического производства»

В биотехнологических производствах по условиям проведения процесса, а именно по фазовому состоянию ингредиентов биотехнологические производства различают на твердофазные процессы, например, при флуидизации или протеинизации грубых кормов на основе соломы злаковых растений с участием некоторых грибов, получение тканевых культур лекарственных растений на уплотненных средах, из которых затем экстрагируют действующие вещества, производство сыра из белков молока и др.; газофазные процессы основаны на использовании газа (например, метана) для получения микробного белка с помощью ассоциаций метилотрофных бактерий.

В биотехнологических производствах по условиям проведения процессов выделяют одноступенчатые, двухступенчатые и многоступенчатые биотехнологические процессы. Одноступенчатые проводятся, например, при получении 6-АПК из бензилпенициллина с помощью пенициллинацилазы, или пенициллинамидазы на колоннах, содержащих иммобилизованный фермент.  Двухступенчатые процессы базируются на использовании клеток, находящихся в разном фазовом состоянии (в трофофазе и идиофазе). Так, например, двухступенчатый биотехнологический процесс возможен при получении полисахарида курдлана — на первой ступени выращивают продуцент (Alcaligenes faecalis var. myxogenes) на питательной среде, поддерживая его в трофофазе; на второй ступени культуру переносят в другой биореактор, где нет питательной среды, но имеется глюкоза, из которой синтезируется курдлан. Многоступенчатые процессы присущи генетической инженерии и рДНК-биотехнологии.

К п. 5 «Классификация биотехнологических процессов по стадиям реализации технологии производства»

Рис. Примерная обобщенная схема процессов в биотехнологии

К п. 6 «Классификация биотехнологических процессов по целевым продуктам» и к п. 7 «Классификация биотехнологических процессов по механизму образования конечного продукта»

Характеристика процесса	Целевые продукты	Названия целевых продуктов или процессов
Биосинтез	Метаболиты: преметаболиты	Аминокислоты
		Нуклеозиды
		Нуклеотиды
	первичные	Нуклеиновые кислоты
		Ферменты
	вторичные	Алкалоиды
		Антибиотики
		Гиббереллины
		Гликаны и гликоконьюгаты Органические кислоты, кетоны, спирты
		Липиды
		Аминокислоты, пептидные гормоны
	Клеточная масса	Пекарские и пивные дрожжи
		Кормовой и пищевой белок
		Вакцины и антигенные вещества
Трансформация	Неорганические вещества	Обнаружение металлов
		Обогащение металлов
	Преимущественно органические вещества	Компостирование отходов, получение биогаза
		Детоксикация, дезодорация и обезвреживание, например. ПАВ (поверхностно-активных веществ)
		Определение (анализ) веществ по продуктам трансформации
		Кисломолочные продукты и сыры
		Хлебно-булочные изделия
		Квашение и соление овощей
		Силосование кормов
		Мочка льна и джута
		Ферментация чая, табака, кофе, какао, маслин
		Пивоварение, виноделие винокурение

При биосинтезе имеет место конструктивное или адаптивное образование метаболитов, относящихся к числу преметаболитов, первичных или вторичных метаболитов. В процессах биотрансформации имеет место видоизменение какой-либо молекулы — предшественника конечного продукта или превращение одного продукта в другой.

К п. 8 «Классификация биотехнологических процессов по управлению процессом»

Подразделение биотехнологических процессов на управляемые и неуправляемые опирается на глубину и масштабность контроля, осуществляемого с применением средств автоматики и ЭВМ. К числу неуправляемых процессов можно отнести спонтанно протекающие компостирование плотных отходов в животноводческих комплексах и фермах. К управляемым относятся все производственные процессы, основанные на использовании микробных, растительных и животных клеток. При этом уровень управления может быть двояким — операторским и автоматическим. В первом случае поддержание заданных режимов осуществляет оператор, во втором — соответствующие контрольно-измерительные приборы, автоматы, ЭВМ.

Статья составлена по материалам книги по биотехнологии Елинов Н. П. Основы биотехнологии. «Наука», СПБ, 1995, 600 с.