सूक्ष्मजीवों का उपयोग किया जाता है। प्रकृति और कृषि में सूक्ष्मजीवों की भूमिका। किण्वन अपशिष्ट का पुनर्चक्रण और निपटान

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परिचय

जेनेटिक्स और जेनेटिक इंजीनियरिंग की उपलब्धियां जैव प्रौद्योगिकी के विकास का आधार हैं - एक ऐसा विज्ञान जो जीव विज्ञान और प्रौद्योगिकी के चौराहे पर उत्पन्न हुआ। आधुनिक जैव प्रौद्योगिकी प्राकृतिक विज्ञान, इंजीनियरिंग, प्रौद्योगिकी, जैव रसायन, सूक्ष्म जीव विज्ञान, आणविक जीव विज्ञान और आनुवंशिकी की उपलब्धियों पर आधारित है। आधुनिक जैव प्रौद्योगिकी पर्यावरण प्रदूषण और पौधों और जानवरों के जीवों के कीटों के खिलाफ लड़ाई में जैविक तरीकों का उपयोग करती है। जैव प्रौद्योगिकी की उपलब्धियों में स्थिर एंजाइमों का उपयोग, सिंथेटिक टीकों का उत्पादन, प्रजनन में सेल प्रौद्योगिकी का उपयोग शामिल हो सकता है।

बैक्टीरिया, कवक, शैवाल, लाइकेन, वायरस, प्रोटोजोआ लोगों के जीवन में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। प्राचीन काल से, लोगों ने उनका उपयोग बेकिंग, वाइन और बीयर बनाने और विभिन्न उद्योगों में किया है। वर्तमान में, मूल्यवान प्रोटीन पदार्थ प्राप्त करने, मिट्टी की उर्वरता बढ़ाने, प्रदूषकों से पर्यावरण को साफ करने, जैविक तैयारी प्राप्त करने और अन्य लक्ष्यों और उद्देश्यों की समस्याओं के संबंध में, सूक्ष्मजीवों के अध्ययन और उपयोग की सीमा में काफी विस्तार हुआ है।

जैव प्रौद्योगिकी प्रक्रिया की मुख्य कड़ी एक जैविक वस्तु है जो फीडस्टॉक के एक निश्चित संशोधन को करने और एक या दूसरे आवश्यक उत्पाद बनाने में सक्षम है। सूक्ष्मजीवों, जानवरों और पौधों, ट्रांसजेनिक जानवरों और पौधों, कवक, साथ ही कोशिकाओं के बहु-घटक एंजाइम सिस्टम और व्यक्तिगत एंजाइमों की कोशिकाएं जैव प्रौद्योगिकी की ऐसी वस्तुओं के रूप में कार्य कर सकती हैं। अधिकांश आधुनिक जैव-प्रौद्योगिकी उद्योगों का आधार सूक्ष्मजीव संश्लेषण है, अर्थात सूक्ष्मजीवों की सहायता से विभिन्न जैविक रूप से सक्रिय पदार्थों का संश्लेषण। दुर्भाग्य से, कई कारणों से पौधों और जानवरों की उत्पत्ति की वस्तुओं को अभी तक इतना व्यापक अनुप्रयोग नहीं मिला है। इसलिए, भविष्य में, सूक्ष्मजीवों को जैव प्रौद्योगिकी की मुख्य वस्तुओं के रूप में मानने की सलाह दी जाती है।

वर्तमान में, 100 हजार से अधिक विभिन्न प्रकार के सूक्ष्मजीव ज्ञात हैं। ये मुख्य रूप से बैक्टीरिया, एक्टिनोमाइसेट्स, सायनोबैक्टीरिया हैं। सूक्ष्मजीवों की इतनी विस्तृत विविधता के साथ, एक बहुत ही महत्वपूर्ण, और अक्सर जटिल समस्या उस जीव का सही चुनाव है जो वांछित उत्पाद प्रदान करने में सक्षम है, अर्थात। औद्योगिक उद्देश्यों की पूर्ति करते हैं।

1. जैव प्रौद्योगिकी की मुख्य वस्तुओं के रूप में सूक्ष्मजीव

सूक्ष्मजीव वर्तमान में कुशल प्रोटीन पोषक तत्वों और बायोगैस के उत्पादन में मनुष्यों की सहायता कर रहे हैं। उनका उपयोग वायु और अपशिष्ट जल शोधन के जैव-तकनीकी तरीकों के उपयोग में, कृषि कीटों के विनाश के लिए जैविक तरीकों के उपयोग में, औषधीय तैयारी के उत्पादन में, अपशिष्ट पदार्थों के विनाश में किया जाता है। कुछ प्रकार के जीवाणुओं का उपयोग मूल्यवान मेटाबोलाइट्स और दवाओं को पुन: उत्पन्न करने के लिए किया जाता है, उनका उपयोग जैविक स्व-नियमन और जैवसंश्लेषण की समस्याओं को हल करने और जल निकायों को शुद्ध करने के लिए किया जाता है। सूक्ष्मजीव, और सभी जीवाणुओं के ऊपर, आनुवंशिकी, जैव रसायन, जैवभौतिकी और अंतरिक्ष जीव विज्ञान की सामान्य समस्याओं को हल करने के लिए एक उत्कृष्ट वस्तु हैं। जैव प्रौद्योगिकी में कई समस्याओं को हल करने में बैक्टीरिया का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।

जैविक रूप से सक्रिय प्राकृतिक यौगिकों के यौगिकों के रासायनिक परिवर्तनों की प्रक्रियाओं में उनकी उच्च विशिष्टता के कारण सूक्ष्मजीवविज्ञानी प्रतिक्रियाओं का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। लगभग 20 प्रकार की रासायनिक प्रतिक्रियाएं होती हैं जो सूक्ष्मजीवों द्वारा की जाती हैं। उनमें से कई (हाइड्रोलिसिस, कमी, ऑक्सीकरण, संश्लेषण, आदि) दवा रसायन विज्ञान में सफलतापूर्वक उपयोग किए जाते हैं। इन प्रतिक्रियाओं को उत्पन्न करते समय, विभिन्न प्रकार के बैक्टीरिया, एक्टिनोमाइसेट्स, खमीर जैसी कवक और अन्य सूक्ष्मजीवों का उपयोग किया जाता है।

नए खाद्य उत्पादों को प्राप्त करने के लिए सूक्ष्मजीवों के औद्योगिक उपयोग ने बेकिंग और डेयरी जैसे उद्योगों के निर्माण में योगदान दिया, एंटीबायोटिक्स, विटामिन, अमीनो एसिड, अल्कोहल, कार्बनिक अम्ल, आदि का उत्पादन।

जैव प्रौद्योगिकी के लिए सूक्ष्मजीवों की भूमिका।

1. एककोशिकीय जीव, एक नियम के रूप में, उच्च जीवों की तुलना में विकास की उच्च दर और सिंथेटिक प्रक्रियाओं की विशेषता है। हालांकि, यह सभी सूक्ष्मजीवों के मामले में नहीं है। उनमें से कुछ बहुत धीरे-धीरे बढ़ते हैं, लेकिन वे एक निश्चित रुचि के होते हैं, क्योंकि वे विभिन्न मूल्यवान पदार्थों का उत्पादन करने में सक्षम होते हैं।

2. जैव प्रौद्योगिकी विकास की वस्तुओं के रूप में विशेष ध्यान प्रकाश संश्लेषक सूक्ष्मजीवों द्वारा दर्शाया जाता है जो अपने जीवन में सूर्य के प्रकाश की ऊर्जा का उपयोग करते हैं। उनमें से कुछ (सायनोबैक्टीरिया और प्रकाश संश्लेषक यूकेरियोट्स) कार्बन स्रोत के रूप में CO2 का उपयोग करते हैं, और सायनोबैक्टीरिया के कुछ प्रतिनिधि, उपरोक्त सभी के अलावा, वायुमंडलीय नाइट्रोजन को आत्मसात करने की क्षमता रखते हैं (अर्थात, वे पोषक तत्वों के लिए अत्यंत निंदनीय हैं)। प्रकाश संश्लेषक सूक्ष्मजीव अमोनिया, हाइड्रोजन, प्रोटीन और कई कार्बनिक यौगिकों के उत्पादक के रूप में आशाजनक हैं। हालांकि, उनके आनुवंशिक संगठन और जीवन के आणविक जैविक तंत्र के बारे में सीमित मौलिक ज्ञान के कारण, निकट भविष्य में उनके उपयोग में प्रगति की उम्मीद नहीं की जानी चाहिए।

3. जैव प्रौद्योगिकी की ऐसी वस्तुओं पर कुछ ध्यान दिया जाता है जैसे थर्मोफिलिक सूक्ष्मजीव 60-80 डिग्री सेल्सियस पर बढ़ रहे हैं।

उनकी यह संपत्ति अपेक्षाकृत गैर-बाँझ खेती के दौरान विदेशी माइक्रोफ्लोरा के विकास के लिए लगभग एक दुर्गम बाधा है, अर्थात। प्रदूषण के खिलाफ एक विश्वसनीय सुरक्षा है। थर्मोफाइल में एल्कोहल, अमीनो एसिड, एंजाइम और आणविक हाइड्रोजन के उत्पादक पाए गए हैं। इसके अलावा, उनकी वृद्धि दर और चयापचय गतिविधि मेसोफाइल की तुलना में 1.5-2 गुना अधिक है। थर्मोफाइल द्वारा संश्लेषित एंजाइमों को गर्मी के प्रतिरोध में वृद्धि, कुछ ऑक्सीकरण एजेंटों, डिटर्जेंट, कार्बनिक सॉल्वैंट्स और अन्य प्रतिकूल कारकों की विशेषता है। इसी समय, वे सामान्य तापमान पर बहुत सक्रिय नहीं होते हैं। इस प्रकार, 20 डिग्री सेल्सियस पर थर्मोफिलिक सूक्ष्मजीवों के प्रतिनिधियों में से एक के प्रोटीज 75 डिग्री सेल्सियस की तुलना में 100 गुना कम सक्रिय होते हैं। उत्तरार्द्ध कुछ औद्योगिक उत्पादनों के लिए एक बहुत ही महत्वपूर्ण संपत्ति है। उदाहरण के लिए, थर्मोफिलिक जीवाणु थर्मस एक्वाटिकस से टैग-पोलीमरेज़ एंजाइम ने आनुवंशिक इंजीनियरिंग में व्यापक अनुप्रयोग पाया है।

2. फार्मेसी में सूक्ष्मजीव

कई सूक्ष्मजीवों द्वारा उत्पादित एंटीबायोटिक्स, एंजाइम, इंटरफेरॉन, कार्बनिक अम्ल और अन्य मेटाबोलाइट्स के उत्पादन के लिए एक जैव प्रौद्योगिकी उद्योग बनाया गया है।

फार्मेसी में, शारीरिक रूप से अधिक सक्रिय पदार्थ या अर्ध-तैयार उत्पादों को प्राप्त करने के लिए सूक्ष्मजीवविज्ञानी परिवर्तनों का उपयोग किया जाता है, जिसका संश्लेषण विशुद्ध रूप से रासायनिक साधनों द्वारा बड़ी कठिनाई से प्राप्त किया जाता है या बिल्कुल भी असंभव है। औषधीय पदार्थों के चयापचय, उनकी क्रिया के तंत्र के अध्ययन के साथ-साथ एंजाइमों की प्रकृति और क्रिया को स्पष्ट करने के लिए सूक्ष्मजीवविज्ञानी प्रतिक्रियाओं का उपयोग किया जाता है। जैविक रूप से सक्रिय पदार्थों के उत्पादक कई प्रोटोजोआ हैं। विशेष रूप से, जुगाली करने वालों के रूमेन में रहने वाले प्रोटोजोआ एंजाइम सेल्यूलोज का उत्पादन करते हैं, जो फाइबर के अपघटन को बढ़ावा देता है। प्रोटोजोआ न केवल एंजाइमों के उत्पादक हैं, बल्कि हिस्टोन, सेरोटोनिन, लिपोपॉलीसेकेराइड, लिपोपॉलीपेप्टाइड ग्लूकेन्स, अमीनो एसिड, दवा और पशु चिकित्सा, भोजन और कपड़ा उद्योगों में उपयोग किए जाने वाले मेटाबोलाइट्स भी हैं। वे जैव प्रौद्योगिकी में उपयोग की जाने वाली वस्तुओं में से एक हैं।

