отрасль промышленности, в которой производственные процессы базируются на микробиологическом синтезе (См. Микробиологический синтез) ценных продуктов из различных видов непищевого сырья (углеводородов нефти и газа, гидролизатов древесины), а также отходов промышленной переработки сахарной свёклы, кукурузы, масличных и крупяных культур и т.д. Выпускает белково-витаминные концентраты, Аминокислоты, Витамины, ферментные препараты, Антибиотики, бактериальные и вирусные препараты для защиты растений от вредителей и болезней, бактериальные удобрения, а также продукты комплексной переработки растительного сырья - фурфурол, ксилит и др. М. п. возникла в ходе современной научно-технической революции и основана на новейших достижениях технической микробиологии (См. Микробиология), химии, физики, химической технологии и кибернетики.

На научной основе создаются всё более совершенные инженерно-биологические системы, в которых свойственная микроорганизмам огромная энергия ферментативного превращения веществ используется для направленного синтеза продуктов, необходимых сельскому хозяйству и промышленности. Значительная часть продукции М. п. употребляется для получения биологически полноценных Комбикормов. В расчёте на 1 т дрожжей, добавленных в корма, на фермах дополнительно производится до 800-1200 кг свинины, или 1500-2000 кг мяса птицы (в живом весе), или 15-25 тыс. яиц, сберегается 3,5-5 т зерна. Экономическая эффективность животноводства ещё более возрастает, когда вместе с кормовыми дрожжами в состав рационов вводятся недостающие витамины и аминокислоты, кормовые антибиотики, ферментные препараты.

Повышению урожайности полей, огородов, садов и виноградников способствуют микробиологические средства для борьбы с вредителями и возбудителями болезней растений, а также бактериальные удобрения. Микробные и вирусные Инсектициды безопасны для человека, полезных животных и насекомых, помогают охране природы и улучшают условия воспроизводства в растительном и животном мире.

Ферментные препараты намного ускоряют ряд технологических процессов обработки с.-х. сырья, повышают выход и улучшают качество продукции в пищевой, мясной, молочной и лёгкой промышленности, значительно увеличивают производительность труда. Ферментные препараты применяются также в химической промышленности (выпуск моющих средств высокого качества), перспективно использование их в чёрной металлургии (удаление жира с тонкокатаного стального листа), в системах очистки промышленных и бытовых сточных вод.

В 1966 предприятия микробиологического синтеза, находившиеся в ведении различных министерств и ведомств, были выделены в самостоятельную новую отрасль и при Совете Министров СССР было организовано Главное управление М. п. Расширены существовавшие ранее научно-исследовательские и проектные организации, созданы новые всесоюзные научно-исследовательские институты: генетики и селекции промышленных микроорганизмов, микробиологических средств защиты растений и бактериальных препаратов, биотехнический институт, ферментное отделение при Всесоюзном научно-исследовательском институте синтезбелок.

За 1966-70 производство кормовых дрожжей увеличилось в 2,7 раза, выработка кормовых антибиотиков в 3,3 раза, ферментных препаратов в 2 раза. Освоен выпуск белково-витаминных концентратов (БВК) из углеводородов нефти, кормовых антибиотиков - кормогризина и бацитрацина, важнейшей аминокислоты - лизина, витамина B₁₂, эффективного средства защиты растений - энтобактерина и др. В 1972 по сравнению с 1970 производство кормовых дрожжей в СССР возросло на 40\%, кормовых антибиотиков на 29\%, ферментных препаратов в 2 раза, лизина в 5 раз. Выпуск продукции для сельского хозяйства на предприятиях Главмикробиопрома за 1971-72 увеличился в 1,7 раза. Среднегодовые темпы прироста промышленной продукции отрасли за 1971-72 значительно выше среднегодового прироста продукции в целом по промышленности СССР.

Построены крупные предприятия М. п. - Лесозаводский (Приморский край) и Хакасский (Красноярский край) гидролизно-дрожжевые заводы мощностью по 28 тыс. т, Кировский биохимический завод мощностью 60 тыс. т кормовых дрожжей в год, Новогорьковский завод белково-витаминных концентратов из парафинов нефти мощностью 70 тыс. т в год, Вильнюсский (Литовской ССР) завод ферментных препаратов, Ливанский (Латвийской ССР) и Чаренцаванский (Армянской ССР) заводы лизина. Продолжается строительство крупнейших предприятий микробиологического синтеза. Для них создаётся высокопроизводительное оборудование большой единичной мощности. Один Светлоярский (Волгоградская обл.) завод производительностью 240 тыс. т в год белково-витаминных концентратов будет поставлять комбикормовой промышленности более 100 тыс. т переваримого белка и большое количество витаминов.

Новые высокоинтенсивные методы гидролиза древесины открывают перспективу эффективной комплексной химической и биохимической переработки древесного сырья и организации на этой основе производства пекарских дрожжей, пищевой глюкозы, лизина, глицерина, гликолей и др. ценной продукции.

