Дәріс № 11. Жылу алмасу жүйесі, биореакторды стирильдеу және көбікбасу

Табиғи конвекция кезіндегі жылу берудің есептеулері.

Табиғи конвекциялы жылу беру есептеулерінің қажеттілігі жиі кездеседі, мысалы жылу жүргізуші құбырлардың, булы және су жылытушы қазандардың, жылу жоғалуының есептеулерінде, жылытушы және қыздырушы аспаптарының есептеулерін жүргізуде және т.б кездеседі.

Табиғи конвекция кезіндегі, жылу беру жағдайының екі түрін ажыратады: жылу берудің өте көп көлемде және жылу берудің шектелген (өлшемді) көлемдегі түрлері.

Өте көп көлмдегі жылу берілу. Жылудың өте көп көлемде берілуі, тек қана бір құбылыспен сипатталады, мысалы сұйықты қыздырумен өтеді. Сұйықтың салқындауы, өте қашықта болғандықтан процесстің өтуіне әсерін тигізбейді.

Шектелген кеңістіктегі жылу беруі.

Табиғи конвекция кезінде, осындай жылу беру сұйықтық қабатшаларында, әртүрлі орын алады, мысалы терезе рамаларының әйнектерінің арасында өтеді.

Табиғи конвекция, кезінде, сүйықтың көп көлемде салқындауы (жылытуы), бетінен қашықта өтеді де, конвекция процессіне әсерін тигізбейді. Егер, жылу беруші және жылу қабылдаушы бет жақын орналасса, онда, жоғары көтерілетін және төмен түсетін сұйық ағыны жылытушы құрылғылармен бөлмелерді жылыту, сұйық құбырларының сууы және т.б құбырларымен өтеді. Табиғи конвекциямен пайда болуын қарастыралық, мысалы, сумен жылытылатын радиатордың айналасындағы конвекция.

Қыздырылған қабырғамен ауа, тікелей жұғысқаннан кейін, қызып, жеңіл болады да, Архимед заңына байланысты бетіне көтеріледі де, оның орнына суыңқыраған ауа келеді. Осылайша, қабырға бойымен тоқтаусыз ауа алмасуы жүреді. Радиатордың төменгі қабырға жағында, ауаның өте жұқа қабаты, аз жылдамдық пен көтеріледі де, бұл жерде ламинарлы қозғалыста өтеді. Жылы ауа қабаты, жоғарлап көтерілген сайын, қабаты қалыңдай түседі, жылдамдығы артады. Қабырғаның жеткілікті биігінде өтпелі кезең шекарасынан кейін, ақырындап турбулентті қозғалысқа айналады. Сонымен, ламинарлы және турбулентті қозғалыстар, аралық аймағында өтпелі аймақ болады.

Барлық жазық беттер түрі үшін, өте көп көлемдегі табиғи конвекция кезіндегі, жазық беттің орташа жылу беру коэффициентін анықтаудың есепті формуласы және оның бейімделу іс бағыты (ориентация), сонымен қатар, қандай сүйық және газ болмасын және қандай да қысым мен температураны анықтайды:

Биореактор - биотехнология өндірісінде микроорганизмдерді, өсімдік, жануар жасушаларын өсіру үшін қолданылатын аппарат.

Микроорганизмдерді осіретін аппараттарды биореактор немесе ферментер деп атайды.

Өсімдік клеткаларында вакуоль целлюлоза мен пектиннен тұратын сырткы кабығы олар оте оңай закымданады, әсіресе суспензияны қыздырған кезде. Клеткалар созылып өсу кезінде жиі бүлінеді. Ферментерлерде араластыру аркылы оттегімен камтамасыз ету жолмен өтеді. Былғауыш әрқалай жылдақдықпен айналады және оның қалақтары алуан түрлі болады. Өте шапшан айналдыру клеткалардың бүлінуіне әкеп соғады, ал араластыру жылдамдығы тым бәсендеп кетсе кейбір клеткалар тұнба боп шөгіп, акырында құриды. Ғалымдар зерттеулер жүргізіп, биомассаның өсуіне жағдай жасауға тырысады. Клеткалар саны тіпті көбейіп кеткен жағдайда суспензия өте қоюланып, оның тұтқырлығы артады да, өсіруді қиындатады. Өсімдік клеткаларының микроорганизмдерден тағы бір айырмашылығы, олар бір-біріне, ферментердін кабырғасына және былғауышқа оңай жабысады. Бұдан баска тағы бір қиыншылық - өсімдік клеткалары ыдыстын үстінгі жағында көбік боп жиналады. Өсімдік клеткаларынын осы айтылған ерекшеліктері ғалымдарды ферментердің түрі мен араластыру ережесін үлкен ұқыптылықпен таңдап алуға мәжбүр етеді. Суспензиядағы клеткаларды өсіру негізіңде микроорганизмдер үшін жеке зерттеліп, іс жүзінде кең пайдаланылатын хемостат шен турбидостат принциптері жатады. Хемостат ережесі бойынша, үздіксіз өсіру процесі өсуді тежейтін белгілі бір фактордың әсерімен өтеді. Хемостат әдісін қолданғанда, құрамыңда өсуді тежейтін, концентрациясы белгілі компоненті бір жаңа қоректік орта, тұракты жылдамдықпен биореакторға келіп түрады да, өскен клеткалар суспензиясы сондай жылдамдықпен шығарылып алынып отырады.


