Microbiologia Industrială

Microbiologia industriala (tehnica) reprezinta un compartiment al biotehnologiei care are ca scop obtinerea pe cale industriala a diferitor produse necesare, cu participarea nemijlocita a diferitor microorganisme.

Utilizarea microorganismelor în calitate de obiecte de studiu are urmatoarele avantaje:

– repartizarea variata a microorganismelor (bacteriile, actinomicetele (ciupercile radiare), levurile, mucegaiurile, virusurile pot fi întâlnite în sol, apa, aer; la o adâncime de 11 300 m si la o înaltime de 85 km; la o temperatura de la -70ºC la +90 (110ºC); în solutii ce contin 35% NaCl, ceea ce permite cultivarea microorganismelor în cele mai diverse conditii);

– dimensiunile microorganismelor (diametrul bacteriilor în mediu atinge 1-2¼ (1 ¼=10-3mm), lungimea – 5-500 ¼, iar masa unui gram este echivalenta cu masa a 100 miliarde de bacterii, ceea ce permite cultivarea microorganismelor în bioreactoare speciale în cantitati foarte mari);

– structura microorganismelor (dupa structura aparatului ereditar, microorganismele se caracterizeaza printr-o diversitate mare (organisme procariote – bacteriile, actinomicetele, algele albastre si eucariote – levurile, mucegaiurile, algele microscopice), ceea ce permite obtinerea rapida a noilor suse superproducente de microorganisme);

– viteza de multiplicare a microorganismelor (colibacilul (Escherichia coli) se divide la fiecare 15-20 min, levurile (Saccharomyces cerevisiae) – 1-1,5 ore, ceea ce permite obtinerea unei biomase considerabile într-o perioada limitata de timp);

– diversitatea cailor metabolice (microorganismele pot fi autotrofe (utilizeaza pentru sinteza substantelor organice substante neorganice (CO2, H2S, NH3 etc.); pe contul energiei solare (fotoautotrofe) sau a energiei reactiilor chimice (chemoautotrofe)) si heterotrofe (utilizeaza substante organice gata sintetizate (saprofiti - resturi vegetale ori animale sau paraziti - traiesc pe contul altor organisme)). Datorita acestei proprietati a microorganismelor, în calitate de substrat nutritiv se utilizeaza o gama larga de substante (poliozide, petrol, resturi de la prelucrarea lemnului, amestecuri de gaze etc.).

Din peste 100 000 de specii de microorganisme de tip procariot si eucariot, cunoscute în prezent, omul utilizeaza pentru producerea substantelor utile doar câteva sute de specii.

În tabelul 1 sunt oglindite principalele grupe de microorganisme utilizate pentru obtinerea substantelor utile.

Pentru obtinerea microbiologica a produselor utile sunt folosite diferite culturi de microorganisme, diverse substraturi, variate medii nutritive (solide, lichide, semilichide) si metode de cultivare (culturi în suspensie, culturi de protoplasti, culturi în flux continuu etc.).

Schema de obtinere a produselor microbiologice este universala si contine urmatoarele etape:

1) alegerea producentului (cu o productivitate si rezistenta înalta);

2) alegerea mediului nutritiv (accesibilitatea, eficacitatea);

3) elaborarea regimului de cultivare (realizarea potentialului biosintetic al producentului în/pe substratul ales);

4) prelucrarea si obtinerea produsului (separarea, concentrarea, centrifugarea, leofilizarea, purificarea).

Biopreparatele microbiologice pot fi grupate în:

1) biopreparate ce au la baza microorganisme vii (bioinsecticidele, îngrasamintele bacteriene);

2) biopreparate ce au la baza biomasa inactivata a celulelor microbiene (proteina furajera);

3) biopreparate obtinute în baza produselor metabolice ale microorganismelor (vitamine, aminoacizi, enzime, antibiotice, poliozide etc.).

Tabelul 1

Obtinerea de produse utile din microorganisme

Grupa de microorganisme Specia Produse obtinute

Bacterii

a) arhibacterii

b) eubacterii Methylophilus methylotrophus

Acetobacter sp.

Lactobacillus bulgaricus

Propionibacterium sp.

Streptococcus sp. si Lactobacillus sp.

Pseudomonas denitrificans

Leuconostoc mesenteroides si Xanthomonas campestris

Clostridium acetobutyricum

Bacillus sp. si Citophaga sp.

Corynebacterium glutamicum

Srteptomyces sp.

Bacillus brevis

Bacillus thuringiensis

Escherichia coli

Azotobacter chroococcum si Rizobium sp. proteine monocelulare din metan sau metanol

otet

iaurt

cascaval

produse lactate

vitamina B12

polizaharide (dextrani, xantani)

acetona si butanol

enzime celulozolitice

aminoacizi (lizina, acidul glutamic)

antibiotice (streptomicina, tetracicline)

antibiotice (gramicidina C)

bioinsecticide (turinghina, dendrobacilina)

hormoni (insulina, somatostatina), interferon

îngrasaminte bacteriene

(azotobacterina, nitragina)

Drojdii Saccharomyces cerevisiae

Sac. carlsbergensis

Candida utilis

Eremothecium ashbyii pâine, vin, etanol

bere usoara

proteine monocelulare din petrol

vitamina B2

Mucegaiuri Aspergillus sp.

Trichoderma reesii

Aspergillus niger

Penicillium chrysogenum

Bauveria sp.

Penicillum roquefortii

Penicillum camambertii enzime (pectinaze, proteaza)

enzime (celulaza)

acizi organici (citric, gluconic)

antibiotice (penicilina)

bioinsecticide (boverina)

brânza de tip Roquefort

brânza de tip Camambert

Alge microscopice Spirulina sp.

Chlorella sp.

Scendesmus sp. proteine monocelulare, carotina, glicerina, pigmenti

Studiile recente accentueaza ca pentru alimentatia umana normala necesarul de proteine furajere este de circa 500 milioane tone anual. În prezent însa productia mondiala de proteine furajere de origine vegetala sau animala nu depaseste 75 milioane tone pe an. Din acest motiv, este necesara utilizarea noilor surse de proteina, semiconventionale (extracte de soia, concentrate de peste) si neconventionale (proteinele furnizate de bacterii, drojdii, mucegaiuri, alge).

Folosirea microorganismelor la producerea proteinei furajere ofera numeroase avantaje:

– au un continut ridicat de proteina (30-70%);

– accesibilitate înalta (circa 80%);

– au un continut ridicat de aminoacizi esentiali (o tona de proteina din drojdii contine 41-42 kg de lizina (o tona de ovaz – de 10 ori mai putin), 65-100 kg de acid glutamic (o tona de ovaz – de 2-5 ori mai putin));

– au un continut ridicat de vitamine (o tona de proteina din drojdii contine de 5-10 ori mai multa vitamina B3 (acidul pantotenic), de 2-6 ori mai multa – vitamina B4 (holina), de 20-40 ori mai multa – vitamina B2 (riboflavina) decât o tona de ovaz, mazare sau soia);