Потребности народного хозяйства, и прежде всего сельского хозяйства, в продуктах микробиологического синтеза непрерывно возрастают. Создание мощной М. п. - составная часть выработанной КПСС программы развития сельского хозяйства, укрепления его материально-технической базы. Вместе с тем М. п. ускоряет технический прогресс в ряде отраслей промышленности - пищевой, лёгкой, тяжёлой. В химической промышленности, например, из аминокислот и др. белковых продуктов микробиологического синтеза можно организовать производство новых видов высококачественных искусственных волокон и плёнок - полноценных заменителей шерсти. Продукция М. п. - лизин, ферментные и белковые препараты - в перспективе будет широко использоваться для обогащения хлеба, хлебных продуктов, пищевых концентратов белком и повышения т. о. их питательной ценности.

М. п. быстро развивается и в др. социалистических странах. Кормовые дрожжи выпускают Болгария, Венгрия, ГДР, Польша, Румыния, Чехословакия, Югославия. В Болгарии, Румынии и Чехословакии организовано производство лизина, в Болгарии, Венгрии, Польше, Чехословакии, Югославии - кормовых антибиотиков, в Болгарии, Венгрии, ГДР, Польше и Чехословакии - ферментов.

В крупных капиталистических странах М. п. получила значительное развитие. Так, в США выпуск антибиотиков для добавки в корма увеличился за 1965-70 с 1200 до 3318 т; за 1968-72 потребление ферментных препаратов увеличилось в 1,8 раза. В Японии микробиологический синтез лизина в 1973 составил 20 тыс. т, глутаминовой кислоты, применяемой в основном для улучшения вкусовых качеств пищи, - около 100 тыс. т, производство кормовых антибиотиков в 1970 - 4,7 тыс. м; больших масштабов достиг выпуск антибиотиков для защиты с.-х. растений от болезней (около 80 тыс. т в 1970); производство ферментных препаратов для различных отраслей промышленности и сельского хозяйства в 1973 составило 13,3 тыс. т.

Лит.: Программа КПСС, М., 1973, с. 127; Материалы XXIV съезда КПСС, М., 1971; Государственный пятилетний план развития народного хозяйства СССР на 1971-1975 годы, М., 1972; Алиханян С. И., Селекция промышленных микроорганизмов, М., 1968; Беляев В. Д., Микробиология - сельскому хозяйству, "Партийная жизнь", 1971, № 12; Денисов Н. И., Кормовые дрожжи, М., 1971; "Журнал Всесоюзного химического общества им. Д. И. Менделеева", 1972, № 5 (номер посвящен промышленной микробиологии); Калунянц К. А., Ездаков Н. В., Производство и применение ферментных препаратов в сельском хозяйстве, М., 1972; Лизин - получение и применение в животноводстве, М., 1973.

Б. Я. Нейман.

производство какого-либо продукта с помощью микроорганизмов. Осуществляемый микроорганизмами процесс называют ферментацией; емкость, в которой он протекает, называется ферментером (или биореактором).

Процессы, протекающие при участии бактерий, дрожжей и плесневых грибов, человек применял сотни лет для получения пищевых продуктов и напитков, обработки текстиля и кожи, но участие в этих процессах микроорганизмов было четко показано только в середине 19 в.

В 20 в. промышленность использовала все разнообразие замечательных биосинтетических способностей микроорганизмов, и теперь ферментация занимает центральное место в биотехнологии. С ее помощью получают разнообразные химикалии высокой степени чистоты и лекарственные препараты, изготавливают пиво, вино, ферментированные пищевые продукты. Во всех случаях процесс ферментации разделяется на шесть основных этапов.

Создание среды. Прежде всего необходимо выбрать соответствующую культуральную среду. Микроорганизмы для своего роста нуждаются в органических источниках углерода, подходящем источнике азота и различных минеральных веществах. При производстве алкогольных напитков в среде должны присутствовать осоложенный ячмень, выжимки из фруктов или ягод. Например, пиво обычно делают из солодового сусла, а вино - из виноградного сока. Помимо воды и, возможно, некоторых добавок эти экстракты и составляют ростовую среду.

Среды для получения химических веществ и лекарственных препаратов намного сложнее. Чаще всего в качестве источника углерода используют сахара и другие углеводы, но нередко масла и жиры, а иногда углеводороды. Источником азота обычно служат аммиак и соли аммония, а также различные продукты растительного или животного происхождения: соевая мука, соевые бобы, мука из семян хлопчатника, мука из арахиса, побочные продукты производства кукурузного крахмала, отходы скотобоен, рыбная мука, дрожжевой экстракт. Составление и оптимизация ростовой среды являются весьма сложным процессом, а рецепты промышленных сред - ревниво оберегаемым секретом.