Дәріс № 12. Биотехнологиялық процесс, үздікті және үздіксіз аппарат жұмысы.
Микроорганизмдерді культивирлеу әдістері.

Биотехнологиялық синтез технологиясы микроорганизмдер – продуцентінің қасиетіне қарай құрастырылады. Микроорганизмнің осы түрі үшін жағдайының жаақсы болуы, тек өмір сүруіне қолайлы жағдай жасап, көп мол өнім алуға мүмкіндік береді және синтездей алады.

Микроорганизмдерді культивирлеудің кезеңді және үздіксіз әдістері белгілі.

Микроорганизмдерді кезеңді түрде культивирлеу.

Егіс материалын алу барысында көбінесе культивилеудің кезеңді әдісі қолданылады. Микроорганизмдерді культивирлеу кезінде компоненттер қоректік ортаға келіп түспей және одан шықпай тұрған кездк микроорганизмдер өсіріледі және көбееді.

Кезеңдік культивирлеу микробты биосинтез танысқанда алдымен кезеңді культуранаң өсу динамикасын зерттеуден басталады. Периодты культураның дамуы үшін қоректік ортаға егуден басталады. Егу процесі мынадай мөлшерде іске асырылады, минималдды ұстаумен немесе лаг фазасыз микроорганизмнің алдымен өсуімен қамтамасыз етіледі. Биосинтез барысында лаг фазаға түсінікті аз береді немесе өсу үшін қолайсыз жағдаймен түсіндіріледі. Көптеген микробиологиялық процесс үшін ортанаң көлемінің 2% -дей мөлшері «жаңадан жасалған» егіс материалына қатысады.

Тізбектелген ауысу фазалары графикалық түрде көрсетілуі мүмкін.Шыны ыдыста жассушаның саны егіс материалын еккен кезден бастап анықтаса, әрбір уақыт мерзімі белгіленіп, абцисса осіне жіберіледі, жасушаның белгілі санына сәйкестендіріліп ординат осіне жіберіледі.Бұл қисықты микроорганизмдердің өсу қисығы деп атайды және бірнеше фазаларға немесе периодтарға бөледі.

I-фаза лаг-фаза немесе бейімделу фазасы деп аталады. Мұнда жаңадан жасалған қоректік ортаға жіберілген микроорганизмдер көбеймейді, қайта бейімделеді. Бұл фаза 1-2 сағатқа созылады. Фаза аяқтплғаннан кейін жасуша көбее бастайды. Қоректік ортаны пайдалану қуатты түрде жүреді.

Микроорганизмдер көбейгенге дейін қоректік орта инокуляторға енгізіліп отырады. Бұл кезеңде культура жаңа ортаға бейімделеді, бұл фазаның ұзақтығы микроорганизмдердің физиологиялық ерекшелігіне және культивирлеу жағдайына, байланысты егіс материалына және өндірістік орта құрамына байланысты болады. Мұндай айырмашылық аз болған сайын және егілетін микроорганизмдердің мөлшері неғұрлым көп болса, онда 1 фазаның өсуі соғұрлым қысқа болады.

II-фаза өсу жылдамдығының фазасы немесе ауыспалы деп аталады. Бұл жасушаның бөліне бастауы болып сипатталады. Бұл сатыда жасушадағы нуклеин қышқылының ақуыз құрамы жоғарылайды, жасуша көлемі ұлғаяды. Жасуша беті белгі қатынасының аралық жетістігінің арқасында және оның көлемі жасушаның бөлінуімен жүргізіледі, нәтижесінде культураның өсу жылдамдығы мен популяция саны ұлғаяды. Әдетте бұл фазаның жалғасы жоқ.

III-фаза - жасуша санының анағұрлым активті өсу фазасы. Даму фазасы көбеюдің ең активті фазасы. Онда микроорганизмдер қарқынды дамиды, өсу шапшаңдығы да арта түседі. Кейбір жасушалар тіршілігі тежеле бастайды. Ол экспоненциалды немесе логорифмді фазаның өсуі деп аталады. Бұл фазада жасуша белгіленген өсу жағдайына толығымен бейімделгенен кейін басталады, культураның өсуі қоректік зат түспесе де, азықтық заттың зат алмасуы мол болмаса да шектелмейді. Өсу жылдамдығы максималды бекітіледі.

IV - фаза баяу өсу фазасы немесе өсу жылдамдығының төмендеуі бұл фазаның, экспоненциалды фазаға қарағанда жасушалар біртекті болмайды, себебі қолайсыз факторладың әсерінен қоректік зат концентрациясы төмендейді, зат алмасуда өнімнің жиналуы өседі.

V - фаза – стационарлы фаза деп аталады. Бұл фазада пайда болған жасушалар мен қырылған жасушалардың саны теңеледі. Сондықтан тірі жасушалар саны біраз уақыт тұрақты болып қала береді. Көбею кезінде түзілген өнімдер микроорганизмдер тіршілігіне нұқсан келтіре бастайды. Бұл фаза бірнеше сағаттан бірнеше күнге дейін созылады.

VI – фаза - қырылу фазасы немесе жойылу фазасы. Бұл фазада пайда болған жасушалар санынан қырылған жасушалардың саны басым болады. Қоректік ортаның физико-химиялық қасиеті мүлдем өзгеріп, микроорганизмдердің тіршілік етуіне зиянды жағдайға көшеді. Жасушалар қырылу жылдамдығы арта түседі.

Микроорганизмдерді кезеңді әдіспен өсіру көптеген өндірістерде, егіс материалдарын алу сатысында қолданылады, оның ең басты сатысы – ферментация, көптеген өндірістер үздіксіз немесе кезеңді әдіске байланысты емес.

Кезеңді культивилеуде микроорганизмдердің барынша максималды өсу қабілеті толық қолданылмайды. Тіршілік етудің ең белсенді кезеңі - логарифмдік фаза - өндірістік циклдің азырақ бөлігін алады,ал уақыттың көп бөлігі лаг фазаға кетеді және өсудің жәймен өсетін кезеңіне өтеді.

Кезеңді культивирлеу кезінде жасушалар барлық уақыт бойы ауыспалы жағдайда болады. Алдымен қоректік ортаға дер кезінде мол мөлшерде қоректік заттарды енгізсе, жасуша өсуініңингибирленуі сонда тіршілік етуші микроорганизм өнімнің жиналуы және қоректенудің жетіспеуі басталады. Егер қоректік ортаға бірден мол мөлшерге қоректік зат қосса, онда культураның өсуінің ингибирленуі болады, демек микроорганизмдердің катаболиттік репрессиясы деп аталады. Қоректік затты жәймен қосудың арқасында микроорганизмдердің өсуің ингибирленуін болдырмауға болады. Бұл әдіс субстратты аздап мөлшерлеумен микроорганизмдерді культивирлеу деп аталады.

Культивирлеу барысында қоректік көздерін қосу кезінде қоректік ортаның көлемін өзгертеді. Орта көлемін тұрақты және ортадағы тіршілік етуші микроорганизм өнімднрінің концентрациясын төмендетіп ұстап тұру үшін, культураларды сұйықтықтың бір бөлігін белгілі бір уақыт аралығында аппараттан алып тастауға болады. Мұндай кезеңді культивилеу процесі «көлемді -мөлшерлеуіш» деп аталады.

Субстратты аздап мөлшерлеуде кезеңді культивирлеудің тағы бір әдісі, бұл диализдеуші мембрана арқылы лимиттеуші субстраттың келуін бақылаушы процесс. Егер аппаратқа мембрана орнатқанда, тек белгілі бір заттар сол арқылы ғана енеді, мембранадан бөлінген, ерітіндіден еріген зат диффузиясы арқасында ортадағы оның концентрациясы тұрақты ұсталынып тұрады.

