Дәріс № 25-26. Биотехнология және медицина

Өсiмдiк және жануар шикiзатынан көрсетiлген барлық ББҚ топтарын химиялық экстракциямен де, биотехнологиялар көмегiмен де алады. ББҚ рынокқа шығару дәрi-дәрмек және диагностикалық препараттар шығару сияқты рұқсат беру рәсiмдерiн талап етпейдi, бұл өндiрiстiң тартымдылығын және iс жүзiнде барлық ең iрi фармацевтикалық және биологиялық фирмалардың қатысуын шарттайды. Қазiргi уақытқа осы заманғы адамның тамақтану құрылымы бойынша жиналған деректер тағамның ауыстырылмас құрылымдық бөлiктерiн жеткiлiксiз тұтынудың кең тарағанын көрсеттi. Ұсынылатын тұтыну нормаларын ескере отырып қазiргi адамның рационын оңтайландыру денсаулыққа зиян келтiрместен табиғи азық-түлiк өнiмдерiн тұтынуды қарапайым жолмен ұлғайтуға қол жеткiзу мүмкiн емес, бұл жаңа тәсiлдер мен шешiмдердi қажет етедi. Мұндай тәсiлдердiң бiрi тағамға поливитамин, витаминдiк-минералдық қоспалар және өсiмдiк кешендер түрiнде табиғи биологиялық белсендi заттардың биологиялық белсендi қоспалары болып табылады. Азық-түлiк өнiмдерi өндiрiсiнiң көлемiн ұлғайтудан гөрi организмдi тапшы заттармен қосымша қамтудың тез және қол жетерлiк қажеттiлiгi туралы шешiм сұранып тұрғандай. Осындай ролдi бүкiл дүние жүзiне тараған әртүрлi фармацевтикалық түрдегi (тұнбалар, экстракттар, бальзамдар, шырындар, концентраттар, изоляттар, ұнтақтар, дәрiлер, капсулалар және т.б.) не биологиялық белсендi заттар қосылған азық-түлiк өнiмдер түрiндегi тамақ iшу кезде тағамға салынатын биологиялық белсендi қоспалар (ББҚ) орындауы тиiс. Халықтың тамақтануы мен денсаулығын жақсартудың осы жолы биоорганикалық химия мен биотехнологияның (толық және сапалы заттарды бөлу), нутрициология мен фармакологияның (организмде биологиялық белсендi заттардың iс-әрекетi мен айналдыру тетiгiнiң мағынасын ашу) тиiмдiлiгiне негiзделген.

Тамақ өнеркәсібінің кәсіпорындары өте көп мөлшерде ауылшаруашылығының, озен мен теңіз промыслдерінің өнімдерін өңдейді.

Қазақстан тамақ өнеркәсібі 1000 жуық тамақ өнімдерінің түрлерін шығаратын көптеген салаларға бөлінеді. Ең дамыған сала ет өнеркәсібі, республикада бүкіл тағам өнімдерінің 32% еттен жасалады. Еттен әртүрлі тағам өнімдерін шығаратын зауыттың бірі 30-шы жылдары салынған Семей ет консерві зауыты. Барлық ірі қалаларда май, ірімшік жасайтын, басқа да сүт өнімдерін шығаратын кәсіпорындар жеткілікті. Қант, шарап, арақ, сусын, өсімдік майын жасайтын орталықтарда орналасқан. Тамақ өнеркәсібінің кәсіпорындары қатты, сұйық және газды түрде заттарды қоршаған ортаға тастауына байланысты ластаушы көздің бірі болып саналады. Атмосфераға зиянды заттар шығаратын көздерге технологиялық пештер, буып- түйетін аппараттар, сепараторлар, нейтрализаторлар, қабық тазалағыштар, темекі кесетін машиналар, ет өңдейтін өндірістер, еритін кофе мен цикорий дайындайтын зауыттар, сүйек ұны мен желім дайындайтын кәсіпорындар, дән жарғыш машиналар мен астық тазалайтын орындар жатады.өнеркәсіп миллиондаған текше метр суды қолданып, оның 70-80% көлемін ластанған түрде қоршаған ортаға қайта жіберіп отырады. Бұлардың құрамындағы зиянды заттардың мөлшері бірнеше мындаған тонна деңгейінде. Ақаба сулардың құрамында көбіне кездесетін заттар ас тұзы, жууға, дезинфекциялауға қолданылған қосылыстар, нитриттер, фосфаттар, сілтілер, шикізат пен жем қалдықтары, т.б. Косерві шығаратын заыттардан шикізет ретінде пайдаланылған жеміс - жидектің, көкөністердің, т.б. өсімдіктердің 20-25% қалдыққа айналып, табиғи ортаға тасталынады. Сонымен қатар, ақ қаңылтырды ластағанда қолданылған лак ерітінділері мен органикалық ерігіштер ауаға ұшып оны ластап отырады.