3. खाद्य उद्योग में सूक्ष्मजीव

एस्परगिलस ओरिजे एंजाइम की तैयारी का उपयोग शराब बनाने वाले उद्योग में किया जाता है, जबकि ए.निगर एंजाइम का उपयोग फलों के रस और साइट्रिक एसिड के उत्पादन और स्पष्टीकरण में किया जाता है। A.oryzae और A.awamori एंजाइमों के उपयोग से पके हुए माल की बेकिंग में सुधार होता है। बैक्टीरियल एंजाइम (Bac.subtilis) का उपयोग कन्फेक्शनरी उत्पादों की ताजगी को बनाए रखने के लिए किया जाता है और जहां प्रोटीन पदार्थों का गहरा टूटना अवांछनीय होता है। कन्फेक्शनरी और बेकरी उद्योग में Bac.subtilis से एंजाइम की तैयारी का उपयोग गुणवत्ता में सुधार करता है और बासी उत्पादों की प्रक्रिया को धीमा कर देता है।

खाद्य और किण्वन उद्योगों में सूक्ष्मजीवों का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। डेयरी उद्योग में दूध खमीर का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। उनकी मदद से कौमिस, केफिर तैयार करें। इन सूक्ष्मजीवों के एंजाइम दूध शर्करा को अल्कोहल और कार्बन डाइऑक्साइड में विघटित करते हैं, जिसके परिणामस्वरूप उत्पाद का स्वाद बेहतर होता है और शरीर द्वारा इसकी पाचनशक्ति बढ़ जाती है। डेयरी उद्योग में लैक्टिक एसिड उत्पाद प्राप्त करते समय, खमीर का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है, जो दूध की चीनी को किण्वित नहीं करता है और प्रोटीन और वसा को विघटित नहीं करता है। वे तेल के संरक्षण में योगदान करते हैं और लैक्टिक एसिड बैक्टीरिया की व्यवहार्यता में वृद्धि करते हैं। फिल्मी खमीर (माइकोडर्मा) लैक्टिक चीज की परिपक्वता में योगदान देता है। पेनिसिलम रोक्फोर्टी मशरूम का उपयोग रोक्फोर्ट पनीर के उत्पादन में किया जाता है, और पेनिसिलम कैमेम्बरी मशरूम का उपयोग स्नैक पनीर को परिपक्व करने की प्रक्रिया में किया जाता है।

खमीर जैसे और कुछ प्रकार के सूक्ष्म कवक सहित कई सूक्ष्मजीव लंबे समय से विभिन्न प्रकार के खाद्य उत्पादों को प्राप्त करने के लिए विभिन्न सब्सट्रेट्स के परिवर्तन में उपयोग किए जाते हैं। उदाहरण के लिए, आटे से झरझरा रोटी बनाने के लिए खमीर का उपयोग, चावल और सोयाबीन के किण्वन के लिए जेनेरा राइसोपस, एस्परगिलस के कवक का उपयोग, लैक्टिक एसिड बैक्टीरिया, खमीर, आदि का उपयोग करके लैक्टिक एसिड उत्पादों का उत्पादन।

वास्तविक लैक्टिक एसिड बैक्टीरिया (Bact.bulgaricum, Bact.casei, Streptococcus lactis, आदि) या खाद्य उद्योग में खमीर के साथ उनके संयोजन का उपयोग न केवल लैक्टिक एसिड, बल्कि लैक्टिक एसिड और खट्टा सब्जी उत्पादों को भी प्राप्त करना संभव बनाता है। इनमें दही वाला दूध, मटसोनी, किण्वित बेक्ड दूध, खट्टा क्रीम, पनीर, सौकरकूट, मसालेदार खीरे और टमाटर, पनीर, केफिर, खट्टा ब्रेड आटा, ब्रेड क्वास, कौमिस और अन्य उत्पाद शामिल हैं। दही वाले दूध और पनीर को बनाने के लिए Str.lactis, Str.diacetilactis, Str.paracitrovorus, Bact.acidophilum का उपयोग किया जाता है। तेल तैयार करते समय, फ्लेवरिंग बैक्टीरिया और लैक्टिक स्ट्रेप्टोकोकी स्ट्र.लैक्टिस, स्ट्र.क्रेमोरिस, स्ट्र.डायसेटिलैक्टिस, स्ट्र.सिट्रोवोरस, स्ट्र.पैरासिट्रोवोरस का उपयोग किया जाता है।

4. कृषि में सूक्ष्मजीव

कृषि उर्वरकों और कीटनाशकों का उपयोग करती है। प्राकृतिक परिस्थितियों में, इन पदार्थों का बायोकेनोज़ में प्राकृतिक संबंधों पर नकारात्मक प्रभाव पड़ता है, और अंततः, खाद्य श्रृंखला के साथ, इन पदार्थों का मानव स्वास्थ्य पर नकारात्मक प्रभाव पड़ता है। पानी में इन पदार्थों के विनाश में एक सकारात्मक भूमिका एरोबिक और एनारोबिक सूक्ष्मजीवों द्वारा निभाई जाती है।

कृषि में, कीटों से पौधों की जैविक सुरक्षा का उपयोग किया जाता है। इस प्रयोजन के लिए, विभिन्न जीवों का उपयोग किया जाता है - बैक्टीरिया, कवक, वायरस, प्रोटोजोआ, पक्षी, स्तनधारी और अन्य जीव।

5. जैव प्रौद्योगिकी में सूक्ष्मजीवों के अन्य गुण

अयस्कों से कोयले के निष्कर्षण में सूक्ष्मजीवों का भी उपयोग किया जा सकता है। लिथोट्रोफिक बैक्टीरिया (थियोबैसिलस फेरोक्सिडस) फेरस सल्फेट को फेरस सल्फेट में ऑक्सीकृत करता है। सल्फेट ऑक्साइड आयरन, बदले में, टेट्रावैलेंट यूरेनियम का ऑक्सीकरण करता है, जिसके परिणामस्वरूप सल्फेट कॉम्प्लेक्स के रूप में यूरेनियम घोल में अवक्षेपित हो जाता है। हाइड्रोमेटेलर्जिकल विधियों द्वारा समाधान से यूरेनियम निकाला जाता है। यूरेनियम के अलावा, सोने सहित अन्य धातुओं को घोल से निक्षालित किया जा सकता है। अयस्क में निहित सल्फाइड के ऑक्सीकरण के कारण धातुओं का जीवाणु निक्षालन खराब संतुलित अयस्कों से धातुओं को निकालना संभव बनाता है।

कार्बनिक पदार्थ को ईंधन में परिवर्तित करने का एक बहुत ही लाभदायक और ऊर्जा-कुशल तरीका एक बहु-घटक माइक्रोबियल प्रणाली की भागीदारी के साथ मेथनोजेनेसिस है। मीथेन बनाने वाले बैक्टीरिया, एसीटोनोजेनिक माइक्रोफ्लोरा के साथ, कार्बनिक पदार्थों को मीथेन और कार्बन डाइऑक्साइड के मिश्रण में परिवर्तित करते हैं।

सूक्ष्मजीवों का उपयोग न केवल गैसीय ईंधन के उत्पादन के लिए किया जा सकता है, बल्कि तेल उत्पादन को बढ़ाने के लिए भी किया जा सकता है। सूक्ष्मजीव सर्फैक्टेंट बना सकते हैं जो तेल और पानी के बीच इंटरफेस पर सतह तनाव को कम कर देते हैं। बढ़ती चिपचिपाहट के साथ पानी के विस्थापन गुण बढ़ जाते हैं, जो पॉलीसेकेराइड से युक्त जीवाणु बलगम के उपयोग से प्राप्त होता है। तेल क्षेत्रों के विकास के मौजूदा तरीकों के साथ, भूवैज्ञानिक तेल भंडार के आधे से अधिक नहीं निकाले जाते हैं। सूक्ष्मजीवों की मदद से, जलाशयों से तेल की धुलाई और तेल की परत से इसकी रिहाई सुनिश्चित करना संभव है। तेल की परत में रखे मीथेन-ऑक्सीकरण बैक्टीरिया तेल को विघटित करते हैं और गैसों (मीथेन, हाइड्रोजन, नाइट्रोजन) और कार्बन डाइऑक्साइड के निर्माण में योगदान करते हैं। जैसे-जैसे गैसें जमा होती जाती हैं, तेल पर उनका दबाव बढ़ता जाता है और इसके अलावा, तेल कम चिपचिपा हो जाता है। नतीजतन, कुएं से तेल निकलने लगता है।

यह याद रखना चाहिए कि भूवैज्ञानिक सहित किसी भी स्थिति में सूक्ष्मजीवों के उपयोग के लिए एक जटिल माइक्रोबियल प्रणाली के लिए अनुकूल परिस्थितियों के निर्माण की आवश्यकता होती है।

अतिरिक्त मानवजनित पदार्थों की शुरूआत से स्थापित प्राकृतिक संतुलन का उल्लंघन होता है। उद्योग के विकास के प्रारंभिक चरणों में, जलमार्गों में प्रदूषकों को फैलाने के लिए पर्याप्त था, जहां से उन्हें प्राकृतिक आत्म-शुद्धि द्वारा हटा दिया गया था। गैसीय पदार्थ लम्बे पाइपों के माध्यम से हवा में बिखरे हुए थे। आज के समय में कूड़ा निस्तारण एक गंभीर समस्या बन गया है।

शुद्धिकरण प्रणालियों में, कार्बनिक पदार्थों से पानी को शुद्ध करते समय, मिश्रित माइक्रोफ्लोरा (एरोबिक बैक्टीरिया, शैवाल, प्रोटोजोआ, बैक्टीरियोफेज, कवक), सक्रिय कीचड़, बायोफिल्म, आने वाले पदार्थों के ऑक्सीकरण की एक प्रणाली का उपयोग करके एक जैविक विधि का उपयोग किया जाता है। माइक्रोबियल मिश्रण के प्रतिनिधि प्राकृतिक जल शोधन प्रक्रियाओं को तेज करने में योगदान करते हैं। लेकिन साथ ही, यह याद रखना चाहिए कि पर्यावरण की संरचना की स्थिरता सूक्ष्मजीव समुदाय के स्थिर संचालन के लिए एक शर्त के रूप में कार्य करती है।

जैव प्रौद्योगिकी के कार्यों में से एक है, विभिन्न प्रकार के पौधों के सब्सट्रेट से सूक्ष्मजीवों का उपयोग करके प्रोटीन प्राप्त करने के लिए, मीथेन और शुद्ध हाइड्रोजन से, हाइड्रोजन और कार्बन मोनोऑक्साइड के मिश्रण से, मिथाइलोट्रोफिक यीस्ट या बैक्टीरिया, कैंडिडा का उपयोग करके भारी पेट्रोलियम हाइड्रोकार्बन से। ट्रॉपिकलिस, मीथेन-ऑक्सीडाइजिंग और सेल्युलोज-डीकंपोज़िंग बैक्टीरिया और अन्य रोगाणु।

सूक्ष्म कवक की प्रजातियों के सक्रिय उपभेदों का उपयोग मिश्रित चारा, लुगदी, प्रोटीन और अमीनो एसिड के साथ चोकर जैसे फ़ीड के संवर्धन में योगदान देता है। इस प्रयोजन के लिए, थर्मो- और मेसोफिलिक माइक्रोमाइसेट्स फुसैरियम एसपी, थिरलाविया एसपी, साथ ही कुछ प्रकार के उच्च कवक की चयनित गैर-विषैले तेजी से बढ़ने वाली प्रजातियों का उपयोग किया जाता है।