Үздіксіз культивирлеу, экспоненциалды даму фазасында микроорганизмдердің тіршілік етуін ұстан тұру үшін ферменттерге белгілі мөлшерде сандық және сапалық қатынастарда қоректік заттарды үздіксіз беріп отыру болып табылады. Мұндай жағдайларға қозғалмалы күйден тепе-тең күйге жеткізеді, бұл кезде жасушалардың үдіксіз ағдайда және бірден жылдамдықпен көбеюі, қоректік заттарддың келіп түсу жылдамдығымен сәйкес келеді. Культивирленетін жасушалар қоректік заттар мен унемі қамтамасыз етуіне қарамастан культураларды сұйықтықта іс жүзінде олар мүлдем жоқ, демек ағып өтетін сұйықтықта жоқ деген сөз.

Ферментация процесі аяқталғаннан кейін культуралды сұйықтықтың құрамында микроорганизмдердің тіршілік етуіне қажетті заттар, қоректік ортаның қалдықтары көбік сөндіргіш ерігіш және ерімеген заттар болады.

Жасуша өлуінің 2 түрін ажыратамыз: некроз және апонтоз. Некроз жасушаның энергиясына және мембрананың өткізгіштігіне тікелей немесе жанама әсер ететін түрі химиялық немесе физикалық сыртқы факторлардың әсерлерінен туындайды. Бұл жағдайларда жасушаның құрылысы мен қызметіне біртекті бұзылулар байқалады. Жасушаның құрамында келесі өзгерістер байқалады: мембраналық компоненттер ісінеді, АТФ синтезі, ақуыз, нуклеин қышқылдары синтезі, ДНК деградациясы, лизосомдық ферменттердің белсенділігі тоқтатылып, лизиске алып келеді.

Апонтоз - жасуша метоболизімінің алғашқы бұзылуынсыз жүреді. Осы жағдайда түрлі себептердің әсерінің нәтижесінде ядрода жасушаның өз-өзін жоюына жауапты гендердің белсенденуі жүреді. Ол гендер жасушаның өлуін алдын-ала жоспарлайды. Бұндай өз-өзін жою бағдарламасы сигналдық молекулалардың (ақуыз және гормондар) жасушаға әсерінің нәтижесінде іске қосылады. Өз-өзін жою гендерінің белсенденуі реттеуші сигналдардың тоқталуына әкеп соғуы мүмкін.

Ағза және оның жасушалары әрдайым түрлі химиялық, физикалық және биогендік факторлар әсеріне ұшырайды. Бұл факторлар әсері қызметтік ауытқуларға алып келетін бір немесе бірнеше жасушаларының құрылымдарын алғашқы бұзылуларға алып келеді. Жарақаттану қарқындылығының ұзақтығы мен сипаты байланысты жасушаның тіршілігі әр түрлі болады. Жарақттнуының нәтижесінде туындайтын өзгерістерге жасуша бейімделеді. Жарақаттанушы әсер тоқтатылғанда реактивтеледі немесе қайтымсыз өзгеріске ұшырап, өледі. Осылар арқылы жасушаның қызметтік жағдай көптүрлі екендігін байқауға болады. Зақымдалу құбылыстарының жалпы жасушалық реакцияларының бірі - түрлі бояулармен байланысу қабілетінің өзгеруі. Мысалы, жасуша сыртқы ортадан ерітілген түріндегі бояулард түйіршік түрінде цитоплазмада жинайды, ал ядро реңсіз болып қалады. Жасушалардың түрлі физикалық (қайнату, қысым) немесе кейбір химиялық факторлар (рН, спирттің қысымы және т.б.) әсеріне ұшырауы түйіршіктің түзілуін тоқтатады және жасушаға енген бояулар әсерінен цитоплазма және ядро диффузды боялады. Егер әсер ететін фактор қайтымды болса, оны анықтауда жасуша қалыпты жағдайына келеді, оның түйіршік түзуі қалпына келеді. Жасушаның түрлі зақымдалуынан қышқылдық фосфорлануы төмендейді: АТФ синтезі тоқтайды және О₂ қабаылдауы жоғарлайды. Зақымдалған жасушаларға гликолитикалық процестердің күшеюі АТФ мөлшерінің төмендеуі, протеолизаның белсенденуі тән. Түрлі агенттердің әсерінен туындайтын цитоплазмадағы арнайы емес қайтымсыз өзгерістер жиынтығын паранекроз деп атаймыз.