Бұл өнеркәсіптегі «ең жалпы халықтық» және «тек қалада» ғана орналаспайтын сала. Наубайханалар, сүт, ет, көкөніс зауыттары ауылдық жерлерде де жұмыс істейді. Тамақ өнеркәсібі машина жасаумен, саудамен, көлікпен тығыз байланысты. Бірақ ол, ең алдымен, ауыл шаруашылығымен байланыс жасайды: оның шикізаттарын өңдеп, мал шаруашылығын жеммен қамтамасыз етеді (арнайы дайындалған немесе өндіріс қалдықтары) және ауыл шаруашылығы салаларының дамуына оң ықпал жасайды.

Көптеген «тамак өнеркәсіптері» көлемі үлкен, қымбат құралжабдықтар пайдаланады. Сонымен қатар кішігірім зауыттар (май шайқайтын, шұжық шығаратын цехтар) кәдімгі 2 - 3 бөлмеге сыйып кетеді. Ондай зауыттар қымбат болмағандықтан, оларды шағын кәсіпорындар да сатып ала алады.

Тамақ өнеркәсібі - тұтас салалар кешені. Оның орналасуына шешуші әсер ететін негізгі 2 фактор – шикізат және тұтыну. Материалды көп қажет ететін салаларында дайын өнім бірлігін шығаруға кететін шикізат шығыны үлкен.

Шикізат факторының әсерін көрсететін нақты мысалға - қант өнеркәсібі (Алматы, Жамбыл) географиясын жатқызуға болады. Біздің елімізде «тәтті өнімді» дәстүрлі түрде қант қызылшасынан өндіреді.

Шикізат базаларына май айыру өндірісі, яғни өсімдік майын алу бағытталып орналасады. Қуатты зауыттар күнбағыс өсірілетін (Өскемен), мақта мен мақсары өсірілетін (Шымкент) аймақтарда орналасқан. Алматы мен Ақтөбенің зауыттары негізінен тасымалданып әкелінген майды шақпақтайды. Өскемендегі май айыру өндірісі халуа шығарумен үйлестірілген.

Шикізат кезіне бағытталатын салалардың ішінде балық өнеркәсібі ауыл шаруашылығымен тікелей байланыспағандықтан, ерекше сипатқа ие. Ол ірі көлдердің, су қоймалары мен өзендердің балық қорларын пайдаланады.

Саланың басты кәсіпорны - «Атыраубалык» АҚ (Балықшы). Осы кәсіпорын ғана бекіре балықтарының уылдырығын өңдейді.

Түтыну орындарына өндірістік өңдеуден өткен шикізатты пайдаланатын салалар таяу орналасады. Олардың өнімдері нашар сақталатын (торт, пирожный, басқа да кондитерлік өнімдер, нан) немесе жасалған шикізатынан тасымалдануы қиын болып келеді.

Нан пісіру көптеген елді мекендерде бар. Кондитер, макарон өнімдері өндірісінің де кеңістікте таралу «бейнесі» осыған ұксайды. Ең ірі кондитер өндірісі - Алматы мен Қостанайда, шай - Алматыда, макарон енімдері - Петропавл қаласында орналасқан.

Тамақ индустриясының бірқатар салалары шикізатқа да, тұтынушыға да бағытталып жұмыс істейді. Ұн тартатын өнеркәсіптер астық өңдеумен айналысады.

Металдардың биогеотехнологиясы дегеніміз - микроорганизмдердің геохимиялық қабілеттіктерін тау-кен өндірісінде тиімді пайдалануды көздейтін сала. Металдардың биогеотехнологиясы - бұл өндірістің қалдық суларынан, жұтаң келетін кен көздері мен қалдық рудаларынан сілтісіздендіру арқылы және ерітінділерден микроорганизмдер немесе олардың метаболиттерін жоғарғы атмосфералық қысым мен 5-тен 90°С-қа дeйiнгi температураны пайдалана отырып бөліп алуды, тас көмірлерін десульфидтеу, пирит немесе құрамында пириті бар жыныстарын тотықтыру сияқты тиімді әдістерін өндірісте қолдану жолдарын зерттейді. Keйбip микроорганизмдер тотығу-тотықсыздану үдерістерінде катализдік қызмет атқара алады. Мысалы, суда Fe мен Мn тотықтыру, құрамында күкірттері бар қосылыстардың тотығуы, азотты заттардың тотығуы мен қайтадан қалпына келуі тағы да басқаларын айта аламыз. Аэробты бактериялар өздерінің тіршілігі нәтижелерінде темір, мыс, сульфаттар бөле алады.