Стерилизация. Среду необходимо стерилизовать, чтобы уничтожить все загрязняющие микроорганизмы. Сам ферментер и вспомогательное оборудование тоже стерилизуют. Существует два способа стерилизации: прямая инжекция перегретого пара и нагревание с помощью теплообменника. Желаемая степень стерильности зависит от характера процесса ферментации. Она должна быть максимальной при получении лекарственных препаратов и химических веществ. Требования же к стерильности при производстве алкогольных напитков менее строгие. О таких процессах ферментации говорят как о "защищенных", поскольку условия, которые создаются в среде, таковы, что в них могут расти только определенные микроорганизмы. Например, при производстве пива ростовую среду просто кипятят, а не стерилизуют; ферментер также используют чистым, но не стерильным.

Получение культуры. Прежде чем начать процесс ферментации, необходимо получить чистую высокопродуктивную культуру. Чистые культуры микроорганизмов хранят в очень небольших объемах и в условиях, обеспечивающих ее жизнеспособность и продуктивность; обычно это достигается хранением при низкой температуре. Ферментер может вмещать несколько сотен тысяч литров культуральной среды, и процесс начинают, вводя в нее культуру (инокулят), составляющей 1-10% объема, в котором будет идти ферментация. Таким образом, исходную культуру следует поэтапно (с пересеваниями) растить до достижения уровня микробной биомассы, достаточного для протекания микробиологического процесса с требуемой продуктивностью.

Совершенно необходимо все это время поддерживать чистоту культуры, не допуская ее заражения посторонними микроорганизмами. Сохранение асептических условий возможно лишь при тщательном микробиологическом и химико-технологическом контроле.

Рост в промышленном ферментере (биореакторе). Промышленные микроорганизмы должны расти в ферментере при оптимальных для образования требуемого продукта условиях. Эти условия строго контролируют, следя за тем, чтобы они обеспечивали рост микроорганизмов и синтез продукта. Конструкция ферментера должна позволять регулировать условия роста - постоянную температуру, pH (кислотность или щелочность) и концентрацию растворенного в среде кислорода.

Обычный ферментер представляет собой закрытый цилиндрический резервуар, в котором механически перемешиваются среда и микроорганизмы. Через среду прокачивают воздух, иногда насыщенный кислородом. Температура регулируется с помощью воды или пара, пропускаемых по трубкам теплообменника. Такой ферментер с перемешиванием используется в тех случаях, когда ферментативный процесс требует много кислорода. Некоторые продукты, напротив, образуются в бескислородных условиях, и в этих случаях используются ферментеры другой конструкции. Так, пиво варят при очень низких концентрациях растворенного кислорода, и содержимое биореактора не аэрируется и не перемешивается. Некоторые пивовары до сих пор традиционно используют открытые емкости, но в большинстве случаев процесс идет в закрытых неаэрируемых цилиндрических емкостях, сужающихся книзу, что способствует оседанию дрожжей.

В основе получения уксуса лежит окисление спирта до уксусной кислоты бактериями Acetobacter. Процесс ферментации протекает в емкостях, называемых ацетаторами, при интенсивной аэрации. Воздух и среда засасываются вращающейся мешалкой и поступают на стенки ферментера.

Выделение и очистка продуктов. По завершении ферментации в бульоне присутствуют микроорганизмы, неиспользованные питательные компоненты среды, различные продукты жизнедеятельности микроорганизмов и тот продукт, который желали получить в промышленном масштабе. Поэтому данный продукт очищают от других составляющих бульона. При получении алкогольных напитков (вина и пива) достаточно просто отделить дрожжи фильтрованием и довести до кондиции фильтрат. Однако индивидуальные химические вещества, получаемые путем ферментации, экстрагируют из сложного по составу бульона. Хотя промышленные микроорганизмы специально отбираются по своим генетическим свойствам так, чтобы выход желаемого продукта их метаболизма был максимален (в биологическом смысле), концентрация его все же мала по сравнению с той, которая достигается при производстве на основе химического синтеза. Поэтому приходится прибегать к сложным методам выделения - экстрагированию растворителем, хроматографии и ультрафильтрации.

Переработка и ликвидация отходов ферментации. При любых промышленных микробиологических процессах образуются отходы: бульон (жидкость, оставшаяся после экстракции продукта производства); клетки использованных микроорганизмов; грязная вода, которой промывали установку; вода, применявшаяся для охлаждения; вода, содержащая в следовых количествах органические растворители, кислоты и щелочи. Жидкие отходы содержат много органических соединений; если их сбрасывать в реки, они будут стимулировать интенсивный рост естественной микробной флоры, что приведет к обеднению речных вод кислородом и созданию анаэробных условий. Поэтому отходы перед удалением подвергают биологической обработке, чтобы уменьшить содержание органического углерода.

См. также: