Зеленая химия и перспективы ее развития

2.3.Микроорганизмы в промышленности.

За долго до появления химии люди использовали микробов в производстве различных продуктов и веществ: превращение молока в сметану ( молочнокислые бактерии), виноградного сока в вино, изготовление теста ( дрожжи ) и так далее. Однако термин «микробиология» был введён венгром Карлом Эреки в 1917 году, согласно которому к биотехнологиям стали относить все виды работ, при которых из сырьевых материалов с помощью живых микроорганизмов производят различные продукты. В настоящее время микроорганизмы используют на заводах по изготовлению антибиотиков, витаминов, инсулина и многих других лекарственных препаратов. Использование микробов в различных производствах дает различные плюсы:

В несколько раз снижается потребление энергии ( экономия нефти ).

Сокращается расход дефицитной пресной воды.

Никаких отходов и выбросов опасных для окружающей среды и человека.

В современном мире микроорганизмы применяют во многих сферах. Так, в сельском хозяйстве, микробная биомасса используется как корм скоту. Микробная биомасса некоторых культур используется в виде разнообразных заквасок, которые применяются в пищевой промышленности: при приготовлении хлеба, пива, вин, спирта, уксуса, кисломолочных продуктов, сыров и многих продуктов. Другое важное направление-это использование продуктов жизнедеятельности микроорганизмов. Продукты жизнедеятельности по природе этих веществ и по значимости для продуцента можно разделить на три группы:1 группа - это крупные молекулы с молекулярной массой. Сюда относятся разнообразные ферменты (липазы и т.д.) и полисахариды. Использование их чрезвычайно широко - от пищевой и текстильной промышленности до нефтедобывающей.2 группа - это первичные метаноболиты, к которым относится вещества, необходимые для роста и развития самой клетки: аминокислоты, органические кислоты, витамины и другие.

3 группа - вторичные метаноболиты. К ним относится: антибиотики, токсины, алкалоиды, факторы роста и др.

 

Важное направление биотехнологии - использовании микроорганизмов как биотехнических агентов для превращения или трансформации некоторых веществ, очистки вод, почв или воздуха от загрязнителей. Также в добыче нефти микроорганизмы играют важную роль. Традиционным способом из нефтяного пласта извлекается не более 50% нефти. Продукты жизнедеятельности бактерий, накапливаясь в пласте, способствуют вытеснения нефти и более полному выходу её на поверхность.Огромная роль микроорганизмов в создании поддержании и сохранении почвенного плодородия. Они принимают участие в образовании почвенного перегноя - гумуса. Применяются в повышении урожайности сельскохозяйственных культур.В последние годы началось развиваться ещё одно принципиально новое направление биотехнологии - бесклеточная биотехнология.Селекция микроорганизмов основана на том, что микроорганизмы приносят огромную пользу в промышленности, в сельском хозяйстве, в животном и растительном мире.Немаловажную роль играют микробы и в медицине. Традиционные методы производства вакцин основаны на применении ослабленных или убитых возбудителей. В настоящее время многие новые вакцины (например, для профилактики гриппа, гепатита В) получают методами генной инженерии. Противовирусные вакцины получают, внося в микробную клетку гены вирусных белков, проявляющих наибольшую иммуногенность. При культивировании такие клетки синтезируют большое количество вирусных белков, включаемых впоследствии в состав вакцинных препаратов. Более эффективно производство вирусных белков в культурах клеток животных на основе технологии рекомбинантных ДНК.

В нефтедобыче. В последние годы получают развитие методы увеличения нефтеотдачи с применением микроорганизмов. Их перспектива связана, в первую очередь, с простотой реализации, минимальной капиталоемкостью и экологической безопасностью. В 1940 - х годах во многих нефтедобывающих странах были начаты исследования по применению микроорганизмов для интенсификации притока в добывающих скважинах и восстановления приемистости нагнетательных скважин.

В пищевой и химической промышленности. К наиболее известным промышленным продуктам микробного синтеза относятся: ацетон, спирты (этанол, бутанол, изопропанол, глицерин), органические кислоты (лимонная, уксусная, молочная, глюконовая, итаконовая, пропионовая), ароматизаторы и вещества, усиливающие запахи (глутамат натрия). Спрос на последние постоянно увеличивается из-за тенденции к употреблению малокалорийной и растительной пищи, для придания вкусу и запаху пищи разнообразия. Ароматические вещества растительного происхождения можно производить путём экспрессии генов растений в клетках микроорганизмов.

Итак, природа была и будет главным учителем химиков. Она не только участвует в технологических процессах, но и продолжает делиться с нами своими секретами. Их набор бесконечен и хватит на всех, кто захочет заниматься химией и создавать что-то новое и нужное.

Как внедрить «зелёный» процесс?

Внедрение -- задача трудная даже для промышленно развитых стран. В Великобритании, например, сейчас всячески поощряют взаимодействие учёных и химиков-технологов -- раньше такого практически не было. Создаются даже совместные центры для внедрения „зелёной“ химии.В Ноттингемском университете впервые в мире начали читать курс по зелёной химии для студентов-химиков и химиков-технологов последнего года обучения. Старшекурсников учат рассматривать химико-технологический процесс в целом, а не фрагментарно. Сегодня уже недостаточно, чтобы специалист мог подобрать традиционный или наиболее дешёвый реагент для промышленного синтеза, необходимо держать в уме весь процесс от начала до конца. Первичные источники исходного реагента (добываемые или возобновляемые); как этот реагент получают; атомная эффективность реакции; растворители -- их минимизация или использование нетоксичных растворителей; селективность выхода (низкий выход возможен только в случае, если в реакции нет побочных продуктов или если исходное вещество можно использовать повторно); стоимость побочных продуктов (может быть настолько высока, что обеспечит жизнеспособность процесса)… Словом, рассказать обо всём химическом процессе от получения исходных продуктов до конечного результата -- это само по себе гигантская работа. А чтобы ещё производство получилось „зелёным“ да не очень дорогим…Благодаря совместному семинару для молодых учёных „Зелёная химия и катализ“, который теперь должен стать традиционным и ежегодным, появилась надежда, что и наши химики-технологи когда-нибудь задумаются об „озеленении“ химического производства, тем более что у нас есть интересные работы в этой области.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы.

1.Локтева Е.С., Лунин В.В., Голубина Е.В. Химия в интересах устойчивого развития. Издательство Московского Университета, 2007.

2.Локтева Е.С. Зелёная химия. // Новая Российская энциклопедия.

3.Поляков М. Зелёная химия- очередная промышленная революция. // Химия и жизнь –2004 –№6.

4.Abercade. //www.abercade.ru. Ссылка действительна на 2009 год.

5.Коган Н. Топливный хайтек. // Альтернативное топливо –№46– 11.06.2011.