Seminarski rad

1. GAJENJE MIKROORGANIZAMA U
INDUSTRIJSKOJ PROIZVODNJI
Seminarski rad iz predmeta Industrijska
mikrobiologija
Pripremile: Kadrić Melisa
Mujkić Amina

2.  Mikroorganizmi se koriste od davnina.
 Proizvodni mikroorganizmi
 Velika količina enzima
 Velike metaboličke aktivnosti
 Brzo razmnožavanje
 Naučna osnova za iskorištavanje
mikroorganizama dobivena je u 20 vijeku.
20 vijek - Razrađeni su tehnološki
postupci za dobivanje brojnih
proizvoda mikrobiološkim putem.
Tokom razmnožavanja može se mjeriti gustina
populacije, dobivaju se
vrijednosti koje u zavisnosti od vremena formiraju
karakterističnu krivu
rasta populacije.

3.  Prema brzini porasta i množenja MO na krivoj se mogu
razlikovati:
 Lag faza,
 Logaritamska ili eksponencijalna, faza,
 Stacionarna faza,
 Faza izumiranja.

4. LAG FAZA
 (eng. lag = zaostajanje)
 Ovo je faza mirovanja ili početna faza.
 Kada se nađu u novoj svježoj hranjivoj sredini
mikroorganizmi se počinju prilagođavati
izmjenjenim fizičko-hemijskim uslovima.
 U ovoj fazi nema razmnožavanja- samo
uvećavanje ćelija.

5. LOG FAZA
(EKSPONENCIJALNA)
 Mikroorganizmi se razmnožavaju geometrijskom
progresijom.
 Kada su okolišni uslovi prikladni, počinje dijeljenje
ćelija, a potom ubrzanje rasta.
 Ova je faza od posebnog značaja za industrijsku
proizvodnju, jer se u njoj stvara najveći broj
proizvoda metabolizma.

6. STACIONARNA FAZA RASTA
 U ovoj fazi isti broj mikroorganizama nastaje i nestaje.
 (isti je broj živih i mrtvih ćelija).
 Ugibanjem velikog broja ćelija oslobađaju se hranjive materije koje
služe kao hrana ćelijama koje i dalje rastu i razmnožavaju se.
 Zato krivulja rasta nakon stacionarne faze i ne pada naglo. U ovoj
fazi su mikroorganizmi manje osjetljivi na dejstvo spoljnih činilaca.
 Neki mikroorganizmi npr. mogu formirati spore i tako
produžavati ovu fazu.
 U ovoj fazi dolazi do stvaranja vrlo značajnih proizvoda
metabolizma određenih mikroorganizama kao što su npr. vitamini,
enzimi i antibiotici.

7. FAZA ODUMIRANJA
 Odumire veći broj mikroorganizama nego što nastaje.
 Poslije stacionarne faze životna sposobnost mikroorganizama
opada, jer je došlo do pogoršanja uslova sredine, koja je
pretrpjela znatne fizičko-hemijske izmjene.
 Brzina odumiranja populacije također zavisi od djelovanja
spoljašnjih činilaca i svojstava samih mikroorganizama.
 Vremenom cijela populacija odumire, što može trajati
nekoliko dana (asporogene bakterije mliječne kiseline), više
godina (sporogene bakterije).

9.  Osnovne vrijednosti tokom gajenja MO su:
1.BRZINA PORASTA
2.GENERACIJSKO VRIJEME.
 Ove vrijednosti se mogu i matematički izraziti.

10.  Npr. RAST BIOMASE
 A=2^n x a (ćelija)
 B=2^n x b (g)
 A=broj ćelija
 B=težina biomase
 a=broj ćelija na početku određivanja
 b=težina biomase na početku određivanja
 N= broj dijeljenja ćelija za vrijeme t
 T=n/t Srednje generaciono vrijeme svih MO u kulturi.

11. Sf= (g) šećera / (g) biomasa na čas
 Sf predstavlja količnik između količine potrošenog šećera i
prisutne biomase u toku jednog časa.
 Sf se može smanjivati jer se mijenja koncentracija proizvoda.
 na koji način hraniti populaciju
 maximalna moć razmnožavanja MO

12.  Industrijski soj mora biti:
 Čista kultura
 Ne smije biti patogen ( vakcina )
 Mora biti prilagođen uslovima tehnoloških
procesa

13. INDUSTRIJSKE PODLOGE
 Voda
- Enzimske reakcije
 Ugljikohidrati
- energija
Najčešći izvori ugljikohidrata u industrijskim podlogama su:
Škrob, saharoza, glukoza, melasa, žitarice, brašno,
metan, fenol, krezoli, mliječne kiseline, etanol ..)
 Azot
Izvori: peptidi, amonijak, urea, žitne mekinje ...