Жасуша бүліністеріне көптеген себепкер ықпалдар әкеледі. Оларды сырттан әсер ететін - экзогендік және организмнің өзінде пайда болатын – эндогендік - деп 2 үлкен топқа ажыратады. Экзогендік бүліндіргіш ықпалдар өз алдына инфекциялық және бейинфекциялық болып бөлінеді. Оларға:

• Физикалық ықпалдар (ионндағыш сәулелер, ыстық немесе суық температуралар, электр соққы, электромагниттік толқындар);

• Биологиялық ықпалдар (микробтар, вирустар, қарапайым жәндіктер, майда саңырауқұлақтар, аутоантиденелер, цитотоксиндік Т- жасушалары);

• Механикалық ықпалдар (жарақат, жаншылу, қысылу);

• Химиялық ықпалдар (органикалық немесе бейорганикалық улы заттар, кейбір дәрі-дәрмектер, гипоксантия, реоксигенация);

• Психогендік ықпалдар (жан жарақаты, рухани күйзелістер, ауыр эмоциялар).

Осы таза өнімдерді алу әр – түрлі процестер арқылы шешіледі және көбісін біз бұрын қарастырған болатынбыз. Оларға экстрация және экстрагирование, адсорбция, иондық алмасу, ультрафильтрация және кері осмос, ректификация және ферментолиз. Бұлардан басқа тағы процестерді қолданады, олар:

1. 
   Конценрирлеу және бөлу әдістерінің сипаттамасы.
   

Концентрлеудің белгілі көптеген әдістерінің ішінен ең көп дамығандары және кең тарағандары экстракциялық, хромотографиялық, сорбциялық пен кейбір электрохимиялық әдістер.

Концентрлеу компоненттерді бөлумен және оларды әр түрлі фазаларға таратумен байланысты, сондықтан концентрлеу әдісін бөлу әдісі ретінде пайдалануға болады.

Бөлу әдістерін екі топқа ажыратамыз – физико-химиялық және химиялық.

Бірінші топқа кристалдау, қайнату (суалту), дистилдеу, экстракциялау, сорбция, хромотография; Екінші топқа – тұндыру, редокситұндыру, ұшқыш қосылыстардың түзілуі жатады.

Бөлудің физико-химиялық әдістерінде екі фаза болады, олардың арасында анализденетін қоспа компоненттері қайта бөлініп тұрады. Кейбір әдістерде алмасу тең бөлу үшін екі фазаны араластырады. Мұнда бөлу мөлшерлік түрде қажет, яғни бір компонент бір фазада, ал екінші екінші фазада болуы керек. Кристалдану және суалту әдістеріне анықталатын компонент қатты фазада болғаны дұрыс, себебі суалтқанда көбінесе буды жинап алу қиын, ал кристалдануды қоспадан таза заттарды алу үшін қолданылады.

Химиялық тәсілмен бөлгенде бір жүйеге екінші компонентті қосады. Химиялық реакция нәтижесінде екінші фаза түзіледі.

Концентрлеу әдісін таңдағанда, анализденетін зат табиғаты мен химиялық құрамын, барлық операциялардың ұзақтығын, құрал-жабдықтардың түгелдігін және әрі қарай өлшеу әдістерін жетекшілікке алады.

Топтық және жеке концентрлеу деп ажыратылады. Бірінші жағдайда бір операцияда бір топ компоненттер бөлініп шығарылады. Концентрлеу не негізін жайып, не микрокомпоненттерді бөліп шығарып жүзеге асырылады.

Тұндыру – бөлу әдісі.

Әр түрлі элементтерді бөлу және бөліп шығару әдістеріндегі ең ескі тәсілдердің бірі тұндыру. Оның көмегімен периодтық жүйенің көптеген элементтері ашылды. Тұндыру әдістері сапалық анализдің негізгі әдістері болып табылады.

Тұндыру процесінде нашар еритін қосылыстың тұнбасы – қатты фаза түзіледі. Анықталатын компоненті ерігіштік көбейтіндісінің ережесіне сай фазалар аралығында бөлінеді. Тұндырып болғаннан кейінгі ерітіндідегі компоненттің рұқсат етілетін мөлшері 0,1%-дан аспауы керек, ал тұнбаға бөлінетін элементтің 0,1%-нан артығы өтпеуі керек.

