В кінці ХІХ століття завдяки працям Пастера були створені умови для подальшого розвитку прикладної (технічної) мікробіології та біотехнології. Пастер встановив, що мікроби відіграють ключову роль в процесах бродіння і показав, що у створенні окремих продуктів приймають участь різні їх види. Його дослідження послужили основою розвитку в кінці ХІХ початку ХХ століття бродильного виробництва органічних розчинників (ацетону, етанолу, бутанолу, ізопропанолу) та інших хімічних речовин, де використовувались різні види мікроорганізмів. У всіх цих процесах мікроби у безкисневому середовищі здійснюють перетворення вуглеводів рослин у цінні продукти.

Продукти біотехнології

В наш час за допомогою мікроорганізмів здійснюється переробка побутових і технологічних стоків. Мікробіологічний процес протікає в анаеробних умовах в результаті якого утворюється біогаз, який складається з метану і СО2. Така переробка енергетично високоефективна, так як дозволяє зберігати і концентрувати енергію, яка вміщується у різних компонентах стоків (з часом регенерується більш 80% вільної енергії).

Мікробіологічна переробка стоків і побутових відходів для одержання біогазу широко використовується у Китаї та Індії. Біогаз можна одержувати із гною, який після переробки використовується як органічне добриво.

Продуктом біотехнології є також білкововітамінний концентрат (БВК). Цей продукт складається в основному із клітин мікроорганізмів. Виробництво його пов'язане із великомасштабним вирощуванням відповідних мікроорганізмів, які збирають і переробляють у харчові продукти. В основі одержання БВК лежить технологія ферментації – гілка бродильної промисловості і виробництва антибіотиків. Для того, щоб більш повніше переробляти субстрат у біомасу мікробів потрібен багатосторонній підхід.

Вирощування мікробів у харчових цілях викликає інтерес з двох причин. По-перше, вони ростуть дещо швидше ніж рослини чи тварини, час подвоєння їх чисельності вимірюється годинами. Це скорочує строки виробництва необхідної кількості їжі. По-друге, залежно від вирощуємих мікроорганізмів субстратом можуть використовуватись різні види сировини. Можна переробляти низькоякісні відходи або продукти, які вміщують легкодоступні вуглеводи і одержувати за рахунок їх мікробну біомасу, яка вміщує високоякісний білок.

Ще одним продуктом біотехнології є грибний білок (мікопротеїн) – це харчовий продукт, який складається в основному із міцелія гриба. При йогo виробництві використовується штам Fusarium graminearum, виділений із ґрунту. Якщо зіставити виробництво мікропротеїну із процесом синтезу білків тварин, то можна виявити ряд його переваг.

Деякі нові напрямки, що розвиваються на основі біотехнології і продукти, які одержують за її допомогою

Галузь | Продукти

Сільське господарство | Одержання нових штамів, нових методів селекції рослин і тварин (включаючи клонування).

Виробництво хімічних речовин | Одержання органічних кислот (лимонна, ітаконова), використання ферментів у складі миючих речовин.

Енергетика | Збільшення використання біогазу, великомасштабне виробництво етанолу та рідкого палива.

Контроль за станом оточуючого середовища | Покращення методів тестування і моніторингу, прогнозування перетворення ксенобіотиків завдяки більш глибокому розумінню біохімії мікроорганізмів, удосконалення методів переробки відходів, особливо промислових.

Харчова промисловість | Створення нових методів переробки і зберігання харчових продуктів, одержання харчових добавок, використання білку, який синтезується одноклітинними організмами і ферментів при переробці харчової сировини.

Матеріалознавство | Вилугування руд, подальше вивчення і контроль біорозкладу.

Медицина | Застосування ферментів для удосконалення діагностики, створення датчиків на основі ферментів, використання мікроорганізмів та ферментів при виробництві складних ліків (наприклад, стероідів), синтез нових антибіотиків, застосування ферментів у терапії.

Крім більшої швидкості росту, перетворення субстрату у білок проходить ефективніше ніж при засвоєнні їжі тваринами. Не зайвим також нагадати, що корми для тварин повинні вміщувати деяку кількість білку (до 15-20%), залежно від виду тварин і способу їх утримання. Середній склад мікропротеїну та порівняння його із складом яловичини.

За допомогою біотехнології і, в першу чергу, за рахунок використання різних мікроорганізмів, ми одержуємо їстівні добавки та інгредієнти, в тому числі:

1. Лимонну кислоту. Раніше її отримували з лимонів, тепер – за допомогою грибу Aspergilius niger шляхом збродження патоки та гідролізати, які вміщують глюкозу.

2. Амінокислоти. Сьогодні їх виробляється більше 200 тис. тон за рік. Їх використовують головним чином як добавки до кормів і харчових продуктів.

Середній склад мікопротеїну та порівняння його із складом яловичини

Компоненти | Склад, % на суху вагу

мікопротеїни | простий сирий біфштекс

Білки

Жири

Їстівні волокна

Вуглеводи

Зола

Рибонуклеїнова кислота | 47

14

25

10

3

1 | 68

30

сліди

0

2

сліди

Основну частину амінокислот одержують методом ферментації. Головним продуктом ферментації є глутамінова кислота (продуцент Corynebacterium glutamicum) та лізин (Bacillus flavum).

3. Вітаміни – B-каротин, рибофлавін.

4. Підсилюючі смаку. Головним є натрієва сіль глутамінової кислоти. ЇЇ одержують за допомогою Micrococcus glutamicus.

5. Жири й масла.

6. Рослинні клеї.

7. Консервація фруктів та овочів.

При цьому слід зауважити, що затрати на організацію багатотоннажних біотехнологічних виробництв дуже великі і під силу тільки багатим фірмам. Головна перевага нових технологій полягає у тому, що вихід продукції із ферментеру чи біореактору набагато вищий ніж від рослин чи тварин тому виробництво предметів вжитку таким чином завжди є більш вигідним.

Деякі з нових направлень, таких як генетична інженерія, яка здатна перетворити людину на творця світу й захопила уявлення багатьох вчених і викликала велику їх зацікавленість. Передача генетичного матеріалу різними організмами, такими як бактерії, рослини, тварини і людина породила великі надії, причому деякі з них стали реальністю. Наприклад, одержання людського інсуліну за допомогою бактерій.

Першим великим досягненням біотехнології в галузі сільського господарства є зелена революція – це дослідження селекції високоврожайних сортів зернових. Завдяки чому Індія, Бангладеш та