Микробтардың өнеркәсіп үшін пайдасы
Микробтар көбінесе кішкентай, ауру тудыратын тіршілік иелері ретінде қарастырылады. Дегенмен, өнеркәсіптік әлемде микробтар адамдарға әртүрлі өнімдерді өндіруге көмектесетін, өндіріс процестерінің тиімділігін арттыратын және қоршаған ортаның ластануын азайтатын маңызды «жұмысшылар» болып табылады. Бактериялар, саңырауқұлақтар, ашытқылар және микроскопиялық балдырлар сияқты микробтардың метаболикалық мүмкіндіктері әртүрлі. Бұл мүмкіндіктерді өнеркәсіп шикізатты жоғары құнды өнімдерге айналдыру үшін пайдаланады. Бұл мақалада азық-түлік пен фармацевтикадан бастап энергия мен қалдықтарды басқаруға дейінгі өнеркәсіптегі микробтардың пайдасы талқыланады.
1. Тамақ және сусындар өнеркәсібіндегі микробтар
Микробтарды күнделікті өмірде ең маңызды пайдаланудың бірі - тамақ өнеркәсібі. Микроорганизмдердің белсенділігін қамтитын ашыту процесі тағамның дәмін, хош иісін және құрылымын жақсарта алады, сондай-ақ тағамның сақтау мерзімін ұзарта алады.
Белгілі мысал ретінде нан пісіруді айтуға болады, мұнда Saccharomyces cerevisiae ашытқысы көмірқышқыл газын бөліп шығарады, бұл қамырдың көтерілуіне әкеледі. Сусындар өнеркәсібінде микробтар спирт пен хош иістендіргіш қосылыстарды өндіру арқылы сыра, шарап және басқа да ашытылған сусындар өндірісінде маңызды рөл атқарады.
Индонезияда әртүрлі дәстүрлі тағамдар да микробтарға тәуелді, мысалы, темпе (Rhizopus oligosporus арқылы), лента (ашытқы мен сүт қышқылы бактерияларының қосындысы), йогурт (Lactobacillus және Streptococcus арқылы) және соя тұздығы (саңырауқұлақтар мен бактериялармен қабатталған ашыту). Дәмді жақсартумен қатар, ашыту тағамдық құндылығын да арттыра алады, мысалы, белгілі бір дәрумендердің қолжетімділігін арттыру немесе тағамдағы антинутриенттік қосылыстарды ыдырату арқылы.
Өнеркәсіптік ауқымда ашыту тұрақты, басқарылатын өндіріске мүмкіндік береді және жоғары температураны немесе қысымды қажет ететін химиялық процестермен салыстырғанда энергияны салыстырмалы түрде тиімді етеді.
2. Өнеркәсіптік ферменттер өндірісіне арналған микробтар
Микробтар - табиғаттың фермент фабрикалары. Ферменттер - химиялық реакцияларды жылдамдататын биологиялық катализаторлар. Қазіргі заманғы өнеркәсіп ферменттерді әртүрлі мақсаттарда қажет етеді, себебі олар ерекше, тиімді және экологиялық таза.
Микробтар шығаратын ферменттердің және олардың қолданылуының кейбір мысалдары:
– Крахмалды қантқа ыдырататын амилаза, нан, глюкоза сиропы және сыра өнеркәсібінде қолданылады.
– Ақуыздарды ыдырататын протеаза, жуғыш заттар өнеркәсібінде, ет өңдеуде және ірімшік жасауда кеңінен қолданылады.
– Целлюлозаны ыдыратуға арналған целлюлоза, тоқыма, қағаз және биоэнергетика өнеркәсібінде қолданылады.
– Майларды ыдыратуға арналған липаза, тамақ өнімдерінде, жуғыш заттарда және косметика өнеркәсібінде қолданылады.
Bacillus және Aspergillus сияқты саңырауқұлақтар көбінесе өсіруге оңай және көп мөлшерде ферменттер өндіре алатындықтан таңдалады.
3. Фармацевтика және денсаулық сақтау саласындағы микробтар
Фармацевтика өнеркәсібі микробтарға қатты тәуелді салалардың бірі болып табылады. Пенициллин сияқты антибиотиктерді Penicillium саңырауқұлағы ашқан, ал басқа да көптеген антибиотиктерді Streptomyces сияқты топырақ бактериялары шығарады. Бүгінгі күнге дейін микробтар жаңа микробқа қарсы қосылыстардың көзі және дәрі-дәрмек өндірісіне арналған шикізат болып қала береді.
Антибиотиктерден басқа, микробтар келесі өндіріс үшін қолданылады:
– Микробтық дақылдарды өсіру әдістерін немесе гендік инженерияны қолдану арқылы жасалған кейбір вакциналар.
– Инсулин гормоны қазіргі уақытта рекомбинантты ДНҚ технологиясы арқылы Escherichia coli бактерияларын немесе ашытқыларын пайдаланып кеңінен өндіріледі.
– Денсаулыққа пайдалы қоспалар мен мал азығында маңызды болып табылатын В12 дәрумені немесе лизин сияқты дәрумендер мен аминқышқылдары.
Микробтардың рөлі биотехнологияның дамуымен бірге артып келеді, бұл микробтарды модификациялау арқылы тиімдірек және қауіпсіз дәрілік қосылыстар алуға мүмкіндік береді.