Екі компонентті тұндыру әдісімен бөлу үшін екі тәсіл бар:

- ерітіндіден тұнбаға анализденетін компонентті бөліп шығарады;

- егер екі элемент қатты фазада болса, онда біреуін ерітіп, ерітіндіге өткізеді.

Сондай-ақ қиыстыру тәсілі де қолданылады: екі компонентте ерітіндіде болады, одан екеуі бірге тұнады, соңынан олардың біреуін ерітіндіге өткізеді, екіншісі тұнбада қалады.

Егер кедергі жасайтын компонент бірнеше болса төмендегі тәсілдердің біреуін таңдап алады:

- селективті тұндырғыш көмегімен, анықталатын компонентті бөліп алады, кедергі жасаушы компоненттер ерітіндіде қалады;

- топтық тұндырғыш таңдап алады, ол барлық кедергі жасаушы компоненттерді бөліп алуға мүмкіндік жасайды, анықталатын мен ерітіндіде қалады.

- барлық элементтер бірге тұндырылады, одан соң анықталатын компонентті ерітіндіге өткізеді, кедергі жасаушылар тұнбада қалады.

Күрделі қоспалар болғанда әр түрлі варианттар және оларды қиыстыру қолданылады, сондай-ақ тұндыруды басқа әдістермен сәйкестендіреді. Тұндыру әдісімен заттарды бөлу дәрежесіне әсер ететін факторлар:

- тұндырылатын қосылыстың ерігіштігі;

- тұндырғыштың артық мөлшері;

- ерітінді рН-ы;

- комплекс түзушінің болуы.

Сонымен қатар жұмыс әдістемесінің тиімді жағдайын дәл сақтау қажет.

Қоса тұну – концентрлеу әдісі.

Берілген жағдайда өз бетінше тұнбаға түсе алмайтын бөгда иондарды тұнбаның (коллектор) қалуын қоса тұну дейміз. Қоса тұну кезінде микрокомпоненттің ерітінді мен түзілетін тұнба арасында бөлінуі пайда болады, мұнда бір мезгілде микро- және макроэлементтердің тұнбаның қатты фазасына өтуі жүзеге асады.

Заттың макрокомпоненттерімен микрокомпоненттер қоса тұнатын механизмдер белгілі: адсорбция, аралас немесе изоморфты аралас кристалдардың түзілуі, аралас тұну (окклюзия) механикалық ұстап қалу.

Қоса тұну кезінде түзілетін тұнбаға фазалар санын ескеру керек. Қоса тұнуды тек бір компонент тек бір компонент болғанда өткізеді, ал тәжірибеде көп компонентті тұндырулар кездеседі. Егер қоса тұну кезінде «ерітінді – тұнба» тепе-теңдігінде тек қана коллектор қатысатын болса, қоса тұну туралы тек бір ғана қатты фаза қатысады. Оның бетінде қоса тұнудың физико-химиялық және микрокомпонетті қайта бөлу процесі жүзеге асады.

Қоса тұнуда бірнеше қатты фаза қатысатын болса, бастапқы жүйеге коллекторды енгізгенде, химиялық процесс жүреді де, ол бірнеше фазаның түзілуіне алып келеді, оларды коллектордан бөліп аламыз.

Бөліп алу үшін флотация, седиментация, центрифуга, магнитті сепарация, селективті еріту, буландыру т.б. әдістер қолданылады.

Экстракция негізінде екі фаза арасында компонентті бөлу принципі жатыр. Экстракция процесі таңдамалы түрде сұйық немесе қатты заттар қоспасының бір немесе бірнеше компоненттерін органикалық еріткіштер көмегімен бөліп шығаруға мүмкіндік туғызады. Тәжірибеде сұйықтық экстракциясы, яғни екі араласпайтын сұйықтықтарда компоненттердің бөлініп таралуы жиі пайдаланылады.

Сулы және органикалық еріткіштерде компоненттердің ерігіштігі әр түрлі болуына байланысты бөлу және концентрлеу жүзеге асады. Мысалы, суда ерімейтін комплексті қосылыстар органикалық еріткіштерде жақсы ериді.

Органикалық еріткіштер ретінде экстракция процесінде хлороформ, бензол, диэтил эфирі, жоғары спирттер, көмірсулар, толуол т.б. қолданылады. Бұл еріткіштерде бейорганикалық тұздар (роданидтер, иодидтер, нитраттар), комплексті тұздар (оксихиналиттар, дитиокарбоминаттар, комплексонаттар), фосфор, молибден, вольфрам, кремний т.б. гетерополиқосылыстары жақсы ериді.