14. SIROVINE
 Za industriju vrenja i gajenja MO koriste se sirovine koje sadrže
šećere i polisaharide koji se hidrolizom prevode u šećer.
 Najvažnija sirovina koja se kod nas koristi je MELASA.
 MELASA je sirup koji se dobiva pri proizvodnji šećera iz koga se
ne može dobiti na ekonomičan način kristalni šećer. Sadrži saharozu
50% , ukupan sadržaj azota kreće se od 1,5-2,2%.
 Melasa sadrži i biotike: Aneurin (B1), Riboflavin (B2), Biotin (B7)
i najviše Inozitola (B8). Mineralnih soli sadrži između 7-9 %.
 Kao hranljivi supstrat odgovara za razvitak MO i kao sirovina za
dobivanje alkohola, kvasca, stočne hrane ...
 Veći % šećera sprečava razvitak MO.
 NEDOSTATAK – nije poznata tačna koncentracija sastava

15.  HIDROL – sirup koji otpada pri kristalizaciji glukoze.
 Sadrži glukozu koja lako previre dekstrine ( to je
polisaharid) koje ne može svaki MO da iskoristi.
 U praksi se može koristiti i sok od šećerne repe, sulfitni
lug koji nastaje kao otpadak pri proizvodnji celuloze ...

16.  Od ostalih sirovina treba
spomenuti žitarice npr. ječam
za proizvodnju piva, kukuruz
za proizvodnju alkohola,
krompir, otpaci od drveta
(celuloza i hemiceluloza).
 Ovi proizvodi se mogu
hidrolizom prevesti u šećer.

17.  U praksi se za proizvodnju pojedinih jedinjenja
mikrobiološkog porijekla koriste i SINTETIČKE
PODLOGE koje su hemijski definisane.
 Takve podloge su skupe.
 Od pomoćnih sirovina najčešće se koriste (NH4)SO4, H2SO4,
HCL a od pomoćnih materijala se koriste najčešće formalin i
hlorni kreč.
 Kao sirovine mogu se također koristiti masti i ulja, zatim
ketokiseline, hidroksikiseline i aminokiseline.

18.  Najčešće se kombinacijom manjeg ili većeg broja različitih
sirovina mogu dobiti hranjive podloge koje zadovoljavaju
potrebe pojedinih mikroorganizama.
 Pošto praktično ne postoje sirovine koje sadrže sve supstance
koje moraju ući u sastav pojedinih hranjivih podloga, njihova
podjela se najčešće vrši prema supstanci koja je dominantna u
sastavu sirovina.
 Na taj način sirovine se dijele na:
1. Izvori pojedinih biogenih elemenata (C,H,O,P);
2. Izvori mineralnih materija (oligo i mikroelemenata);
3. Izvore vitamina i drugih faktora rasta.

19. Sistemi gajenja MO u
industriji
 U industriji se danas primjenjuju dva sistema
gajenja mikroorganizama:
1. Prekidni, statični (šaržni) ili diskontinuirani
sistem
2. Neprekidni, kontinuirani (dinamički) sistem

20. Prekidni ili diskontinuirani sistem gajenja
mikroorganizama
 Dodaje se cijela količina sterilne hranljive podloge. Stavlja se u
fermentor i inokuliše sa proizvodnim MO. Rast i sinteza produkata
odvija se dok se hranljiva podloga ne potroši i dok se ne poveća
sadržaj metabolita.
 Proces je dinamičan, ali traje kratko vrijeme. U praksi se prekidni
proces odvija na taj način što se mikroorganizmi unose u hranjivu
sredinu i čeka da dođe do transformacije npr. Šećera.
 Kod proizvodnje piva sa kulturom Saccharomyces cerevisiae šećer
se transformiše u etanol i CO2. Pri tome kvasac se može ponovo
koristiti ili ide za stočnu hranu.