Кейбір биогеотехнологиялық үдерістердің ерте замандарда - XVI ғасырда пайдаланыла бастағандығы туралы мәліметтер бар. Мысалы, бұрынға мадиярлардың (Венгрия) мыс алу үшін қазылып алынған кен үйіндісін арнайы сулармен суғаратыны жөнінде мәліметтер әдеби деректерде келтіріледі. Бұл қарапайым технологиялық әдіс – қазіргі қолданылып жүрген руда үйінділеріндегі темірлерді бактериялдық-химиялық әдіспен сілтісіздендірудің бастапқы формалары екендігінде дау жоқ. Әрине ол кездерде мысты алу үшін қолданатын бұл әдістің негізінде микробиологиялық үдеріс жататыны жөнінде ешкім білмеген еді.

Бұл әдістің мазмұны 1922 жылы неміс ғалымдары Рудольф және Хельброннер еңбектерінен кейін ғана мәлім болды. Сондықтан осы мезгіл биогеотехнологияның ресми пайда болған уақытыдеп есептеуге болады. Биогеотехнологияның дамуы бірқалыпты жүрмегенмен XX ғасырдың 80-ші жылдарының басына толықтай қалыптаса бастады. Осы мезгілдерде металдарды бактериалды сілтісіздендіру әдістерімен бірге, биогеотехнологияның басқа да бөлімдері, атап айтқанда көмір кұрамынан күкірттерді бөлу, көмір шахталарындағы метандармен күресу, жыныстардан алынатын мұнай шығымдылығын арттыру сияқты бағыттарда кенінен қолданыла басталды.

Микробтық технологияның бұл бағыты өте аз жарияланған және әлі де дұрыс бағаланбай кeлeдi. Қазіргі кезде әлемде, кұрамында бағалы металдары кем, кедей кен орындарынан химиялық элементтердің бір түрін бөліп алуға мүмкіндік беретін, бактериялық сілтісіздендіру үдерістері кенінен қолданылуда. Көбінесе бактерияларды мысты ерігіш күйге айналдыру мақсатында пайдаланады. Минералдардың құрамы мен құрылымына тәyeлдi болып электрохимиялык коррозия заңы бойынша жүpeтiн және cyльфидтi минералдардың бактериялық тотығуына негізделетін бактериялық сілтісіздендіру үдepicтepi келесі күрделі сатылардан тұрады:

- минералдар бетіне микроорганизмдердің адсорбциялануы;

- минералдардың кристалдық торын деструкциялау;

- тотығушы элементтердің бактериялық жасушаға тасымалдануы;

- сол элементтердің ферменттік тотығуы.

Гидрометаллургияда көбінесе тиобактерияларды, әсіресе 1947ж. Колмер мен Кинкелдер ашқан тионды бактериялары Thiobacillus thiooxidans және Thiobacillusferrooxidans штаммдарын қолданады. Олар энергия көзi ретінде - құрамында cyльфидi және сульфитті иондары, күкірт тиосульфаты және екі валентті тeмip болатын, бейорганикалық субстраттардың тотығу реакциясын пайдаланатын облигатты автотрофтар болып келеді. Тотығудың соңғы өнімі сульфатионы және үш валентті темір - екіншілік минералдардан мысты сілтісіздендіруде негізгі тотықтырғыштың рөлі және күкіртті қышқыл ерітінділерінде еритін уранның 4 валентті атомының 6 валентке айналуында маңызды қызмет атқарады. Атап айтқанда, Thiobacillusferrooxidans бактериясы өзінің құрамындағы сульфиттерді өңдеу арқылы бөліп шығаратын өнімі - күкірт қышқылы арқылы табиғи кен құрамындағы темір, мыс, мырыш, уран және басқа да металдардың қорытылып шығарылуына әсер етеді. Олар қазіргі кезде белгілі металл сульфиттерінің барлығын тотықтыра алады. Тиобактериялар, өсу үшін қажетті көміртегі ретінде, көмірқышқыл газын пайдаланады. Бұл бактериялардың және бір физиологиялық ерекшеліктері - олар өте қышқылды ортаны жақсы көреді. Бұл бактериялар орта жағдайы рН 1 ден 4,8 дейін, (оптималды рН =2-3 ортада), ал температура көрсеткіште- рН 3-тен 40°С-қа дейінгі (оптималды температура 28°С) аралықтарында дами алады.

Тионды бактериялар табиғатта кең таралған. Олар су қоймаларында, топырақтарда, тас көмірлі және алтынды кен орындарында жиі ұшырасады. Бұлар күкіртті және сульфидті кен қойнауларында көп мөлшерде кездеседі. Бірақ табиғи кен қойнауларында кездесетін тионды бактерияларының белсенді түрде қызмет етуіне, жер астындағы оттегінің болмауы кедергі келтіреді. Сульфидті кен орындарын игере бастаған кезде рудалар оттегімен байытылуы себепті, оның құрамындағы микробиологиялық үрдістер оянып, металдардың сілтісіздендірілуіне мүмкіндік ашылады. Осы табиғи үдерісті арнаулы биотехнологиялық әдістерді қолдану арқылы жеделдетуге болады.