Бөлуді жүргізу үшін әуелі өлшендіні алдын-ала дайындайды (еріту, сұйылту, буферлеу, сәйкес реагенттерді қосу), барлық ерітінділерді немесе аликвотты бөлгіш воронкаға құйып экстрагент қосады, мұқият араластырып, фазалар бөліну үшін тұндырады да, оны бөлгіш воронканың краны арқылы бөледі.

Қажет болғанда экстракцияны қайталайды. Одан экстракцияланған элементтерді анықтайды.

Әр түрлі молекулалар мен иондарды аналитикалық анықтау мақсатында концентрлеу және бөлу үшін хромотографиялық әдіс үлкен қолдау тапты.

Хромотографияның негізін салушы М.С. Цвет. «Аралас ерітінді адсорбент бағана арқылы сүзгенде, пигменттер жеке әр түрлі боялған зона түрінде қабатқа бөлінетіндігін» бірінші болып көрсетті. Спектрдегі жарық сәулелері сияқты күрделі пигменттің әр түрлі компоненттері адсорбент бағанасында заңды түрде бірінен соң бірі таралып бөлінеді де сапалық және мөлшерліканализ жасауға мүмкіндік туады. Мұндай түрлі-түсті препаратты «хромотограмма», оған сәйкес анализ әдісін «хромотография» деп аталады. Хромотография әдіс биология, медицина, химиялық, мұнай химиялық, мұнай өңдейтін, газ, фармацевтика, өнеркәсібінде, халық шаруашылығының басқа салаларында ғылыми зерттеу және тәжірибелік жұмыстарда қолданылады. Қазіргі таңда ең көп тарағаны: адсорбциялық, ион алмастырғыш, тұндыру, таралу, тту-тсу хромоторгафия болып отыр.

Адсорбциялық хромотография.

Қатты ұнтақ тәріздес адсорбенттің қоспадағы жеке компоненттерді таңдап адсорбциялануына негізделген. Оны фронтальды, ығыстырып шығару және элюентті тәсілмен орындай аламыз.

Фронтальды тәсіл зерттелетін ерітінді хромотографиялық колонканың жоғары бөлігіне үздіксіз беріліп тұрады да сүзіндінің жеке фракциялары жинақталады, онда бөлінетін компоненттердің мөлшері анықталуына негізделген. Егер қоспада тек екі компонент болса, онда қоспаны өткізгенде колонкадан әуелі таза еріткіш, одан кейін колонка анализденетін ерітіндімен қаныққан соң аз сорбцияланатын компоненті бар ерітінді, ең соңынан екі компонентті де бар ерітінді ағын шығады. Фронтальды тәсілмен белгілі фракцияда таза түрінде тек аз сорбцияланатын компонентті алуға болады. Фронтальды тәсілмен зерттелетін қоспаны компоненттерге толық бөлуге мүмкіндік болмайды.

Ығыстырып шығару тәсілі. Колонкаға бірнеше компоненті бар анализденетін ерітіндінің аликвотасын енгізеді, сорбциялануы жақсы компоненттің көмегімен нашар сорбцияланатынын ығыстырып шығарады. Жақсы сорбцияланатын зат компоненттерді сорбциялануына байланысты талдап бірізді ығыстырып шығарады. Бұл компоненттердің бөліну толықтығы эксперимент жүргізу жағдайына байланысты.

Элюентті тәсіл. Сорбциялану қабілетіне байланысты колонкада әр түрлі таралатын, бірнеше компонентті анализденетін ерітіндінің порциясын колонкаға енгіземіз. Төменгі зонада нашар сорбцияланатын компонент болады. Содан кейін бірін-бірі бүркелемейтін компоненттер зонасы, одан соң келесі компонент зонасы орналасады т.с.с қайталана береді.

Таза еріткішпен сорбентті шаймалағанда компоненттердің ығыстыруына байланысты колонка бойлай қозғалуы басталады. Осының салдарынан компоненттер  бірізді элюирленеді (шаймаланады) сорбциялану қабілетінің кему ретімен, яғни әуелі А компоненті, кейін В. т.с.с шаймаланады. Соңынан жақсы элюирленетін компонент элюирленеді.