21. Neprekidni ili kontinuirani sistem
gajenja mikroorganizama
 Pri ovom sistemu gajenja kultura mikroorganizama može se održavati u eksponencijalnoj fazi tokom
njenog porasta u ustaljenim konstantnim uslovima.
 Karakteristično za ovaj sistem gajenja je da u sud za gajenje pritiče svježa hranjiva podloga, a u
procesu metabolizma izmijenjena podloga sa dijelom mikroorganizama istom brzinom ističe.
 U fermentor se dodaje određena količina hranljive podloge uz istovremeno odvođene već
fermentirane podloge. Ovaj način je bolji i jeftiniji.
Kontinuirani sistemi za gajenje mogu se podijeliti u dvije grupe:
*Prema toku fermentacionih procesa
*Prema tipu operacija
 Homokontinualni:
- - višesudovni
- - jednosudovni
- - višesudovni sa vraćanjem biomase
 Heterokontinualni

22. APARATI ZA GAJENJE MO
 Ako se želi da se populacija mikroorganizama neprekidno razmnožava, onda se
moraju obezbijediti uslovi prema zahtjevima populacije mikroorganizama.
Za to se koriste različiti sudovi - aparati u kojima su obezbijeđeni fizičko-hemijski uslovi
izolovani od utjecaja spoljašnje sredine i na taj način kontrolisani od čovjeka.
Danas postoje brojni laboratorijski aparati za gajenje
mikroorganizama, npr.
- tresilice ili mućkalice (šejker),
- laboratorijski fermentori- bioreaktori (različiti tipovi) i dr.
 U industriji se koriste aparati za gajenje mikroorganizama različite konstrukcije i
obima.

23. Reaktor sa
mješalicom
Reaktor sa
komorama
Visokoefektivni reaktor
sa mješalicom
Enzimski reaktorBioreaktor sa mlaznicama

24.  U sklopu sudova - bioreaktora za gajenje mikroorganizama, su
ugrađeni najneophodniji sistemi koji obezbijeđuju nesmetano
odvijanje fermentacionih procesa:
- sterilizacija i ubacivanje hranjive podloge
- Zasijavanje - inokulacija,
- miješanje hranjive podloge,
- produvavanje sterilnim vazduhom,
- sistem za održavanje temperature i dr.
Kod gajenja aerobnih mikroorganizama od posebnog je interesa
snabdijevanje mikroorganizama sa kiseonikom.

26. SNADBIJEVANJE KULTURE
SA KISEONIKOM
 AERIRANJE
Kultura u epruveti snadbjeva se sa kiseonikom kroz vatreni
zapušač, gdje vazduh difunduje kroz zapušač uslijed koncentracija.
Takav postupak snadbijevanja kiseonikom MO ne može se koristiti u industriji.
U industrijskoj proizvodnji mora se vršiti produvcavanje vazduha.
Poznato je da u sastav vazduha ulazi 4/5 azota i 1/5 kisika. I azot i kiseonik difunduju u tečnost.
Prisustvo azota za kulturu nije značajno, već samo kiseonik.
Mjehur vazduha koji prolazi kroz tečnost i izlazi napolje na graničnoj površini mjehura prema vodi
formira se sloj molekula vode drugačijeg energetskog stanja od onih u unutrašnjosti.
Dolazi do formiranja povšinskog napona, kisenik ruši taj granični sloj i prelazi u tečnost. Kiseonik iz
mjehura izlazi difuzijom.

27.  RASPODJELJIVAČI VAZDUHA
 Oni mogu biti pokretni i nepokretni. Nepokretni se sastoje iz
cijevi koje dovode vazduh a ovaj dalje izlazi kroz veći broj
otvora.
 Cijevi se postavljaju što niže bliže dnu suda, ravnomjerno
raspoređene sa otvorima 0,2 mm.
 Obično može biti jedna glavna centralna cijev a od nje polazi
veći broj radijalno raspoređenih cijevi sa otvorima. Ovakav
način snadbijevanja vazduhom je nedovoljno efikasan, jer su
otvori relativno veliki pa je i potrosnja vazduha velika.
 S druge strane u industriji je teško kosristiti raspodjeljivače sa
malim otovrima, jer su skupi i brzo se zapušavaju. Zbg toga
se u industriji koriste pokretni obrtni raspodjeljivači.

28.  POKRETNI OBRTNI RASPODJELJIVAČI
Raspodjeljivači kod kojih je količina stvorene biomase najveća u odnosu na
potrošnju vazduha, mogu se smatrati boljim raspodjeljivačima.
Npr. Vogelbuschov raspodjeljivač, koristi se u proizvodnji pekarskog
kvasca, okreće se 60 obrtaja u minuti.
Pri kretanju raspodjeljivača truba vazduha se siječe na polčice vazduha i
uslijed površinskog napona one se spajaju u mjehur.
Ušteda potršnje vazduha je za oko 60 % .
Svi aparati za aerobno gajenje MO sastoje se i iz uređaja za sterilizaciju
vazduha.

29.  STERILIZACIJA VAZDUHA
 Sterilizacija vazduha se može izvoditi: zagrijavanjem i filtriranjem.
 Šreder i Duš pokazali su da se vazduh može sterilisati provođenjem kroz
sterilnu vatu i na snovu toga se razvila potreba za zapušačima od vate.
 Sterilizacija vazduha se može vršiti propuštanjem kroz sterilisani
granulisani aktivni ugalj. Ugalj se postavlja između metalnih mreža.
 Pri provođenju vazduha ugalj se steriliše pregrijanom vodenom parom
(150 ° C ) bez kiseonika da ugalj ne bi sagorio.

30. PRIPREMANJE I STERILIZACIJA
PODLOGE
 Posle rastvaranja pojedinih jedinjenja vrši
se miješanje i sterilisanje u sudu za
sterilizaciju ili u samom sudu za gajenje –
FERMENTORU.
 Uređaji za pripremanje hranljive podloge
treba da ima: vagu za mjerenje sastojaka
podloge, sudove za hranljiva jedinjenja,
sudove za baze i kiseline za regulisanje pH,
za određivanje specifične mase,
kvantitativno određivanje pojedinih
sastojaka i dr.
 Svaka sirovina za gajenje MO prvo se
koriguje u pogledu njenog sastava. Izvrši
se njena analiza.
 Rastvor se centrifugira radi odvajanja od
nerastvorenih jedinjenja a zatim izvodi
sterilizacija.
 Pri izvodjenu procesa vodi se računa o
mogućnostima hemijskih reakcija koje se
dešavaju na viskim temperaturama.
Aminokiseline mogu reagovati sa
redukujućim šećerima, gdje se amino
grupe vezuju sa aldehidnom grupom.
 Ovako nastalo jedinjenje na visokoj
temperaturi raspada se na odgovarajuće
aldehide koji zagrijavanjem daju
melanoide, koji mogu da koče
razmnožavanje nekih MO.
 Zbog toga je potrebno izvesti
sterilizaciju za što kraće vrijeme pri nižoj
temperaturi. Za ove svrhe se koriste
brzostrujni izmjenjivači toplote.

31. OKSIDOREDUKCIJE MIKROORGANIZAMA U
INDUSTRIJSKOJ PROIZVODNJI-VARENJA
 Ova oblast obuhvata mikrobiološke procesekoji dovode
do stvaranja proizvoda za potrebe čovjeka, životinja i
biljaka.
 U procesima odvijanja oksidoredukcionih reakcija UH
dolazi do stvaranja alkohola, ketona i drugih organskih
kiselina kao glavnih proizvoda.
 Razgradnjom organskih metabolita u živim ćelijama
oslobađa se neophdna količina energije za potrebe tih ćelija,
kao i prelazni materijalni proizvodi za stvaranje organskih
jedinjenja u njima.
 Ti procesi poznati su pod imenom biološke oksidacije, koje
se odlikuju oksidoredukcionim reakcijama.
 Pored UH metaboliti mogu biti i druga jedinjenja, kao što
su aminokiseline čijom se transformacijom oslobađa veća
količina energije.
 Procesi se odvijaju u bioreaktorima.
 Za odvijanje procesa koriste se odabrani sojevi za MO u
obliku čistih- starter kultura, koji treba da stvore što
veću kličinu proizvoda, i što boljeg kvaliteta
 Poznato je da se oksidacije mogu
odvijati i van živih organizama.
 Međutim, ovde se oksidacije
odigravaju u protoplazmi živih ćelija i
zato se nazivaju biolškim
oksidacijama.

32. HVALA NA PAŽNJI