Технологиялық процеске әсер етуші факторлар

Ашытқының көбею жылдамдығын, сондай-ақ бактерия түзуші нитридтер кідіреді, нитритдерде нитрадтардың қайта құрылуы 0,004% бастапқы ашытқылар үшін у болып табылады.

Ашытқы өндірісіндегі құрал – жабдықтарды және құбырларды дезинфекциялау үшін формалин қолданылады. 0,001 % формалин концентрациясы ашытқылардың өсуін тоқтатады. Ал 0,09 % көлемде ортада құрылғанда жасушалардың орташа өмір сүргіштігі қосылады.

Антибиотиктер, мысалы биомецин мен пенициллин, ашытқы жасушасының активтілігін ортаның 100 мл 50-100 мкм концентрациясын қосқанда төмендетеді.

Ортадағы қанттың концентрациясы мелассаны қосумен сипатталады, ол қою мелассаның массасына ортадағы культураның көлеміне қатынасымен анықталады, ашытқыны өсіру аппаратында өңдейді. Қазіргі таңда көптеген шетел және отандық заводтарда ашытқыларды Кр=8-10 болған жағдайда өсіреді, культуралды ортада қанттың концентрациясы 5-6 % құрайды.

Оттегі қиын еритін газдарға жатады. Орташа қысымда және 30⁰С температурада 1 литр суда 7,52 мл оттегі ериді.

Культуралды ортаны жасушамен аэрирлеу процесін система түрінде көрсетуге болады, ол екі бөлімнен тұрады және қозғалмалы тепе-теңдікте болады:

1. 
   Сұйықтағы оттегінің еруі - К_v ұзындығымен сипатталады.
   
2. 
   К_r ұзындығымен сипатталады.
   

С₄ – қанттың ерітілген оттегінің концентрациясы, м Моль/л;

Kl – сұйықтықтағы коэффициентінің ауысуына пропорциональды константы.

а – газ - сұйықтықтың жоғарғы бөлігінің ауаны, см².

Культуральды ортада оттегінің еру жылдамдығы ашытқыда оны қолдану жылдамдығынан аз болмауы керек. Тек осы жағдайда ғана өсуі орташа жүруі мүмкін.

Егер ашытқылардың өсу жылдамдығы мөлшерлі болса, онда биомассаның жиналу процесімен сипатталады, экономикалық жағынан сипаттамасы ретінде шикізатты қолдану коэффициенті болып табылады немесе ашытқыдағы биомассаның шығуымен сипатталады, % бойынша ашытқылардың шығуын төмендегі формуламен есептейді;
В=Д*100/М
Мұнда: М – шығындалған шикізаттың мөлшері, кг.

Д – ашытқылардың алынған мөлшері, кг.

Тәжірибе барысында ашытқының шығу құрамында 46 % қант бар мелассаға қатынасымен (М₄₆) есептейді, негізгі көңіл аударғаны СВ құрамының есебімен және ашытқылар болып табылады.

Шетелдерде ашытқының шығу құрамында 50% қант (М₅₀) бар мелассаға қатынасымен есептейді.

Осыған байланысты отандық зауыттардағы ашытқылардың шығу мөлшері төмен, шетел өндірістерінде жоғары болады, сонымен бірге алынған ашытқының мөлшері және жұмсалған мелассалары бірдей болған жағдайының өзінде шетелдеріне қарағанда төмен мөлшерде болады.

Ашытқы тіршілігіне қоршаған факторлары үнемі әсер етіп отырады. Олар температура, рН ортасы, құрғақ заттар концентрациясы, культруалды ортаның оттегімен қамтылуы, т.б. заттар.

Жоғарыда көрсетілген факторлар жасушаға қолайлы немесе қолайсыз әсер етуі мүмкін. Микроорганизмдерге әсер етуіне қарай факторлардың үш түрін ажыратады: минимальды, оптимальды, максимальды.

Микроорганизмдер тіршілігіндегі барлық процестер оптимальды факторлардың жағдайында жақсы жүреді. Егер қандайда бір фактор минимумнан төмен болса, организм дұрыс жетілмейді.

Температура жасушадағы зат алмасулар процесінің интенсивті өтуін анықтайды. Нан ашытқысындағы оптимальды температура 21-34⁰С. Қазіргі уақытта жаңа оптимальды температура алынды – 38⁰С температурасының оптимальды жағдайдан жоғарлауы алынатын өнімнің сапасын төмендетеді, ал төмендеуі ашытқының көбеюінің активтілігін төмендетеді.

Ортаның активті қышқылдығы рН орта. Ашытқылардың тіршілігіне рН орта айтарлықтай әсерін тигізеді. рН-тың көлеміне қоректік ортаға түсуі, ферменттердің активтілігі, витаминдердің түзілуі, ашытқы жасушаларының өсуі байланысты.