6. जैव प्रौद्योगिकी वस्तुओं का चयन

सूक्ष्मजीवविज्ञानी मेथनोजेनेसिस कार्बनिक

सबसे मूल्यवान और सक्रिय उत्पादक बनाने की प्रक्रिया में एक अभिन्न अंग, अर्थात्। जैव प्रौद्योगिकी में वस्तुओं का चयन करते समय उनका चयन होता है। चयन का मुख्य तरीका वांछित उत्पादक के चयन के प्रत्येक चरण में जीनोम का सचेत निर्माण है। चयनित जीवों के जीनोम को बदलने के लिए प्रभावी तरीकों की कमी के कारण यह स्थिति हमेशा महसूस नहीं की जा सकती थी। माइक्रोबियल प्रौद्योगिकियों के विकास में एक महत्वपूर्ण भूमिका वांछित उपयोगी लक्षणों की विशेषता वाले स्वचालित रूप से परिवर्तित रूपांतरों के चयन के आधार पर विधियों द्वारा निभाई गई है। इस तरह के तरीकों के साथ, चरणबद्ध चयन आमतौर पर उपयोग किया जाता है: चयन के प्रत्येक चरण में, सूक्ष्मजीवों की आबादी से सबसे सक्रिय वेरिएंट (सहज म्यूटेंट) का चयन किया जाता है, जिसमें से अगले चरण में नए, अधिक प्रभावी उपभेदों का चयन किया जाता है, और इसी तरह। इस पद्धति की स्पष्ट सीमा के बावजूद, जिसमें म्यूटेंट की घटना की कम आवृत्ति शामिल है, इसकी संभावनाओं को पूरी तरह से समाप्त होने पर विचार करना जल्दबाजी होगी।

ब्लैकस्ली ट्रिस्पोरा कवक के प्राकृतिक हाइपरसिंथेटिक कैरोटीन के चयनित उपभेदों का उपयोग कैरोटीन के औद्योगिक उत्पादन में किया जाता है, जो जानवरों के विकास और विकास में महत्वपूर्ण है, जिससे रोगों के प्रति उनकी प्रतिरोधक क्षमता बढ़ती है। ट्राइकोडर्मा विराइड के चयनित उपभेदों का उपयोग फाइटोपैथोजेनिक कवक का मुकाबला करने के लिए उनके आधार पर ट्राइकोडर्मिन तैयारी के औद्योगिक उत्पादन में किया जाता है, खासकर जब ग्रीनहाउस स्थितियों (ककड़ी फ्यूजेरियम, फूलों के पौधों के रोग) में पौधे बढ़ते हैं। बैसिलस मेगाथ्रिटियम से प्राप्त फॉस्फोबैक्टीरिन, चारा चुकंदर, गोभी, आलू और मकई की उपज बढ़ाने का एक प्रभावी साधन है। इस दवा के प्रभाव में, राइजोस्फीयर मिट्टी में घुलनशील फास्फोरस की सामग्री, साथ ही हरे द्रव्यमान में फास्फोरस और नाइट्रोजन की मात्रा बढ़ जाती है।

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100 हजार से अधिक ज्ञात सूक्ष्मजीवों में से, उद्योग में केवल कुछ सौ प्रजातियों का उपयोग किया जाता है, क्योंकि एक औद्योगिक तनाव को कई सख्त आवश्यकताओं को पूरा करना चाहिए:

1) सस्ते सबस्ट्रेट्स पर बढ़ें;

2) उच्च विकास दर हो या कम समय में उत्पाद की उच्च उपज दे;

3) वांछित उत्पाद के प्रति सिंथेटिक गतिविधि दिखाएं; उप-उत्पादों का गठन कम होना चाहिए;

4) उत्पादकता और खेती की स्थितियों की आवश्यकताओं के संबंध में स्थिर रहें;

5) फेज और अन्य प्रकार के संक्रमणों के लिए प्रतिरोधी होना;

6) लोगों और पर्यावरण के लिए हानिरहित होना;

7) थर्मोफिलिक, एसिडोफिलिक (या एल्कोफिलिक) उपभेद वांछनीय हैं, क्योंकि उनके साथ उत्पादन में बाँझपन बनाए रखना आसान है;

8) अवायवीय उपभेद रुचि के हैं, क्योंकि एरोबिक उपभेद खेती में कठिनाइयाँ पैदा करते हैं - उन्हें वातन की आवश्यकता होती है;

9) परिणामी उत्पाद का आर्थिक मूल्य होना चाहिए और आसानी से अलग होना चाहिए।

व्यवहार में, सूक्ष्मजीवों के चार समूहों के उपभेदों का उपयोग किया जाता है:

- यीस्ट;

- फिलामेंटस कवक (मोल्ड);

- बैक्टीरिया;

- एसोमाइसेट्स।

सख्त अर्थ में "खमीर" शब्द का कोई टैक्सोनॉमिक अर्थ नहीं है। ये तीन वर्गों से संबंधित एककोशिकीय यूकेरियोट्स हैं: एस्कोमाइसेट्स, बेसिडिओमाइसीट्स, ड्यूटेरोमाइसेट्स।

Ascomycetes में शामिल हैं, सबसे पहले, Saccharomyces cerevisiae, जिनमें से कुछ उपभेदों का उपयोग शराब बनाने, वाइनमेकिंग, ब्रेड उत्पादन और एथिल अल्कोहल में किया जाता है।

Ascomycetes Saccharomyces lipolytica तेल हाइड्रोकार्बन को नीचा दिखाता है और प्रोटीन द्रव्यमान प्राप्त करने के लिए उपयोग किया जाता है।

ड्यूटेरोमाइसेट कैंडिडा यूटिलिस का उपयोग प्रोटीन और विटामिन के स्रोत के रूप में किया जाता है और इसे गैर-खाद्य कच्चे माल पर उगाया जाता है: सल्फाइट शराब, लकड़ी हाइड्रोलाइज़ेट्स और तरल हाइड्रोकार्बन।

ड्यूटेरोमाइसेट ट्राइकोस्पोरन क्यूटेनम कई कार्बनिक यौगिकों का ऑक्सीकरण करता है, जिनमें जहरीले वाले (उदाहरण के लिए, फिनोल) शामिल हैं, और इसका उपयोग अपशिष्ट जल उपचार में किया जाता है।

Mycelial मशरूम का उपयोग करें:

- कार्बनिक अम्ल प्राप्त करने में: साइट्रिक (एस्परगिलस नाइजर), ग्लूकोनिक (एस्परगिलस नाइजर), इटैकोनिक (एस्परगिलस टेरियस), फुरमैरिक (राइजोपस क्राइसोजेनम);

- एंटीबायोटिक्स (पेनिसिलिन और सेफलोस्पोरिन) प्राप्त करने में;

- विशेष प्रकार के पनीर के उत्पादन में: कैमेम्बर्ट (पेनिसिलियम कैमम्बर्टी), रोकेफोर्ट (पेनिसिलियम रोक्फोर्टी);

- ठोस मीडिया में हाइड्रोलिसिस का कारण: चावल स्टार्च में खातिर, सोयाबीन में टेम्पेह प्राप्त करते समय, मिसो।

लाभकारी बैक्टीरिया को यूबैक्टेरिया कहा जाता है।

जेनेरा लैक्टोबैसिलस, ल्यूकोनोस्टोक, लैक्टोकोकस के लैक्टिक एसिड बैक्टीरिया लंबे समय से औद्योगिक रूप से उपयोग किए जाते हैं।

जेनेरा एसिटोबेटर, ग्लूकोनोबैक्टर के एसिटिक एसिड बैक्टीरिया इथेनॉल को एसिटिक एसिड में परिवर्तित करते हैं।

बैसिलस जीनस के बैक्टीरिया का उपयोग विषाक्त पदार्थों का उत्पादन करने के लिए किया जाता है जो कीड़ों के लिए हानिकारक होते हैं, साथ ही एंटीबायोटिक्स और अमीनो एसिड को संश्लेषित करने के लिए भी उपयोग किया जाता है।

जीनस Corynebacterium के बैक्टीरिया का उपयोग अमीनो एसिड के उत्पादन के लिए किया जाता है।

एक्टिनोमाइसेट्स में, सबसे अधिक प्रतिनिधि जेनेरा स्ट्रेप्टोमाइसेस और माइक्रोमोनोस्पोरा हैं, जिनका उपयोग एंटीबायोटिक दवाओं के निर्माता के रूप में किया जाता है। ठोस मीडिया पर बढ़ने पर, एक्टिनोमाइसेट्स एरियल हाइप के साथ एक पतली मायसेलियम बनाते हैं, जो कोनिडियोस्पोर की श्रृंखला में अंतर करते हैं।

वर्तमान में, सूक्ष्मजीवों की सहायता से, निम्नलिखित यौगिकों को संश्लेषित किया जाता है:

- अल्कलॉइड,

- अमीनो अम्ल,

- एंटीबायोटिक्स,

- एंटीमेटाबोलाइट्स,

- एंटीऑक्सीडेंट,

- प्रोटीन,

- विटामिन,

- शाकनाशी,

- एंजाइम अवरोधक,

- कीटनाशक,

- आयनोफोर्स,

- सहएंजाइम

- लिपिड,

- न्यूक्लिक एसिड,

- न्यूक्लियोटाइड्स और न्यूक्लियोसाइड्स

- ऑक्सीडेंट,

- कार्बनिक अम्ल

- रंगद्रव्य,

- सर्फेक्टेंट,

- पॉलीसेकेराइड,

- कृमिनाशक एजेंट,

- एंटीकैंसर एजेंट,

- सॉल्वैंट्स,

- पौधे वृद्धि हार्मोन

- चीनी,

- स्टेरोल और परिवर्तित पदार्थ,

- लौह परिवहन कारक,

- दवा पदार्थ

- एंजाइम

- पायसीकारी।

2 एकल-कोशिका प्रोटीन का उत्पादन

जीवों

^

2.1 सूक्ष्मजीवों के उपयोग की व्यवहार्यता

प्रोटीन उत्पादन

पोषण के मानदंडों के अनुसार, एक व्यक्ति को प्रतिदिन भोजन के साथ 60 से 120 ग्राम पूर्ण प्रोटीन प्राप्त करना चाहिए।

शरीर के महत्वपूर्ण कार्यों को बनाए रखने, कोशिकाओं और ऊतकों के निर्माण के लिए, विभिन्न प्रोटीन यौगिकों का निरंतर संश्लेषण आवश्यक है। यदि पौधे और अधिकांश सूक्ष्मजीव कार्बन डाइऑक्साइड, पानी, अमोनिया और खनिज लवणों से सभी अमीनो एसिड को संश्लेषित करने में सक्षम हैं, तो मनुष्य और जानवर कुछ अमीनो एसिड (वेलिन, ल्यूसीन, आइसोल्यूसीन, लाइसिन, मेथियोनीन, थ्रेओनीन, ट्रिप्टोफैन और फेनिलएलनिन) को संश्लेषित नहीं कर सकते हैं। इन अमीनो एसिड को आवश्यक कहा जाता है। उन्हें भोजन से आना चाहिए। उनकी कमी से गंभीर मानव रोग होते हैं और खेत जानवरों की उत्पादकता कम हो जाती है।

वर्तमान में विश्व में प्रोटीन की कमी लगभग 15 मिलियन टन है। सबसे आशाजनक सूक्ष्मजीवविज्ञानी संश्लेषण। यदि मवेशियों के लिए प्रोटीन द्रव्यमान को दोगुना करने में 2 महीने लगते हैं, सूअरों के लिए - 1.5 महीने, मुर्गियों के लिए - 1 महीने, फिर बैक्टीरिया और खमीर के लिए - 1 से 6 घंटे तक। माइक्रोबियल संश्लेषण के कारण खाद्य प्रोटीन उत्पादों का विश्व उत्पादन प्रति वर्ष 15 हजार टन से अधिक है।

एक उदाहरण पर विचार करें: एस्चेरिचिया कोलाई का दोहरीकरण समय 20 मिनट है, फिर 20 मिनट के बाद एक कोशिका से दो बेटी कोशिकाएं बनती हैं, 40 मिनट के बाद - चार "पोती", 60 मिनट के बाद - आठ "परपोती", 80 मिनट के बाद - 16 "परपोती"। 10 घंटे और 40 मिनट के बाद, एक जीवाणु से 6 अरब से अधिक बैक्टीरिया बनेंगे, जो पृथ्वी की आबादी से मेल खाते हैं, और 44 घंटे के बाद, 1 10 -12 ग्राम वजन वाले एक जीवाणु से मात्रा में बायोमास का निर्माण होगा 6 10 24 ग्राम, जो पृथ्वी के द्रव्यमान से मेल खाती है।