Thiobacillus thiooxidans бактериялары болса, кен құрамынан алтынды қорытып, бөліп шығарады. Сондықтан, топырақ құрамында пайдалы қазбалары өте аз мөлшерде болып келет1н кен орындарында, әртурлі микроорганизмдерді пайдалана отырып қажетті металдарды өндіру экономикалық жағынан тиімді екендігін көрсеткен. Мысалы АҚШ-да 1 тонна топырақ құрамында не бары 1 кг никель рудасы бар кен орындарында, осындай биотехнологиялық жолмен өңдеу арқылы көп мөлшерде қажетті өнім алуға қол жеткізген.

Гидрометаллургиялық өндірістің соңғы мақсаты - ерітінділерден металдарды бөліп алу болып табылатындықтан, бұл сұрақтың шешімін табудың жаңа бір жолы - биоодсорбция болып есептелінеді. Әртурлі микроорганизмдер (бактериялар, ашытқылар, мицеллиалды саңырауқұлақтар және балдырлар) көмегімен сұйытылған ерітінділерден түрлі элементтерді бөліп алуға болады. Өйткені, микроорганизмдер металдарды жасуша қабырғасына байланыстыру арқылы адсорбциялауға немесе оларды жасуша ішінде жинауға қабілетті. Соңғы кездердегі зерттеулер нәтижелері мұндай мақсатта Xanthomonascampestris бактериясының жасушадан тыс полисахаридін - ксантанды пайдаланса жақсы нәтиже беретінін көрсеткен.

Биогеотехнологиялық әдіспен көмір құрамын күкіртті заттардан тазарту үшін тионды бактериялар көптеп қолданыла бастады. Қоңыр және тас көмірлері құрамында бірталай мөлшерде күкірт болуы мүмкін. Бұлардың құрамындағы күкірттің жалпы көлемі 10-12%-ға дейін жете алады. Осындай көмipлepдi жаққан кезде олардың құрамындағы күкірттер – күкіртті газға айналып, ауаға тарайды да, ондағы сутегілерімен қосылып, күкірт қышқылына айналады. Атмосферадағы күкірт қышқылы кейіннен «қышқыл жауын» дейтін атпен белгілі жаңбыр peтiндe жерге жауады.

Алынған мәліметтерге қарағанда кeйбip Батыс Европа елдерінде жылына 1 гектар жерге, жаңбырмен бipre, 300 кг-ға дейін күкірт қышқылы түсeдi екен. Мұндай мәлiмeттepдeн күкірт қышқылы жаңбыры адамдардың денсаулығына, оның шаруашылығына және жалпы қоршаған ортаға қандай зиян келтіретіні айтпасада түсінуге болады. Бұдан басқа, құрамында күкірті мол көмірлер нашар кокстелетіні ceбeптi, оларды түcтi металлургияда пайдалануға жарамайды. Сондықтан, мамандардың пiкipi бойынша, көмip құрамынан күкіртті заттарды микробтар арқылы тазарту экономикалық жағынан тиiмдi болғандықтан, болашақта «қышқыл жауын» мәселесін шешуде оған басты маңыз беріледі.

Kөмip құрамынан микроорганизмдерді пайдаланып күкірттерден тазарту бағытындағы алғашқы жұмыстарды 1959 жылы орыс ғалымдары З.М.Зарубин, Н.Н.Ляликова және Е.И.Шмук жасаған болатын. Олардың ferrooxidans бактерияларын пайдаланып 30 күн бойына жүргізген тәжірибелері нәтижесінде көмip құрамындағы күкірттердің 23-30%-ы тазартылған болатын. Сәл кешірек, көмірлерді микробиологиялық жолмен күкірттерден тазарту жөніндегі бірнеше жұмыс нәтижелерін америкалық зерттеушілер де жариялаған еді. Олар, өз жұмыстарында тионды бактерияларды қолдана отырып, төрт тәулік ішінде тас көміp құрамындағы пиритті күкіртті 50%-ға азайта алған. Бұл әдіс көмip құрамында кездесетін түрлі металдарды сілтісіздендірумен ұштасып отырады. Kөмip құрамында әжептәуір мөлшерлерде германий, никель, бериллий, ванадий, алтын, мыс, кадмий, қорғасын, мырыш, марганец элементтері болады. Сондықтан, көмірді сульфиттерден тазарту барысында одан ілеспе өнім ретінде бағалы металдарды алу, қосымша табыс көзі болып табылады және осы саланың экономикалық тиімділігін арттырады.