Нан ашытқысының жақсы өсуі рН-тың 4,5-5,5 мәнінде ие болады. Аппаратты жүктегенде және процестің бірінші кезеңінде рН ортаны 4,5-4,6 деңгейінде ұстау керек.

Құрғақ заттар концентарциясы. Ашытқылардың көбеюінің активтілігі қоректенуге, осмостық қысымға ба йланысты. Сахаромицет ашытқыларының жасушасының осмостық қысымы 0,8-0,12 МПа. Ол ашытқылардың концентрлігі жоғары ортасында жоғарылайды.

Культуралды ортаның аэрациясы. Кез – келген микроорганизмнің тіршілігінің тұрақты болуы үздіксіз түсіп отыратын энергияға байланысты. Оны ашытқы жасушасы ашу мен тыныс алу процесінен алады. Бұл процестер бір-бірімен байланысты. Ашытқы жасушаларындағы ферментация процесінің не ашу, не тыныс алу аймақтарына бағытталуы мүмкін.

Ферментациялық процесс интенсивті аэрациялау жағдайына биомасса жинауға бағытталады. Ортадағы еріген оттегінің жетіспеуінде тыныс алу процесімен бірге ашу процесі де жүреді. Онда ашытқылармен бірге спиртте жиналады. Ортада оттегі аз болған сайын ашытқы мен спирттің жиналуы азаяды.

Ашытқы өндірісіндегі жұмысшылардың мақсаты, тауарлы ашытқы өндіруді биомасса синтезіне бағыттап, спирт пайда болуын жою.

Химиялық заттар. Химиялық заттар ашытқыларға әртүрлі әсер етеді. Ол культуралды ортаның концентрациясына байланысты.

Культуралды ортаға химиялық заттар шикізатпен бірге (меласса, аммоний сульфаты, диаммонийфосфаты және т.б.), күкірт қышқылымен немесе залалсыздау аппараты жуу арқылы келеді. Оларға сульфидтер мен сульфаттар, фтор, мыс, нитриттер, фенолдар, пирокатехин және кейбір бейорганикалық заттар жатады.
1.1.6 Ашу процесі
Тотығу – тотықсыздану процесі ашу процесі деп атайды. Процестің жүру кезінде АИФ түзіледі. Ашу процесі кезінде сутегі доноры және акцептор қызметін ашу процесі нәтижесінде түзілетін органикалық қосылыстар атқарады.

Ашу процесінің қоздырғыштары – облигатты анаэробты микроорганизмдер. Ол тек қана анаэробты жағдайда жүреді. Ашу процесінің оттегінсіз жағдайда жүретін 1860 жылы Л. Пастер ашқан.

Әрбір ашу процесі екі кезеңнен тұрады. 1-кезеңінде глюкоза пирожүзім қышқылына айналады да, 2 молекула сутегі субстраттан бөлініп шығады.

С₆Н₁₂О₆ 2СН₃СОСООН + 2Н₂

Көмірсу пирожүзім сутегі

қышқылы
2-кезеңінде пирожүзім қышқылының сутегі тотықсыздандырады да спирт немесе қышқылдар түзіледі.

Бірінші жолы – Эмбден-Мейергоф-Парнас немесе фруктозадифосфат жолы. Оны гликолиз деп атайды. Бұлар бактерияда анаэробты облигатты және факультативті анаэробты организмдерде табылған.

Екінші жолы – пентозофосфат жолы. Ол көптеген прокориот және эукориот организмдерде кездеседі.

Үшінші жолы – Энтнер-Дудоров. Ол көбінесе аэробты бактериялардан табылды.

| |

| |

| |

| гексазокиназа

H – COH H – COH

| |

| |

глюкоза глюкоза 6-фосфат

2. Екінші реакция. Глюкоза 6-фосфат глюкофосфатизомераза ферментінің әсер етуімен фруктоза 6-фосфатқа айналады.

2. ОН H₂COH

| |

| |

HO – CH O глюкозофосфатизомедаза H – COH О

| |

H – COH H – C

H – C H₂C – C – O – PO₃H₂

| фруктоза 6-фосфат

H₂C – O – PO₃H₂

глюкоза 6- фосфат
3. Түзілген фруктоза 6-фосфаттың 1-ші көміртегі атомына фосфофруктокиназа ферменті әсерінен АҮФ-дан 2-ші фосфат тобына тасымалданады. Фруктоза – 1,6 екіфосфат түзіледі.
3. Н₂СОН H₂C – O – РО₃H₂

| |

| |

H – CОH O фотофруктокиназа H – COH О

| |

H – C H – C

H₂C H₂C – C – O – PO₃H₂

фруктоза 6- фосфат фруктоза 1,6-фосфат

4. Фруктоза 1,6 екі фосфат альдозала ферменті арқылы үш көміртекті қантқа бөлінеді (үш фосфоглицерин альдегидке және екі оксиацетон фосфатқа):

|

C – OH H₂C – O – PO₃H₂ HC = O

HO – CH C=O + HC – OH

H – COH альдолаза H₂C – OH H₂CO - PO₃H₂

|

H – C

H₂C – C – O – PO₃H₂ фосфат альдегид

| |

| |

|

H₂C – O – PO₃H₂

| |

H – C – OH глицеральдегид 3, H₂C – O – PO₃H₂

| осфат дегидрогеназа

H₂C – O – PO₃H₂

C = O C = O

| S ферменті | O – PO₃H₂

H – C – OH + H₃PO₄ H – C – OH + HS фермент

| |

8. C = O C = O

| O – PO₃H₂ | OH

H – C – OH + АЕФ HC – OH + АУФ

| фосфоглицерат- |

H₂C – O – PO₃H₂ киназа H₂C – O – PO₃H₂

3-фосфоглицерин қышқылы

C = O C = O

| OH | OH

HC – OH H - C – O - PO₃H₂

| фотоглицера- |

H₂C – O – PO₃H₂ леутаза H₂C – OH

3-фосфоглицерин қышқылы 2-фосфоглицерин қышқылы

H – C – O – PO₃H₂ енолаза C – O – PO₃H₂

| |

H₂C – OH CH₂

| |

| |

12. COOH СООН

| |

C – OH C=O

CH₂ CH₃

этанол жүзім қышқылы жүзім қышқылы

Энолпирожүзім қышқылы өз бетімен тұрақты пирожүзім қышқылына айналады.

Қантттың пирожүзім қышқылына айналуы кезінде Эмбден-Мейергоф-Парнас жолымен бос энергия бөлінеді, АҮФ 4 молекуласының түзілуіне жеткілікті мөлшерде түзілген 2 молекула АҮФ фруктоза 1,6 фосфатқа 4 молекула АҮФ. Осы бөлінген АҮФ 2 молекуласы қантты ыдыратып, 1,6 фруктоза – екі фосфатқа айналдырады, ал қалған екі молекуладан АҮФ синтездеуге жұмсалады.

Пентозофосфат жолы. Эмбден-Мейергоф-Парнас жолынан бұл жолдың айырмашылығы сол, бұнда көмірсулар ыдырау барысында бірден пирожүзім қышқылы түзілмейді. Мұнда субстраттың бір көміртегі атомы тотығып, көмір қышқыл газы күйінде бөлініп шығады. Бірінші реакция глюкозаның фосфорлануы нәтижесінде глюкоза – 6 фосфат түзіліп, соңынан ол дегиратацияланады. Осымен қатар НАДФ тотықсызданады да 6-фосфоглюкон қышқылы түзіледі. 6-фосфоглюкон қышқылы тотығу декарбоксилану барысында Д-рибулозо – 5-фосфат деп аталатын пентозофосфат пайда болады. Бұл қосылыстан изомерлену арқылы Д-ксилулозо – 5-фосфат және рибозо – 5-фосфат түзіледі. Бұдан әрі осы қосылыстар бірқатар реакциялардың әсерінен өзгеріске ұшырап, ақыр аяғында глюкоза – 6-фосфат түріне оралады. Кейбір зерттеушілер көмірсулар ыдырауының пентозофосфат жолының бір кезеңінде Эмбден-Мейергоф-Парнас ыдырау жолына көшеді деген пікірлер айтып жүр.

Сонда алты молекулалы глюкоза пентозофосфат жолы арқылы өзгеріске ұшырағанда глюкоза – 6-фосфаттың бір молекуласы толық көмір қышқыл газына дейін тотығады және НАДФ+-тың алты молекуласы НАДФ·Н дейін тотықсызданады.

Пентозофосфат жолының негізгі мақсаты: 1) нуклеин қышқылдарын синтездеу үшін қажетті пентозалармен қамтамасыз ету; 2) микроб жасушасында түрлі биосинтетикалық реакциялар үшін керекті НАДН·Н көбірек түзілуін қамтамасыз ету.

Глюкозаның пирожүзім қышқылына дейін ыдырауының үшіншісі Энтнер-Дудоров жолы арқылы жүзеге асуы мүмкін. Мұнда алдымен гексокиназа ферментінің қатысуымен глюкоза фосфорланады. Осыдан шыққан өнім глюкоза – 6-фосфат 6-фосфоглюкон қышқылына дейін тотығады да, сусызданып, 2-кето 3-дезокси 6-фосфоглюкон қышқылына айналады. Бұл өнім альдолаза ферментінің әсерінен пирожүзім қышқылы мен 3-фосфоглицерин альдегидіне ыдырайды. Одан әрі субстратқа Эмбден-Мейергоф-Парнас жолындағы ферменттер әсер етіп, пирожүзім қышқылының екінші молекуласы түзіледі. Сонда Энтер-Дудоров жолымен глюкоза ыдырағанда бір молекула АҮФ мен екі молекула НАД·Н пайда болады. Осы жолмен глюкозаны ыдыратушы бактериялардың пирожүзім қышқылынан сүт және басқа қышқылдарды түзетін қажетті ферменттері болмайды. Бұл жол көбінесе аэробты микроорганизмдер тіршілігіне тән.
1.1.7 Ашытқы биомассасы синтезінің механизмі
Соңғы кезде бірнеше рет жұмыс істеудің және зерттеудің нәтижесінде ашытқылардың құрамындағы ақуыз заттардың синтезінің сызба нұсқасы ұсынылған. Бастапқыда Эмбден-Мейергоф-Парназ сызба нұсқасы немесе пентозофосфат тізбегі бойынша қанттың пирожұзім қышқылына дейін ыдырау процесі жүреді.

Кербыс тізбегі бойынша пирожүзім қышқылы шавельді сірке қышқылына айналады да аммиакпен байланысып жасушаның негізгі ақуызды құрамы болып табылатын аспаршы қышқылын береді.

Ақуыз синтезінің процесі жасуша ядросымен бақыланатыны белгілі. Бұл жерде негізгі роль нуклейн қышқылдары айналатынын біз Ф.Мишердің фундаментальді зерттеулерінің нәтижесінен көруге болады.

Нуклейн қышқылының екі түрі бар дезоксирибонуклейн қышқылы ДНҚ және рибонуклейн қышқылы РНҚ. Олардың құрылысынан және функциясына ажыратуға болады. РНҚ күрделі полимерлі құрылысы, яғни 18000-нан 2 000 000 дейін молекулярлы массасы бар химиялық құрылымы жағынан полинуклейд болып келеді.

Нуклеотид үш молекуладан құралған: сахаррибозадан, азотты құрылымнан және фосфорлы қышқылдан тұрады. Сонымен қатар нуклеотидтің төрт түрдегі түрі болады, олар азотты құрылымымен бір – бірінен ерекшеленеді. Мұндай құрылым төртеу: пуринді-аденин және гуанин, пиримидті-цитозид және уромил.

РНҚ спиральді құрылысты және нуклеотид қатарынан тұратын, олар нуклеотид бірінші рибозосынан, екінші фосфор қышқылының оттекті байланысымен құралатын тізбекті құрайды.

ДНҚ-ның құрылысы көбінесе РНҚ-ның құрылысына ұқсас болып келеді, бірақ оның құрамында молекулярлы массасы (4-8 млн) жоғары болады. Сонымен қатар ДНҚ нуклеотидтен тұрады, оның құрамына негізгі пуриндер және пиримиддиндер, көміртектер және фосфор қышқылы кіреді.

Соңғы он жыл ішінде жасушадағы (1) ақуыз синтезіндегі нуклеин қышқылының ролі рибосома процесінде жүретіні туралы теория пайда болды.

Ақуыз синтезі нәтижесінде ашытқыдағы жасушаның бір массасының өсуі байқалады, осының әсерінен басталады.

Бастапқыда жасуша бөліктері бөлініп, нәтижесінде сондай байланыста ферменттер спецификалық әрекетін түзіп, соңы азая бастайды. Жасуша протоплазмасы әлсіренген бөліктеріне еніп, кейіннен бастапқы протоплазманың түйіршіктерінің төбесінде аналық жасушалардың өсу процесі басталады және бүршіктері біртіндеп көбейе бастайды. Бүршіктену бастапқы жасушадан аналық жасушаны бөліп алған кезде тоқтайды.

Осы уақытқа дейін бір аналық жасушадан қанша бастапқы жасуша түзілетін туралы сұраққа жауап жоқ. А.Кукпаның мәліметтері бойынша, сахарамицет ашытқысының жасушасы орташа есеппен 25 жаңа жасуша түзетінін білеміз. Кейбір жағдайда 40-қа дейін өседі. Электронды микроскоп көмегімен ескі жасушаны зерттеген кезде кескіндерінің соңы көп екені анықталды.

Жас жасуша берілген рассаның көлеміне және жасушаның ұзындығына дейін өсіп, бүршіктенуі басталады, бұл процесс генерацияның жалғасуы деп атайды. G ол төмендегі теңдеумен анықталады.

М – ашытқылардың саны

t-t₀ – уақытысы

Бұл теңдеудегі биомассаның жиналу жылдамдығының коэффициентімен логарифмдік қатынаста ашытқылардың өсу жылдамдығының меншікті формуласын М аламыз.