प्रोटीन और विटामिन के स्रोतों के रूप में विभिन्न सूक्ष्मजीवों का उपयोग निम्नलिखित कारकों के कारण होता है:

ए) उत्पादन अपशिष्ट सहित सूक्ष्मजीवों की खेती के लिए विभिन्न रासायनिक यौगिकों का उपयोग करने की संभावना;

बी) सूक्ष्मजीवों के उत्पादन के लिए एक अपेक्षाकृत सरल तकनीक, जिसे पूरे वर्ष किया जा सकता है; इसके स्वचालन की संभावना;

सी) प्रोटीन की उच्च सामग्री (60...70%) और विटामिन, साथ ही माइक्रोबियल तैयारी में कार्बोहाइड्रेट, लिपिड;

डी) वनस्पति प्रोटीन की तुलना में आवश्यक अमीनो एसिड की उच्च सामग्री;

ई) उत्पाद के प्रोटीन और विटामिन मूल्य में सुधार के लिए सूक्ष्मजीवों की रासायनिक संरचना पर निर्देशित आनुवंशिक प्रभाव की संभावना।

सूक्ष्मजीवों पर आधारित खाद्य उत्पादों के औद्योगिक उत्पादन के लिए सावधानीपूर्वक जैव चिकित्सा अनुसंधान की आवश्यकता है। ऐसे उत्पादों को मनुष्यों और जानवरों पर कार्सिनोजेनिक, म्यूटाजेनिक, भ्रूणोट्रोपिक प्रभावों की पहचान करने के लिए व्यापक परीक्षण से गुजरना होगा। विष विज्ञान संबंधी अध्ययन, माइक्रोबियल संश्लेषण उत्पादों की पाचनशक्ति उनकी उत्पादन तकनीक की समीचीनता के लिए मुख्य मानदंड हैं।

खमीर, बैक्टीरिया, शैवाल और फिलामेंटस कवक का उपयोग प्रोटीन बनाने के लिए किया जाता है।

अन्य सूक्ष्मजीवों पर खमीर का लाभ उनकी विनिर्माण क्षमता है: संक्रमण का प्रतिरोध, कोशिकाओं के बड़े आकार के कारण माध्यम से अलग होने में आसानी। वे लाइसिन, थ्रेओनीन, वेलिन और ल्यूसीन से भरपूर प्रोटीन का 60% तक जमा करने में सक्षम हैं (ये अमीनो एसिड पौधों के खाद्य पदार्थों में दुर्लभ हैं)। न्यूक्लिक एसिड का द्रव्यमान अंश 10% तक होता है, जिसका शरीर पर हानिकारक प्रभाव पड़ता है। उनके हाइड्रोलिसिस के परिणामस्वरूप, कई प्यूरीन बेस बनते हैं, जो फिर यूरिक एसिड और उसके लवण में बदल जाते हैं, जो यूरोलिथियासिस, ओस्टियोचोन्ड्रोसिस और अन्य बीमारियों का कारण बनते हैं। खेत जानवरों के चारे में खमीर द्रव्यमान जोड़ने की इष्टतम दर शुष्क पदार्थ के 5 से 10% तक होती है। खमीर का उपयोग भोजन और चारा प्रयोजनों के लिए किया जाता है।

बैक्टीरिया के फायदे एक उच्च विकास दर और 80% तक प्रोटीन को संश्लेषित करने की क्षमता है। परिणामी प्रोटीन में कई कमी वाले अमीनो एसिड होते हैं: मेथियोनीन और सिस्टीन। नुकसान कोशिकाओं के छोटे आकार और संस्कृति माध्यम में उनकी कम सांद्रता है, जो अलगाव प्रक्रिया को जटिल बनाता है। कुछ जीवाणु लिपिड में विषाक्त पदार्थ हो सकते हैं। न्यूक्लिक एसिड का द्रव्यमान अंश 16% तक। केवल फ़ीड उद्देश्यों के लिए उपयोग किया जाता है।

शैवाल के फायदे एक प्रोटीन की उच्च सामग्री है जो अमीनो एसिड संरचना के संदर्भ में पूर्ण है, 65% की मात्रा में जमा होता है, संस्कृति माध्यम से शैवाल का आसान अलगाव, न्यूक्लिक एसिड की कम सामग्री - 4% (तुलना के लिए - उच्च पौधों में 1 ... 2%)। शैवाल का उपयोग भोजन और चारा प्रयोजनों के लिए किया जाता है।

मुसेल मशरूम पारंपरिक रूप से अफ्रीकी देशों, भारत, इंडोनेशिया, चीन आदि में खाद्य उत्पाद के रूप में उपयोग किया जाता है। वे 50% तक प्रोटीन जमा करते हैं, जो अमीनो एसिड संरचना के संदर्भ में, पशु मूल के प्रोटीन के करीब है, समृद्ध हैं बी विटामिन में। सेल की दीवारें पतली होती हैं और जठरांत्र संबंधी मार्ग में आसानी से पच जाती हैं। जानवरों के आंत्र पथ। न्यूक्लिक एसिड का द्रव्यमान अंश 2.5% है।

1985 से, विभिन्न उत्पादों और अर्ध-तैयार उत्पादों के निर्माण के लिए खाद्य उद्योग में माइक्रोबियल प्रोटीन का उपयोग किया गया है।

खाद्य उत्पादन में माइक्रोबियल प्रोटीन के तीन मुख्य उपयोग माने जाते हैं:

1) संपूर्ण द्रव्यमान (कोशिका की दीवारों के विनाश के बिना);

2) आंशिक रूप से शुद्ध बायोमास (कोशिका की दीवारों का विनाश और अवांछनीय घटकों को हटाने की परिकल्पना की गई है);

3) बायोमास (पृथक) से पृथक प्रोटीन।

डब्ल्यूएचओ (विश्व स्वास्थ्य संगठन) ने निष्कर्ष निकाला है कि सूक्ष्मजीवों के प्रोटीन का उपयोग भोजन में किया जा सकता है, लेकिन एक वयस्क के आहार में प्रोटीन के साथ पेश किए गए न्यूक्लिक एसिड की स्वीकार्य मात्रा प्रति दिन 2 ग्राम से अधिक नहीं होनी चाहिए। माइक्रोबियल प्रोटीन की शुरूआत से नकारात्मक परिणाम नहीं होते हैं, लेकिन एलर्जी, गैस्ट्रिक रोग आदि होते हैं।

जैव प्रौद्योगिकी प्रक्रिया की मुख्य कड़ी, जो इसके संपूर्ण सार को निर्धारित करती है, एक जैविक वस्तु है जो फीडस्टॉक के एक निश्चित संशोधन को करने और एक या किसी अन्य आवश्यक उत्पाद को बनाने में सक्षम है। सूक्ष्मजीवों, जानवरों और पौधों, ट्रांसजेनिक जानवरों और पौधों के साथ-साथ कोशिकाओं के बहु-घटक एंजाइम सिस्टम और व्यक्तिगत एंजाइम जैव प्रौद्योगिकी की ऐसी वस्तुओं के रूप में काम कर सकते हैं।

अधिकांश आधुनिक जैव-प्रौद्योगिकी उद्योगों का आधार अभी भी माइक्रोबियल संश्लेषण है, यानी सूक्ष्मजीवों की मदद से विभिन्न जैविक रूप से सक्रिय पदार्थों का संश्लेषण। दुर्भाग्य से, कई कारणों से पौधों और जानवरों की उत्पत्ति की वस्तुओं को अभी तक इतना व्यापक अनुप्रयोग नहीं मिला है।

वस्तु की प्रकृति के बावजूद, किसी भी जैव-प्रौद्योगिकी प्रक्रिया के विकास में प्राथमिक चरण जीवों (यदि ये रोगाणु हैं), कोशिकाओं या ऊतकों (यदि ये अधिक जटिल जीव हैं - पौधे या जानवर हैं) की शुद्ध संस्कृतियों को प्राप्त करना है। उत्तरार्द्ध (यानी, पौधे या पशु कोशिकाओं के साथ) के साथ और जोड़तोड़ के कई चरण, वास्तव में, सूक्ष्मजीवविज्ञानी उत्पादन में उपयोग किए जाने वाले सिद्धांत और विधियां हैं। माइक्रोबियल कोशिकाओं और पौधों और जानवरों के ऊतक संस्कृतियों की दोनों संस्कृतियां व्यावहारिक रूप से सूक्ष्मजीवों की संस्कृतियों से एक पद्धतिगत दृष्टिकोण से भिन्न नहीं होती हैं।

सूक्ष्मजीवों की दुनिया बेहद विविध है। वर्तमान में

अपेक्षाकृत अच्छी तरह से विशेषता (या ज्ञात) 100 हजार से अधिक विभिन्न प्रजातियां। ये मुख्य रूप से प्रोकैरियोट्स (बैक्टीरिया, एक्टिनोमाइसेट्स, रिकेट्सिया, सायनोबैक्टीरिया) और यूकेरियोट्स (खमीर, फिलामेंटस कवक, कुछ प्रोटोजोआ और शैवाल) का हिस्सा हैं। सूक्ष्मजीवों की इतनी विस्तृत विविधता के साथ, एक बहुत ही महत्वपूर्ण, और अक्सर जटिल, समस्या वास्तव में उस जीव का सही विकल्प है जो वांछित उत्पाद प्रदान करने में सक्षम है, अर्थात, औद्योगिक उद्देश्यों की पूर्ति करता है। सूक्ष्मजीवों को औद्योगिक और गैर-औद्योगिक में विभाजित किया गया है, ये सूक्ष्मजीव हैं जिनका उपयोग औद्योगिक उत्पादन में किया जाता है - औद्योगिक, और जिनका उपयोग नहीं किया जाता है - गैर-औद्योगिक।

औद्योगिक उत्पादन का आधार सूक्ष्मजीवों के कुछ, लेकिन गहराई से अध्ययन किए गए समूह हैं जो मौलिक जीवन प्रक्रियाओं के अध्ययन में मॉडल वस्तुओं के रूप में कार्य करते हैं। अन्य सभी सूक्ष्मजीवों का अध्ययन आनुवंशिकीविदों, आणविक जीवविज्ञानी और आनुवंशिक इंजीनियरों द्वारा बिल्कुल नहीं किया गया है या बहुत सीमित सीमा तक अध्ययन किया गया है। पूर्व में एस्चेरिचिया कोलाई (ई। कोलाई), हे बेसिलस (बेक। सबटिलिस) और बेकर का खमीर (एस। सेरेविसिया) शामिल हैं।

कई जैव प्रौद्योगिकी प्रक्रियाएं सीमित संख्या में सूक्ष्मजीवों का उपयोग करती हैं जिन्हें जीआरएएस (आमतौर पर सुरक्षित के रूप में मान्यता प्राप्त) के रूप में वर्गीकृत किया जाता है। इस तरह के सूक्ष्मजीवों में बैक्टीरिया बैसिलस सबटिलिस, बैसिलस एमाइलोलिफेशियन्स, अन्य प्रकार के बेसिली और लैक्टोबैसिली, स्ट्रेप्टोमाइसेस प्रजातियां शामिल हैं। इसमें कवक एस्परगिलस, पेनिसिलियम, म्यूकोर, राइजोपस और खमीर सैक्रोमाइसेस आदि की प्रजातियां भी शामिल हैं। जीआरएएस सूक्ष्मजीव गैर-रोगजनक, गैर विषैले होते हैं और आम तौर पर एंटीबायोटिक्स नहीं बनाते हैं, इसलिए, एक नई जैव प्रौद्योगिकी प्रक्रिया विकसित करते समय, इन पर ध्यान देना चाहिए जैव प्रौद्योगिकी की मूल वस्तुओं के रूप में सूक्ष्मजीव।

माइक्रोबायोलॉजी उद्योग आज सैकड़ों माइक्रोबियल प्रजातियों के हजारों उपभेदों का उपयोग करता है जिन्हें शुरू में उनके लाभकारी गुणों के आधार पर प्राकृतिक स्रोतों से अलग किया गया था और फिर (ज्यादातर) विभिन्न तरीकों का उपयोग करके सुधार किया गया था। उत्पादन के विस्तार और उत्पादों की श्रेणी के संबंध में, सूक्ष्म जीवों की दुनिया के अधिक से अधिक प्रतिनिधि सूक्ष्मजीवविज्ञानी उद्योग में शामिल हैं। यह महसूस किया जाना चाहिए कि निकट भविष्य में उनमें से किसी का भी ई.कोली और बेक.सबटिलिस के समान अध्ययन नहीं किया जाएगा। और इसका कारण बहुत सरल है - इस तरह के शोध की भारी श्रमसाध्यता और उच्च लागत।

सबसे आम जैव प्रौद्योगिकी वस्तुएं हैं:

बैक्टीरिया और साइनोबैक्टीरिया;

समुद्री शैवाल;

प्रोटोजोआ;

पौधों और जानवरों की सेल संस्कृतियां;

पौधे - निचला (एनाबेना-अज़ोला) और उच्चतर - बत्तख।

उपकोशिकीय संरचनाएं (वायरस, प्लास्मिड, डीएनए)।

बैक्टीरिया और साइनोबैक्टीरिया

जीवाणुओं के जैव-तकनीकी कार्य विविध हैं।

एसिटिक एसिड बैक्टीरिया, जेनेरा ग्लूकोनोबैक्टर और एसीटोबैक्टर।

ग्राम-नकारात्मक बैक्टीरिया जो इथेनॉल को एसिटिक एसिड और एसिटिक एसिड को कार्बन डाइऑक्साइड और पानी में परिवर्तित करते हैं।

जीनस बैसिलस के प्रतिनिधि - बी.सबटिलिस बी.थुरिंगिएन्सिस का उपयोग प्रोबायोटिक्स प्राप्त करने के लिए किया जाता है, ऐसे पदार्थ जिनका अन्य सूक्ष्मजीवों पर एंटीबायोटिक प्रभाव होता है, साथ ही साथ कीड़ों (बी.थुरिंगिएन्सिस) पर भी। वे ग्राम-पॉजिटिव बैक्टीरिया हैं जो एंडोस्पोर बनाते हैं।

B.subtilis एक सख्त एरोबिक है, जबकि B.thuringiensis अवायवीय परिस्थितियों में भी रह सकता है।

एनारोबिक, बीजाणु बनाने वाले बैक्टीरिया का प्रतिनिधित्व जीनस क्लोस्ट्रीडियम द्वारा किया जाता है। C.acetobutylicum शर्करा को एसीटोन, इथेनॉल, आइसोप्रोपेनॉल और n-butanol (एसीटोबुटानॉल किण्वन) में किण्वित करता है, अन्य प्रजातियां स्टार्च, पेक्टिन और विभिन्न नाइट्रोजन यौगिकों को भी किण्वित कर सकती हैं।

लैक्टिक एसिड बैक्टीरिया में जेनेरा लैक्टोबैसिलस, ल्यूकोनोस्टोक और स्ट्रेप्टोकोकस के प्रतिनिधि शामिल हैं, जो बीजाणु नहीं बनाते हैं, ग्राम-पॉजिटिव और ऑक्सीजन के प्रति असंवेदनशील हैं।

ल्यूकोनोस्टोक जीनस के हेटेरोफेरमेंटेटिव बैक्टीरिया कार्बोहाइड्रेट को लैक्टिक एसिड, इथेनॉल और कार्बन डाइऑक्साइड में परिवर्तित करते हैं।

जीनस स्ट्रेप्टोकोकस के होमोफेरमेंटेटिव बैक्टीरिया केवल लैक्टिक एसिड का उत्पादन करते हैं।

लैक्टोबैसिलस जीनस के प्रतिनिधि लैक्टिक एसिड के साथ कई अलग-अलग उत्पाद प्रदान करते हैं।

जीनस कोरिनेबैक्टीरियम के प्रतिनिधि, गैर-प्रेरक ग्राम-पॉजिटिव कोशिकाएं सी। ग्लूटामिकम लाइसिन और मोनोसोडियम ग्लूटामेट के स्रोत के रूप में कार्य करता है।

अन्य प्रकार के कोरिनेबैक्टीरिया का उपयोग अयस्कों के सूक्ष्मजीवी निक्षालन और खनन कचरे के निपटान के लिए किया जाता है।

कुछ जीवाणुओं के इस गुण का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है, जैसे डायज़ोट्रॉफीयानी वायुमंडलीय नाइट्रोजन को स्थिर करने की क्षमता।

डायज़ोट्रोफ़्स के 2 समूह हैं:

सहजीवन: बिना रूट नोड्यूल्स (ज्यादातर लाइकेन), रूट नोड्यूल्स (फलियां) के साथ;

मुक्त-जीवित: हेटरोट्रॉफ़्स (एज़ोटोबैक्टर, क्लोस्ट्रीडियम, मिथाइलोबैक्टर), ऑटोट्रॉफ़्स (क्लोरोबियम, रोडोस्पिरिलम और अमीबोबैक्टर)।

बैक्टीरिया का उपयोग आनुवंशिक इंजीनियरिंग उद्देश्यों के लिए भी किया जाता है।

साइनोबैक्टीरिया में नाइट्रोजन को ठीक करने की क्षमता होती है, जो उन्हें बहुत ही आशाजनक प्रोटीन उत्पादक बनाती है। कोशिकाओं के साइटोप्लाज्म में ग्लाइकोजन के करीब एक उत्पाद जमा होता है।

साइनोबैक्टीरिया के प्रतिनिधि जैसे नोस्टोक, स्पिरुलिना, ट्राइकोड्समियम खाने योग्य होते हैं और सीधे खाए जाते हैं। नॉस्टोक बैडलैंड्स पर क्रस्ट बनाता है जो गीला होने पर सूज जाता है। जापान में, स्थानीय आबादी ज्वालामुखी की ढलानों पर बनी नोस्टोक की परतों को खाती है और उन्हें टेंगु जौ की रोटी (तेंगू एक अच्छी पहाड़ी आत्मा है) कहती है।

स्पिरुलिना (स्पिरुलिना प्लैटेंसिस) अफ्रीका से आता है - चाड झील का क्षेत्र।

स्पिरुलिना मैक्सिमा मेक्सिको में टेक्सकोको झील के पानी में उगता है। एज़्टेक ने भी इसे झीलों की सतह से एकत्र किया और खा लिया।

स्पिरुलिना का उपयोग बिस्कुट बनाने के लिए किया जाता था, जो स्पिरुलिना के सूखे द्रव्यमान थे।

विश्लेषण से पता चला कि स्पिरुलिना में 65% प्रोटीन (सोयाबीन से अधिक), 19% कार्बोहाइड्रेट, 6% वर्णक, 4% लिपिड, 3% फाइबर और 3% राख होते हैं। प्रोटीन अमीनो एसिड की संतुलित सामग्री की विशेषता है। इस शैवाल की कोशिका भित्ति अच्छी तरह पच जाती है।

स्पिरुलिना की खेती खुले तालाबों में या पॉलीइथाइलीन पाइप की बंद प्रणाली में की जा सकती है। उपज बहुत अधिक है: प्रति दिन 1 मीटर 2 शैवाल के सूखे वजन के 20 ग्राम तक प्राप्त किया जाता है, जो गेहूं की उपज से लगभग 10 गुना अधिक है।

घरेलू दवा उद्योग साइनोबैक्टीरियम स्पिरुलिना प्लैटेंसिस पर आधारित दवा "स्प्लैट" का उत्पादन करता है। इसमें विटामिन और माइक्रोएलेटमेंट का एक कॉम्प्लेक्स होता है और इसे टॉनिक और इम्यूनोस्टिम्युलेटिंग एजेंट के रूप में उपयोग किया जाता है।

Escherichia कोलाई

Escherichia कोलाईसबसे अधिक अध्ययन किए गए जीवों में से एक है। पिछले पचास वर्षों में, आनुवंशिकी, आणविक जीव विज्ञान, जैव रसायन, शरीर विज्ञान और सामान्य जीव विज्ञान के बारे में व्यापक जानकारी प्राप्त करना संभव हुआ है। Escherichia कोलाई. यह एक ग्राम-नकारात्मक, मोबाइल शेल्फ़ है जो 10 µm से कम लंबा है। इसका आवास मनुष्यों और जानवरों की आंत है, लेकिन यह मिट्टी और पानी में भी रह सकता है। आमतौर पर, एस्चेरिचिया कोलाई रोगजनक नहीं है, लेकिन कुछ शर्तों के तहत यह मनुष्यों और जानवरों में बीमारी का कारण बन सकता है।

केवल Na +, K +, Mg 2+, Ca 2+, NH 4 +, Cl -, HPO 4 2- और SO 4 2- आयनों, ट्रेस तत्वों और एक कार्बन युक्त मीडिया पर साधारण विभाजन द्वारा गुणा करने की क्षमता के कारण स्रोत (उदाहरण के लिए, ग्लूकोज), इ. कोलाईवैज्ञानिक शोध का पसंदीदा विषय बन गया।

खेती करते समय इ. कोलाई 37 डिग्री के तापमान पर लॉगरिदमिक विकास चरण में अमीनो एसिड, विटामिन, लवण, ट्रेस तत्वों और कार्बन स्रोत युक्त समृद्ध तरल पोषक मीडिया पर, पीढ़ी का समय (यानी, एक जीवाणु के गठन और उसके अगले विभाजन के बीच का समय) सी लगभग 22 मिनट है।

इ. कोलाईएरोबिक (ऑक्सीजन की उपस्थिति में) और एनारोबिक (ऑक्सीजन के बिना) दोनों स्थितियों में उगाया जा सकता है। हालांकि, पुनः संयोजक प्रोटीन के इष्टतम उत्पादन के लिए इ. कोलाईआमतौर पर एरोबिक परिस्थितियों में उगाया जाता है।

यदि प्रयोगशाला में बैक्टीरिया की खेती का उद्देश्य एक निश्चित प्रोटीन का संश्लेषण और अलगाव है, तो संस्कृतियों को फ्लास्क में जटिल तरल पोषक माध्यम पर उगाया जाता है। वांछित तापमान बनाए रखने और संस्कृति माध्यम के पर्याप्त वातन को सुनिश्चित करने के लिए, फ्लास्क को पानी के स्नान या तापमान नियंत्रित कमरे में रखा जाता है और लगातार हिलाया जाता है। ऐसा वातन कोशिका प्रजनन के लिए पर्याप्त है, लेकिन हमेशा एक विशेष प्रोटीन के संश्लेषण के लिए नहीं।

कोशिका द्रव्यमान वृद्धि और प्रोटीन उत्पादन पोषक माध्यम में कार्बन या नाइट्रोजन स्रोतों की सामग्री द्वारा सीमित नहीं है, बल्कि घुलित ऑक्सीजन की सामग्री द्वारा: 20 डिग्री सेल्सियस पर, यह लगभग नौ मिलियन है। यह पुनः संयोजक प्रोटीन के औद्योगिक उत्पादन में विशेष रूप से महत्वपूर्ण हो जाता है। अधिकतम प्रोटीन उत्पादन के लिए इष्टतम स्थिति सुनिश्चित करने के लिए, विशेष किण्वक डिजाइन किए गए हैं और वातन प्रणाली बनाई गई है।

प्रत्येक जीवित जीव के लिए, एक निश्चित तापमान अंतराल होता है जो उसके विकास और प्रजनन के लिए इष्टतम होता है। बहुत अधिक तापमान प्रोटीन के विकृतीकरण और अन्य महत्वपूर्ण सेलुलर घटकों के विनाश का कारण बनता है, जिससे कोशिका मृत्यु हो जाती है। कम तापमान पर, प्रोटीन अणुओं से गुजरने वाले संरचनात्मक परिवर्तनों के कारण जैविक प्रक्रियाएं काफी धीमी हो जाती हैं या पूरी तरह से बंद हो जाती हैं।

तापमान शासन के आधार पर जो कुछ सूक्ष्मजीव पसंद करते हैं, उन्हें थर्मोफाइल (45 से 90 डिग्री सेल्सियस और ऊपर), मेसोफिल (10 से 47 डिग्री सेल्सियस तक) और साइकोफाइल (-5 से 35 डिग्री सेल्सियस तक) में विभाजित किया जा सकता है। सूक्ष्मजीव जो केवल एक निश्चित तापमान सीमा में सक्रिय रूप से गुणा करते हैं, विभिन्न जैव प्रौद्योगिकी समस्याओं को हल करने के लिए एक उपयोगी उपकरण हो सकते हैं। उदाहरण के लिए, थर्मोफाइल अक्सर थर्मोस्टेबल एंजाइमों को एन्कोडिंग करने वाले जीन प्रदान करते हैं जिनका उपयोग औद्योगिक या प्रयोगशाला प्रक्रियाओं में किया जाता है, जबकि आनुवंशिक रूप से संशोधित साइक्रोट्रॉफ़्स का उपयोग कम तापमान पर मिट्टी और पानी में निहित जहरीले कचरे को बायोडिग्रेड करने के लिए किया जाता है।

के अलावा इ. कोलाईआणविक जैव प्रौद्योगिकी (तालिका 1) में कई अन्य सूक्ष्मजीवों का उपयोग किया जाता है। उन्हें दो समूहों में विभाजित किया जा सकता है: विशिष्ट जीन के स्रोत के रूप में सूक्ष्मजीव और कुछ समस्याओं को हल करने के लिए आनुवंशिक इंजीनियरिंग विधियों द्वारा बनाए गए सूक्ष्मजीव। विशिष्ट जीन में शामिल हैं, उदाहरण के लिए, एक थर्मोस्टेबल डीएनए पोलीमरेज़ को एन्कोडिंग करने वाला जीन, जिसका उपयोग व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले पोलीमरेज़ चेन रिएक्शन (पीसीआर) में किया जाता है। इस जीन को थर्मोफिलिक बैक्टीरिया से अलग किया गया और क्लोन किया गया इ. कोलाई. सूक्ष्मजीवों के दूसरे समूह में शामिल हैं, उदाहरण के लिए, विभिन्न उपभेद कोरिनेबैक्टीरियम ग्लूटामिकम, जिन्हें औद्योगिक रूप से महत्वपूर्ण अमीनो एसिड के उत्पादन को बढ़ाने के लिए आनुवंशिक रूप से संशोधित किया गया है।

तालिका 1. जैव प्रौद्योगिकी में प्रयुक्त कुछ आनुवंशिक रूप से संशोधित सूक्ष्मजीव।

एक्रिमोनियम क्राइसोजेनम बेसिलस ब्रेविस बेसिलस सुबटिलिस बेसिलस थुरिंगिएन्स्ट्स कोरिनेबैक्टीरियम ग्लूटामिकम इरविनिया हरबिकोला इशरीकिया कोली स्यूडोमोनास एसपीपी। राइजोडर्म एसपीपी। ट्राइकोडर्मा रीसी ज़ैंथोमोनस कैंपेस्ट्रिस ज़िमोमोनास मोबिलिस

वर्तमान चरण में, अनुसंधान की रणनीति और रणनीति विकसित करने की समस्या उत्पन्न होती है, जो कि श्रम के उचित व्यय के साथ, नए सूक्ष्मजीवों की क्षमता से निकालने के लिए, जो औद्योगिक रूप से महत्वपूर्ण उत्पादक उपभेदों के उपयोग के लिए उपयुक्त है, के निर्माण में सबसे मूल्यवान है। जैव प्रौद्योगिकी प्रक्रियाओं में। शास्त्रीय दृष्टिकोण वांछित सूक्ष्मजीव को प्राकृतिक परिस्थितियों से अलग करना है।

1. सामग्री के नमूने कथित निर्माता के प्राकृतिक आवास से लिए जाते हैं (सामग्री के नमूने लिए जाते हैं) और एक वैकल्पिक माध्यम में टीका लगाया जाता है जो ब्याज के सूक्ष्मजीव के प्रमुख विकास को सुनिश्चित करता है, अर्थात, तथाकथित संवर्धन संस्कृतियों को प्राप्त किया जाता है।

2. अगला कदम एक शुद्ध संस्कृति का अलगाव है जिसमें पृथक सूक्ष्मजीव के आगे विभेदक नैदानिक ​​अध्ययन और, यदि आवश्यक हो, तो इसकी उत्पादक क्षमता का अनुमानित निर्धारण होता है।

उत्पादक सूक्ष्मजीवों का चयन करने का एक और तरीका है - यह अच्छी तरह से अध्ययन और अच्छी तरह से वर्णित सूक्ष्मजीवों के उपलब्ध संग्रह से वांछित प्रजातियों का चुनाव है। यह, निश्चित रूप से, कई श्रम-गहन संचालन करने की आवश्यकता को समाप्त करता है।

बायोटेक्नोलॉजिकल ऑब्जेक्ट (हमारे मामले में, एक उत्पादक सूक्ष्मजीव) चुनने का मुख्य मानदंड लक्ष्य उत्पाद को संश्लेषित करने की क्षमता है। हालांकि, इसके अलावा, प्रक्रिया की तकनीक में अतिरिक्त आवश्यकताएं हो सकती हैं, जो कभी-कभी बहुत महत्वपूर्ण होती हैं, निर्णायक नहीं। सामान्य शब्दों में, सूक्ष्मजीवों को चाहिए:

उच्च विकास दर हो;

1. एककोशिकीय जीव, एक नियम के रूप में, उच्च जीवों की तुलना में विकास की उच्च दर और सिंथेटिक प्रक्रियाओं की विशेषता है। हालांकि, यह सभी सूक्ष्मजीवों के मामले में नहीं है। उनमें से कुछ ऐसे हैं (उदाहरण के लिए, ओलिगोट्रोफिक वाले) जो बहुत धीरे-धीरे बढ़ते हैं, लेकिन वे कुछ रुचि रखते हैं, क्योंकि वे विभिन्न मूल्यवान पदार्थों का उत्पादन करने में सक्षम हैं।

उनके जीवन के लिए आवश्यक सस्ते सबस्ट्रेट्स का निपटान;

2. जैव प्रौद्योगिकी विकास की वस्तुओं के रूप में विशेष ध्यान प्रकाश संश्लेषक सूक्ष्मजीवों द्वारा दर्शाया जाता है जो अपने जीवन में सूर्य के प्रकाश की ऊर्जा का उपयोग करते हैं। उनमें से कुछ (सायनोबैक्टीरिया और प्रकाश संश्लेषक यूकेरियोट्स) कार्बन स्रोत के रूप में CO2 का उपयोग करते हैं, और सायनोबैक्टीरिया के कुछ प्रतिनिधि, उपरोक्त सभी के अलावा, वायुमंडलीय नाइट्रोजन को आत्मसात करने की क्षमता रखते हैं (अर्थात, वे पोषक तत्वों के लिए अत्यंत निंदनीय हैं)।

प्रकाश संश्लेषक सूक्ष्मजीव अमोनिया, हाइड्रोजन, प्रोटीन और कई कार्बनिक यौगिकों के उत्पादक के रूप में आशाजनक हैं। हालांकि, उनके आनुवंशिक संगठन और महत्वपूर्ण गतिविधि के आणविक जैविक तंत्र के बारे में सीमित मौलिक ज्ञान के कारण उनके उपयोग में प्रगति की निकट भविष्य में उम्मीद नहीं की जानी चाहिए।

बाहरी माइक्रोफ्लोरा के लिए प्रतिरोधी होना, यानी अत्यधिक प्रतिस्पर्धी होना।

3. जैव प्रौद्योगिकी की ऐसी वस्तुओं पर कुछ ध्यान दिया जाता है जैसे कि थर्मोफिलिक सूक्ष्मजीव 60-80 डिग्री सेल्सियस पर बढ़ रहे हैं। उनकी यह संपत्ति अपेक्षाकृत गैर-बाँझ खेती के दौरान विदेशी माइक्रोफ्लोरा के विकास के लिए लगभग एक दुर्गम बाधा है, अर्थात यह एक विश्वसनीय सुरक्षा है प्रदूषण के खिलाफ। थर्मोफाइल में एल्कोहल, अमीनो एसिड, एंजाइम और आणविक हाइड्रोजन के उत्पादक पाए गए हैं। इसके अलावा, उनकी वृद्धि दर और चयापचय गतिविधि मेसोफाइल की तुलना में 1.5-2 गुना अधिक है। थर्मोफाइल द्वारा संश्लेषित एंजाइमों को गर्मी के प्रतिरोध में वृद्धि, कुछ ऑक्सीकरण एजेंटों, डिटर्जेंट, कार्बनिक सॉल्वैंट्स और अन्य प्रतिकूल कारकों की विशेषता है। इसी समय, वे सामान्य तापमान पर बहुत सक्रिय नहीं होते हैं। इस प्रकार, थर्मोफिलिक सूक्ष्मजीवों के प्रतिनिधियों में से एक के प्रोटीज 750 सी की तुलना में 200 सी पर 100 गुना कम सक्रिय होते हैं। उत्तरार्द्ध कुछ औद्योगिक प्रस्तुतियों के लिए एक बहुत ही महत्वपूर्ण संपत्ति है।

उपरोक्त सभी लक्ष्य उत्पाद के उत्पादन की लागत में उल्लेखनीय कमी प्रदान करते हैं।

चयन

जैव प्रौद्योगिकी में वस्तुओं के चयन में सबसे मूल्यवान और सक्रिय उत्पादक बनाने की प्रक्रिया में एक अभिन्न घटक उनका चयन है। और चयन का सामान्य तरीका वांछित निर्माता के चयन के प्रत्येक चरण में जीनोम का सचेत निर्माण है। माइक्रोबियल प्रौद्योगिकियों के विकास में, एक समय में उन्होंने आवश्यक उपयोगी विशेषताओं की विशेषता वाले स्वचालित रूप से होने वाले संशोधित वेरिएंट के चयन के आधार पर एक बहुत ही महत्वपूर्ण भूमिका निभाई (और अभी भी खेलना जारी है)। इस तरह के तरीकों के साथ, चरणबद्ध चयन आमतौर पर उपयोग किया जाता है: चयन के प्रत्येक चरण में, सूक्ष्मजीवों की आबादी से सबसे सक्रिय वेरिएंट (सहज म्यूटेंट) का चयन किया जाता है, जिसमें से अगले चरण में नए, अधिक प्रभावी उपभेदों का चयन किया जाता है।

प्रेरित उत्परिवर्तजन की विधि का उपयोग करते समय सबसे प्रभावी उत्पादकों की चयन प्रक्रिया में काफी तेजी आती है।

उत्परिवर्तजन प्रभावों के रूप में, यूवी, एक्स-रे और गामा विकिरण, कुछ रसायनों आदि का उपयोग किया जाता है। हालांकि, यह तकनीक भी कमियों के बिना नहीं है, जिनमें से मुख्य इसकी श्रमसाध्यता और परिवर्तनों की प्रकृति के बारे में जानकारी की कमी है, क्योंकि प्रयोगकर्ता अंतिम परिणाम के अनुसार चयन करता है।

इस प्रकार, आज की प्रवृत्ति शरीर के मुख्य कार्यों के कार्यान्वयन के आनुवंशिक संगठन और आणविक जैविक तंत्र के मौलिक ज्ञान के आधार पर वांछित गुणों के साथ सूक्ष्मजीव उपभेदों का सचेत डिजाइन है।

सूक्ष्मजीवविज्ञानी उद्योग के लिए सूक्ष्मजीवों का चयन और नए उपभेदों का निर्माण अक्सर उनकी उत्पादक क्षमता को बढ़ाने के उद्देश्य से किया जाता है, अर्थात। किसी विशेष उत्पाद का निर्माण। इन समस्याओं का समाधान, एक डिग्री या किसी अन्य तक, सेल में नियामक प्रक्रियाओं में बदलाव के साथ जुड़ा हुआ है।

बैक्टीरिया में जैव रासायनिक प्रतिक्रियाओं की दर में परिवर्तन कम से कम दो तरीकों से हो सकता है। उनमें से एक बहुत तेज है (सेकंड या मिनटों के भीतर महसूस किया जाता है) व्यक्तिगत एंजाइम अणुओं की उत्प्रेरक गतिविधि को बदलना है। दूसरा, धीमा (कई मिनटों में महसूस किया गया), एंजाइम संश्लेषण की दरों को बदलने में शामिल है। दोनों तंत्र एक एकल प्रणाली नियंत्रण सिद्धांत का उपयोग करते हैं - प्रतिक्रिया सिद्धांत, हालांकि सेल चयापचय की गतिविधि को विनियमित करने के लिए सरल तंत्र भी हैं। किसी भी उपापचयी मार्ग को विनियमित करने का सबसे सरल तरीका एक सब्सट्रेट की उपलब्धता या एक एंजाइम की उपस्थिति पर आधारित है। सब्सट्रेट की मात्रा में कमी (माध्यम में इसकी एकाग्रता) किसी दिए गए चयापचय पथ के माध्यम से किसी विशेष पदार्थ की प्रवाह दर में कमी की ओर ले जाती है। दूसरी ओर, सब्सट्रेट एकाग्रता में वृद्धि से चयापचय पथ की उत्तेजना होती है। इसलिए, किसी भी अन्य कारकों की परवाह किए बिना, सब्सट्रेट की उपस्थिति (उपलब्धता) को किसी भी चयापचय मार्ग के लिए एक संभावित तंत्र के रूप में माना जाना चाहिए। कभी-कभी लक्षित उत्पाद की उपज बढ़ाने का एक प्रभावी साधन किसी विशेष अग्रदूत की कोशिका में एकाग्रता को बढ़ाना होता है।

कोशिका में उपापचयी प्रतिक्रियाओं की गतिविधि को विनियमित करने का सबसे आम तरीका प्रतिशोध के प्रकार द्वारा विनियमन है।

कई प्राथमिक चयापचयों के जैवसंश्लेषण को इस तथ्य की विशेषता है कि इस जैवसंश्लेषण मार्ग के अंतिम उत्पाद की एकाग्रता में वृद्धि के साथ, इस मार्ग के पहले एंजाइमों में से एक की गतिविधि बाधित होती है। इस तरह के एक नियामक तंत्र की उपस्थिति पहली बार 1953 में ए। नोविक और एल। स्ज़ीलार्ड द्वारा बताई गई थी, जिन्होंने ई। कोलाई कोशिकाओं द्वारा ट्रिप्टोफैन के जैवसंश्लेषण का अध्ययन किया था। किसी दिए गए सुगंधित अमीनो एसिड के जैवसंश्लेषण में अंतिम चरण में अलग-अलग एंजाइमों द्वारा उत्प्रेरित कई चरण होते हैं।

इन लेखकों ने पाया कि बिगड़ा हुआ ट्रिप्टोफैन बायोसिंथेसिस वाले ई। कोलाई म्यूटेंट में से एक में, इस अमीनो एसिड (जो इस बायोसिंथेटिक मार्ग का अंतिम उत्पाद है) के अलावा कोशिकाओं में अग्रदूतों में से एक, इंडोल ग्लिसरॉस्फेट के संचय को तेजी से रोकता है। फिर भी, यह सुझाव दिया गया था कि ट्रिप्टोफैन कुछ एंजाइम की गतिविधि को रोकता है जो इंडोल ग्लिसरॉस्फेट के गठन को उत्प्रेरित करता है। इस बात की पुष्टि की गई है।



अमीनो एसिड, एंजाइम, कार्बनिक अम्ल, विटामिन आदि प्राप्त करने के लिए खाद्य उद्योग, घरेलू, सूक्ष्मजीवविज्ञानी उद्योग में सूक्ष्मजीवों का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। शास्त्रीय सूक्ष्मजीवविज्ञानी उद्योगों में वाइनमेकिंग, ब्रूइंग, ब्रेड बनाना, लैक्टिक एसिड उत्पाद और खाद्य सिरका शामिल हैं। उदाहरण के लिए, खमीर के उपयोग के बिना वाइनमेकिंग, ब्रूइंग और खमीर आटा का उत्पादन असंभव है, जो व्यापक रूप से प्रकृति में वितरित किया जाता है।

औद्योगिक खमीर उत्पादन का इतिहास हॉलैंड में शुरू हुआ, जहां 1870 में पहला खमीर कारखाना स्थापित किया गया था। मुख्य उत्पाद खमीर दबाया गया था जिसमें लगभग 70% नमी थी, जिसे केवल कुछ हफ्तों तक संग्रहीत किया जा सकता था। लंबे समय तक भंडारण असंभव था, क्योंकि दबाए गए खमीर कोशिकाएं जीवित रहीं और उनकी गतिविधि बरकरार रही, जिससे उनकी ऑटोलिसिस और मृत्यु हो गई। सुखाने खमीर के औद्योगिक संरक्षण के तरीकों में से एक बन गया है। शुष्क खमीर में कम आर्द्रता पर, खमीर कोशिका अजैविक अवस्था में होती है और लंबे समय तक बनी रह सकती है। पहला सूखा खमीर 1945 में दिखाई दिया। 1972 में, सूखी खमीर की दूसरी पीढ़ी दिखाई दी, तथाकथित तत्काल खमीर। 1990 के दशक के मध्य से, सूखी खमीर की एक तीसरी पीढ़ी उभरी है: बेकर का खमीर। Saccharomyces cerevisiae,जो एक उत्पाद में विशेष बेकिंग एंजाइमों के अत्यधिक केंद्रित परिसर के साथ तत्काल खमीर के गुणों को जोड़ती है। यह खमीर न केवल रोटी की गुणवत्ता में सुधार करने की अनुमति देता है, बल्कि निष्क्रियता की प्रक्रिया का सक्रिय रूप से विरोध करने की भी अनुमति देता है।

बेकर्स यीस्ट Saccharomyces cerevisiaeएथिल अल्कोहल के उत्पादन में भी उपयोग किया जाता है।

वाइनमेकिंग अद्वितीय गुणों के साथ एक अद्वितीय ब्रांड वाइन बनाने के लिए खमीर के कई अलग-अलग उपभेदों का उपयोग करता है।

लैक्टिक एसिड बैक्टीरिया सॉकरक्राट, अचार, मसालेदार जैतून, और कई अन्य मसालेदार खाद्य पदार्थों जैसे खाद्य पदार्थों की तैयारी में शामिल होते हैं।

लैक्टिक एसिड बैक्टीरिया चीनी को लैक्टिक एसिड में बदल देते हैं, जो भोजन को पुटीय सक्रिय बैक्टीरिया से बचाता है।

लैक्टिक एसिड बैक्टीरिया की मदद से लैक्टिक एसिड उत्पादों, पनीर और पनीर का एक बड़ा वर्गीकरण तैयार किया जाता है।

हालांकि, कई सूक्ष्मजीव मानव जीवन में नकारात्मक भूमिका निभाते हैं, मानव, पशु और पौधों की बीमारियों के रोगजनक होने के कारण; वे खाद्य पदार्थों के खराब होने, विभिन्न सामग्रियों के विनाश आदि का कारण बन सकते हैं।

ऐसे सूक्ष्मजीवों का मुकाबला करने के लिए, एंटीबायोटिक दवाओं की खोज की गई - पेनिसिलिन, स्ट्रेप्टोमाइसिन, ग्रैमिकिडिन, आदि, जो कवक, बैक्टीरिया और एक्टिनोमाइसेट्स के चयापचय उत्पाद हैं।

सूक्ष्मजीव मनुष्य को आवश्यक एंजाइम प्रदान करते हैं। इस प्रकार, एमाइलेज का उपयोग भोजन, कपड़ा और कागज उद्योगों में किया जाता है। प्रोटीज विभिन्न सामग्रियों में प्रोटीन के क्षरण का कारण बनता है। पूर्व में, सोया सॉस बनाने के लिए सदियों से मशरूम प्रोटीज का उपयोग किया जाता रहा है। वर्तमान में, इसका उपयोग डिटर्जेंट के निर्माण में किया जाता है। फलों के रस को संरक्षित करते समय पेक्टिनेज जैसे एंजाइम का उपयोग किया जाता है।

सूक्ष्मजीवों का उपयोग अपशिष्ट जल उपचार, खाद्य उद्योग अपशिष्ट प्रसंस्करण के लिए किया जाता है। अपशिष्ट कार्बनिक पदार्थों के अवायवीय अपघटन से बायोगैस उत्पन्न होती है।

हाल के वर्षों में, नए प्रोडक्शंस सामने आए हैं। मशरूम से कैरोटीनॉयड और स्टेरॉयड प्राप्त होते हैं।

जीवाणु जैव रासायनिक अनुसंधान के लिए कई अमीनो एसिड, न्यूक्लियोटाइड और अन्य अभिकर्मकों को संश्लेषित करते हैं।

सूक्ष्म जीव विज्ञान एक तेजी से विकसित होने वाला विज्ञान है, जिसकी उपलब्धियां काफी हद तक भौतिकी, रसायन विज्ञान, जैव रसायन, आणविक जीव विज्ञान आदि के विकास से जुड़ी हैं।

सूक्ष्म जीव विज्ञान का सफलतापूर्वक अध्ययन करने के लिए सूचीबद्ध विज्ञानों का ज्ञान आवश्यक है।

यह कोर्स फूड माइक्रोबायोलॉजी पर केंद्रित है। कई सूक्ष्मजीव शरीर की सतह पर, मनुष्यों और जानवरों की आंतों में, पौधों पर, भोजन पर और हमारे आस-पास की सभी वस्तुओं पर रहते हैं। सूक्ष्मजीव विभिन्न प्रकार के भोजन का उपभोग करते हैं, बदलती रहने की स्थिति के लिए बेहद आसानी से अनुकूल होते हैं: गर्मी, ठंड, नमी की कमी, आदि। वे बहुत जल्दी गुणा करते हैं। सूक्ष्म जीव विज्ञान के ज्ञान के बिना, जैव प्रौद्योगिकी प्रक्रियाओं को सक्षम और प्रभावी ढंग से प्रबंधित करना, इसके उत्पादन के सभी चरणों में खाद्य उत्पादों की उच्च गुणवत्ता बनाए रखना और खाद्य जनित रोगों और विषाक्तता के रोगजनकों वाले उत्पादों की खपत को रोकना असंभव है।

इस बात पर जोर दिया जाना चाहिए कि खाद्य उत्पादों के सूक्ष्मजीवविज्ञानी अध्ययन, न केवल तकनीकी विशेषताओं के दृष्टिकोण से, बल्कि कम महत्वपूर्ण नहीं, उनकी स्वच्छता और सूक्ष्मजीवविज्ञानी सुरक्षा के दृष्टिकोण से, सैनिटरी माइक्रोबायोलॉजी का सबसे कठिन उद्देश्य है। यह न केवल खाद्य उत्पादों में माइक्रोफ्लोरा की विविधता और बहुतायत से समझाया गया है, बल्कि उनमें से कई के उत्पादन में सूक्ष्मजीवों के उपयोग से भी समझाया गया है।

इस संबंध में, खाद्य गुणवत्ता और सुरक्षा के सूक्ष्मजीवविज्ञानी विश्लेषण में, सूक्ष्मजीवों के दो समूहों को प्रतिष्ठित किया जाना चाहिए:

- विशिष्ट माइक्रोफ्लोरा;

- गैर-विशिष्ट माइक्रोफ्लोरा।

विशिष्ट- ये सूक्ष्मजीवों की सांस्कृतिक दौड़ हैं जो किसी विशेष उत्पाद को तैयार करने के लिए उपयोग की जाती हैं और इसके उत्पादन की तकनीक में एक अनिवार्य कड़ी हैं।

इस तरह के माइक्रोफ्लोरा का उपयोग वाइन, बीयर, ब्रेड और सभी किण्वित दूध उत्पादों के उत्पादन के लिए तकनीक में किया जाता है।