4. Энергетика саласындағы микробтар: биоотын және биогаз
Энергияға деген сұраныстың артуы жаңартылатын энергия көздерінің дамуына ықпал етуде. Микробтар биоотын өндірісі арқылы шешім ұсынады. Мысалы, ашытқы қантты этанолға айналдыра алады, оны отын ретінде пайдалануға болады (биоэтанол). Биоэтанолды қант қамысынан, жүгеріден, маниоктан немесе көмірсуларға бай басқа ауылшаруашылық қалдықтарынан өндіруге болады.
Сонымен қатар, анаэробты микробтар негізінен метаннан тұратын газдардың қоспасы болып табылатын биогаз өндірісінде маңызды рөл атқарады. Биогаз мал көңі, тамақ қалдықтары немесе ауылшаруашылық қалдықтары сияқты органикалық қалдықтардың ыдырауы арқылы өндіріледі. Бұл процесс тек энергия өндіріп қана қоймай, сонымен қатар қалдықтардың көлемі мен иісін азайтады және тыңайтқыш ретінде пайдалануға болатын қалдықтарды шығарады.
Балдырлардың кейбір түрлері биодизельге өңделетін мұнай өндіру мүмкіндігіне ие. Өндіріс шығындары күрделі болып қала берсе де, зерттеулер микробтық биоэнергияны бәсекеге қабілетті етуді жалғастыруда.
5. Қалдықтарды өңдеу және биоремедиациялауға арналған микробтар
Өнеркәсіп қоршаған ортаны ластайтын сұйық және қатты қалдықтарды шығарады. Микробтар органикалық материалдарды және кейбір қауіпті химиялық заттарды ыдырату қабілетіне байланысты ағынды суларды тазартуда қолданылады.
Ағынды суларды тазарту қондырғыларында бактериялар органикалық заттарды ыдыратады, бұл ластаушы заттардың деңгейін төмендетеді. Белсендірілген тұнба сияқты процестер органикалық қалдықтарды «жейтін» микробтар қауымдастығын пайдаланады. Сонымен қатар, кейбір микробтар ауыр металдар, пестицидтер немесе мұнай көмірсутектері сияқты улы қосылыстарды байланыстыруға немесе түрлендіруге қабілетті.
Биоремедиация – микроорганизмдерді пайдаланып ластанған ортаны қалпына келтіру – мұнаймен ластанған топыраққа немесе суға кеңінен қолданылды. Оның артықшылығы - қосымша қалдықтардың пайда болу қаупін тудыратын физикалық немесе химиялық әдістерге қарағанда экологиялық тазарақ.
6. Өнеркәсіптік ауыл шаруашылығы мен мал азығындағы микробтар
Ауыл шаруашылығында микробтар биотыңайтқыштар және биологиялық бақылау агенттері ретінде қолданылады. Rhizobium сияқты азот бекітетін бактериялар өсімдіктерді азотпен қамтамасыз етуге көмектеседі, химиялық тыңайтқыштарға тәуелділікті азайтады. Микориза саңырауқұлақтары су мен минералды сіңіруге көмектеседі, әсіресе құнарлылығы төмен топырақтарда өсімдіктердің өсуін жақсартады.
Мал шаруашылығында микробтар ашытылған жем мен пробиотиктер өндірісінде қолданылады. Лактобацилла немесе бацилла негізіндегі пробиотиктер малдың ас қорытуына көмектеседі, жемнің тиімділігін арттырады және ауру қаупін азайтады, осылайша антибиотиктерді қолдануды азайтады.
7. Тоқыма, қағаз және химия өнеркәсібіндегі микробтардың рөлі
Микробтар азық-түлік емес салаларда да маңызды рөл атқарады. Микробтық ферменттер маталарды тегістеу және ірі талшықтарды азайту үшін тоқыма биоплировкалау процестерінде қолданылады. Қағаз өнеркәсібінде ксиланаза сияқты ферменттер целлюлозаны ағарту процесіне көмектеседі, бұл қоршаған ортаға зиянды химиялық заттарды пайдалануды азайтады.
Химиялық өнеркәсібінде микробтар лимон қышқылы (әдетте Aspergillus niger-ден), сүт қышқылы (биологиялық ыдырайтын пластмассалар/PLA үшін) сияқты органикалық қышқылдарды, сондай-ақ еріткіштер мен хош иісті қосылыстарды өндіру үшін қолданылады. Микробтарға негізделген өндіріс көбінесе «жасыл химия» деп аталады, себебі ол шығарындылар мен улы қалдықтарды азайта алады.
Қорытынды
Микробтар тиімді, ерекше және салыстырмалы түрде экологиялық таза биологиялық процестерді жүзеге асыру қабілетінің арқасында өнеркәсіпке айтарлықтай пайда әкеледі. Тағамдық ферментация мен фермент өндірісінен бастап фармацевтикаға, қалдықтарды өңдеуге және жаңартылатын энергияға дейін микробтар қазіргі заманғы өнеркәсіптік прогрестің маңызды құрамдас бөлігі болып табылады. Биотехнология мен гендік инженерияның дамуымен микробтарды пайдалану кеңейеді деп күтілуде, бұл тұрақты, энергия үнемдейтін және экологиялық таза өнімдерге әкеледі. Осылайша, микробтар тек сақ болу керек кішкентай организмдер ғана емес, сонымен қатар әртүрлі өнеркәсіптік салалардағы стратегиялық серіктестер болып табылады.