अविशिष्टये सूक्ष्मजीव हैं जो पर्यावरण से भोजन में प्रवेश करते हैं, उन्हें दूषित करते हैं। सूक्ष्मजीवों के इस समूह में, सैप्रोफाइटिक, रोगजनक और सशर्त रूप से रोगजनक, साथ ही सूक्ष्मजीव जो उत्पादों के खराब होने का कारण बनते हैं, प्रतिष्ठित हैं।

प्रदूषण की डिग्री कई कारकों पर निर्भर करती है, जिसमें कच्चे माल की सही खरीद, उनका भंडारण और प्रसंस्करण, उत्पादों के उत्पादन के लिए तकनीकी और स्वच्छता स्थितियों का अनुपालन, उनका भंडारण और परिवहन शामिल है।

राष्ट्रीय अर्थव्यवस्था के विभिन्न क्षेत्रों में सूक्ष्मजैविक प्रक्रियाओं का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। कई प्रक्रियाएं चयापचय प्रतिक्रियाओं पर आधारित होती हैं जो कुछ सूक्ष्मजीवों के विकास और प्रजनन के दौरान होती हैं।

सूक्ष्मजीवों की सहायता से आहार प्रोटीन, एंजाइम, विटामिन, अमीनो अम्ल, कार्बनिक अम्ल आदि उत्पन्न होते हैं।

खाद्य उद्योग में प्रयुक्त सूक्ष्मजीवों के मुख्य समूह

खाद्य उद्योग में उपयोग किए जाने वाले सूक्ष्मजीवों के मुख्य समूह बैक्टीरिया, खमीर और मोल्ड हैं।

बैक्टीरिया।लैक्टिक एसिड, एसिटिक एसिड, ब्यूटिरिक, एसीटोन-ब्यूटाइल किण्वन के प्रेरक एजेंट के रूप में उपयोग किया जाता है।

सांस्कृतिक लैक्टिक एसिड बैक्टीरिया का उपयोग लैक्टिक एसिड के उत्पादन में, बेकिंग में और कभी-कभी अल्कोहल उत्पादन में किया जाता है। वे समीकरण के अनुसार चीनी को लैक्टिक एसिड में परिवर्तित करते हैं

सी 6 एच 12 ओ 6 ® 2CH 3 - सीएच - सीओओएच + 75 केजे

राई की रोटी के उत्पादन में ट्रू (होमोफेरमेंटेटिव) और नॉन-ट्रू (हेटरोफेरमेंटेटिव) लैक्टिक एसिड बैक्टीरिया शामिल हैं। होमोफेरमेंटेटिव केवल एसिड बनाने में शामिल होते हैं, जबकि हेटेरोफेरमेंटेटिव वाले, लैक्टिक एसिड के साथ, वाष्पशील एसिड (मुख्य रूप से एसिटिक), अल्कोहल और कार्बन डाइऑक्साइड बनाते हैं।

शराब उद्योग में, लैक्टिक एसिड किण्वन का उपयोग खमीर पौधा को अम्लीकृत करने के लिए किया जाता है। जंगली लैक्टिक एसिड बैक्टीरिया किण्वन संयंत्रों की तकनीकी प्रक्रियाओं पर प्रतिकूल प्रभाव डालते हैं, तैयार उत्पादों की गुणवत्ता को खराब करते हैं। परिणामी लैक्टिक एसिड बाहरी सूक्ष्मजीवों की महत्वपूर्ण गतिविधि को रोकता है।

ब्यूटिरिक किण्वन, ब्यूटिरिक बैक्टीरिया के कारण होता है, का उपयोग ब्यूटिरिक एसिड के उत्पादन के लिए किया जाता है, जिसके एस्टर का उपयोग एरोमेटिक्स के रूप में किया जाता है।

ब्यूटिरिक एसिड बैक्टीरिया चीनी को समीकरण के अनुसार ब्यूटिरिक एसिड में परिवर्तित करते हैं

सी 6 एच 12 ओ 6® सीएच 3 सीएच 2 सीएच 2 सीओओएच + 2सीओ 2 + एच 2 + क्यू

एसिटिक एसिड बैक्टीरिया का उपयोग सिरका (एसिटिक एसिड घोल) के उत्पादन के लिए किया जाता है, क्योंकि। वे समीकरण के अनुसार एथिल अल्कोहल को एसिटिक एसिड में ऑक्सीकृत करने में सक्षम हैं

सी 2 एच 5 ओएच + ओ 2 ® सीएच 3 सीओओएच + एच 2 ओ +487 केजे

एसिटिक एसिड किण्वन शराब उत्पादन के लिए हानिकारक है, क्योंकि। शराब की उपज में कमी की ओर जाता है, और शराब बनाने में यह बीयर को खराब कर देता है।

यीस्ट।शराब और बीयर के उत्पादन में, वाइनमेकिंग में, ब्रेड क्वास के उत्पादन में, बेकिंग में इनका उपयोग किण्वन एजेंटों के रूप में किया जाता है।

खाद्य उत्पादन के लिए, खमीर महत्वपूर्ण है - सैकरोमाइसेट्स, जो बीजाणु बनाते हैं, और अपूर्ण खमीर - गैर-सैक्रोमाइसेट्स (खमीर जैसी कवक), जो बीजाणु नहीं बनाते हैं। Saccharomyces परिवार कई प्रजातियों में विभाजित है। सबसे महत्वपूर्ण जीनस Saccharomyces (saccharomycetes) है। जीनस को प्रजातियों में विभाजित किया जाता है, और एक प्रजाति की अलग-अलग किस्मों को दौड़ कहा जाता है। प्रत्येक उद्योग में, खमीर की अलग-अलग जातियों का उपयोग किया जाता है। खमीर चूर्ण और परतदार भेद। धूल जैसी कोशिकाओं में, वे एक दूसरे से अलग हो जाते हैं, जबकि परतदार कोशिकाओं में, वे एक साथ चिपक जाते हैं, गुच्छे बनाते हैं, और जल्दी से बस जाते हैं।

सांस्कृतिक खमीर Saccharomycetes के S. cerevisiae परिवार से संबंधित है। खमीर प्रसार के लिए इष्टतम तापमान 25-30 0 C है, और न्यूनतम तापमान लगभग 2-3 0 C है। 40 0 ​​C पर, विकास रुक जाता है, खमीर मर जाता है, और प्रजनन कम तापमान पर रुक जाता है।

ऊपर और नीचे किण्वित खमीर हैं।

सांस्कृतिक यीस्ट में से, बॉटम-किण्वन यीस्ट में अधिकांश वाइन और बीयर यीस्ट शामिल हैं, और टॉप-किण्वन यीस्ट में अल्कोहल, बेकर और ब्रेवर के यीस्ट की कुछ दौड़ शामिल हैं।

जैसा कि ज्ञात है, ग्लूकोज से अल्कोहल किण्वन की प्रक्रिया में, दो मुख्य उत्पाद बनते हैं - इथेनॉल और कार्बन डाइऑक्साइड, साथ ही मध्यवर्ती माध्यमिक उत्पाद: ग्लिसरॉल, स्यूसिनिक, एसिटिक और पाइरुविक एसिड, एसिटालडिहाइड, 2,3-ब्यूटिलीन ग्लाइकॉल, एसीटोइन , एस्टर और फ़्यूज़ल तेल (आइसोमाइल, आइसोप्रोपिल, ब्यूटाइल और अन्य अल्कोहल)।

अलग-अलग शर्करा का किण्वन एक निश्चित क्रम में होता है, जो खमीर कोशिका में उनके प्रसार की दर के कारण होता है। ग्लूकोज और फ्रुक्टोज खमीर द्वारा सबसे तेजी से किण्वित होते हैं। सुक्रोज, जैसे, खमीर एंजाइम बी - फ्रुक्टोफुरानोसिडेज की क्रिया के तहत किण्वन की शुरुआत में माध्यम में गायब हो जाता है (इनवर्ट्स), ग्लूकोज और फ्रुक्टोज के गठन के साथ, जो आसानी से सेल द्वारा उपयोग किया जाता है। जब माध्यम में कोई ग्लूकोज और फ्रुक्टोज नहीं बचा है, तो खमीर माल्टोज का सेवन करता है।

खमीर में चीनी की बहुत अधिक सांद्रता को किण्वित करने की क्षमता होती है - 60% तक, वे शराब की उच्च सांद्रता को भी सहन करते हैं - 14-16 वॉल्यूम तक। %.

ऑक्सीजन की उपस्थिति में, अल्कोहलिक किण्वन बंद हो जाता है और खमीर ऑक्सीजन श्वसन से ऊर्जा प्राप्त करता है:

सी 6 एच 12 ओ 6 + 6ओ 2 ® 6सीओ 2 + 6एच 2 ओ + 2824 केजे

चूंकि प्रक्रिया किण्वन प्रक्रिया (118 kJ) की तुलना में अधिक ऊर्जावान रूप से समृद्ध है, इसलिए खमीर चीनी को अधिक किफायती रूप से खर्च करता है। वायुमंडलीय ऑक्सीजन के प्रभाव में किण्वन की समाप्ति को पाश्चर प्रभाव कहा जाता है।

अल्कोहल उत्पादन में, प्रजाति एस सेरेविसिया के शीर्ष खमीर का उपयोग किया जाता है, जिसमें उच्चतम किण्वन ऊर्जा होती है, अधिकतम अल्कोहल और किण्वित मोनो- और डिसाकार्इड्स, साथ ही डेक्सट्रिन का हिस्सा होता है।

बेकर के खमीर में, अच्छी उठाने की शक्ति और भंडारण स्थिरता के साथ तेजी से बढ़ने वाली दौड़ को महत्व दिया जाता है।

शराब बनाने में, नीचे-किण्वन खमीर का उपयोग किया जाता है, जो अपेक्षाकृत कम तापमान के अनुकूल होता है। उन्हें सूक्ष्मजीवविज्ञानी रूप से साफ होना चाहिए, उनमें फ्लोक्यूलेट करने की क्षमता होनी चाहिए, जल्दी से किण्वक के नीचे बसना चाहिए। किण्वन तापमान 6-8 0 .

वाइनमेकिंग में, यीस्ट को महत्व दिया जाता है, जो तेजी से गुणा करते हैं, अन्य प्रकार के यीस्ट और सूक्ष्मजीवों को दबाने और वाइन को एक उपयुक्त गुलदस्ता देने की क्षमता रखते हैं। वाइनमेकिंग में इस्तेमाल होने वाले यीस्ट हैं एस विनी और किण्वित ग्लूकोज, फ्रुक्टोज, सुक्रोज और माल्टोज सख्ती से। वाइनमेकिंग में, लगभग सभी उत्पादन खमीर संस्कृतियों को विभिन्न क्षेत्रों में युवा वाइन से अलग किया जाता है।

जाइगोमाइसेट्स- मोल्ड कवक, वे एंजाइम उत्पादक के रूप में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। जीनस एस्परगिलस के कवक एमाइलोलिटिक, पेक्टोलिटिक और अन्य एंजाइमों का उत्पादन करते हैं, जिनका उपयोग अल्कोहल उद्योग में स्टार्च सैक्रिफिकेशन के लिए माल्ट के बजाय, शराब बनाने में किया जाता है जब माल्ट को आंशिक रूप से अनमाल्टेड कच्चे माल द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है, आदि।

साइट्रिक एसिड के उत्पादन में, ए। नाइजर साइट्रेट किण्वन का प्रेरक एजेंट है, जो चीनी को साइट्रिक एसिड में परिवर्तित करता है।

खाद्य उद्योग में सूक्ष्मजीव दोहरी भूमिका निभाते हैं। एक ओर, ये सांस्कृतिक सूक्ष्मजीव हैं, दूसरी ओर, एक संक्रमण खाद्य उत्पादन में प्रवेश करता है, अर्थात। विदेशी (जंगली) सूक्ष्मजीव। जंगली सूक्ष्मजीव प्रकृति में आम हैं (बेरीज, फल, हवा, पानी, मिट्टी में) और पर्यावरण से उत्पादन में आते हैं।

खाद्य उद्यमों में सही स्वच्छता और स्वच्छ शासन का पालन करने के लिए कीटाणुशोधन विदेशी सूक्ष्मजीवों के विकास को नष्ट करने और दबाने का एक प्रभावी तरीका है।

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