Компоненттерді фракция бойынша мөлшерлік анықтау негізінде әрбір компоненттің концентрациясының колнкадан ағын шыққан элюэнт көлеміне немесе температураға тәуелділік графигін сызамыз. Осы график бойынша компоненттердің бөліну дәрежесін анықтауға, сондай-ақ оларды мүмкіндігінше толық бөлу үшін қолайлы жағдай таңдап алады.

Бұл әдістің кемшілігі компоненттерді бөлу нәтижесінде олар сұйылтады, яғни элементтерді бұл тәсілмен концентрлеу мүмкін емес.

Хромотографияның бұл түрі анализденетін ерітіндідегі иондарды адсорбенттің құрамына кіретін иондарға қайтымды алмастыруға негізделген. Өз иондарын жылжымалы фаза иондарына алмастыра алатын мұндай сорбенттерді иониттер немесе ион алмастырғыштар деп аталады, олар өздерінің арналуының сәйкес компоненттерге және аниониттерге бөлінеді. Анализденетін ерітінді иондарының алмастыру қабілеті әр түрлі болуына байланысты хромотограммалар түзілуі асады.

Ион алмастырғыш хромотография әртүрлі ерітінділердің тең және ион компонентті анализін жасауға мүмкіндік беретін иондық хромотографтардың үлкен ассортиментінде тәжірибе жүзінде іске асу принципіне негізделген. Иондық хромотографтар ауыз суда, табиғи суда, өндірістің ағынды және қалдық суларында зиянды қоспаларды тез анықтай алады, бұл қоршаған ортаны қорғауда үлкен маңызға ие. Негізгі қызметі минералды тыңайтқыштарда анализ жасайтын иондық хромотографтардың атқаратын қызметі жан-жақты.

Элюэнтті тәсілде элюэнт ретінде элементтер ерітіндісін қолданады. Таза түрдегі компоненттерді алу үшін элюирлеуді жиі қышқыл ерітіндісімен немесе концентрациялары біртіндеп өсетін басқа затпен жүргізеді.

Ионитке тартқыштық тәжірибеде барлық иондарда әртүрлі. Мысалы, валенттілігі үлкен катиондар кішілеріне қарағанда жақсырақ сорбцияланады. Бірдей валентті иондардың сорбциялануының жуықталған заңдылығын сорбциялық қатардың бір ізділігімен көрсетуге болады:

Cs⁺ > Rb⁺ >K⁺ > NH⁴⁺ >Na⁺;

Ba²⁺ >Sr²⁺ >Ca²⁺ > Mg²⁺;

Zn²⁺ > Cu²⁺ >Ni²⁺ >Co²⁺;

Бұл қатар тұрақты емесе және жағдайға байланысты өзгередіғ яғни сорбенттің табиғатына, хромотографияланатын иондарға, элюенттерге және т.б. тәуелді.

Тұндыру хромотографиясы.

Бұл хромотграфияның түрін ең алғаш 1948 жылы Е.Н. Гапон және Т.Б. Гапон ұсынған.

Тұндыру хромотографиясы иониттің құрамына кіретін тұндырғышпен немесе тұндырғыш пен жасушаның қоспасымен хромотографияланатын заттың әрекеттесуіне негізделген.

Нашар еритін қосылыстарды бірінен соң бірін (фракциялап) тұндыру арқылы бөлуге болады.

Анализ жүргізгенде зерттелетін ерітінді, анализденетін ерітінді иондарымен нашар еритін қосылыстар түзетін иондармен толтырылған хромотографиялық колонка арқылы өткізеді. Тұнбалар осы қосылыстардың ерігіштігінің өсу ретіне қарай түзіледі. Алынатын хромотограмма әр түрлі боялған заттардан құрала алады.

Анализденетін иондарға енжар (индиферентті) беті жақсы жетілген нашар еритін зат тасушы бола алады. Иондық тасушылар ретінде силикагель, крахмал, алюминий оксиді, кварц, асбест, шыны ұнтақ, барий сульфаты қолданылады. Басқа да бейтарап тасушылар, сондай-ақ иониттер де пайдаланылады.

Хромотограмма таза еріткішпен жуғанда колонкадағы анализденетін иондардың бөлінуі жақсарады, зоналар оқшауланып, ал шекаралардың бөлінуі сонша жақсы болады. Тұнбалар колонканың барлық биіктігін байлай, төменгі шегі айқын көрінетіндей бірқалыпты таралады. Әрбір элемент түзетін зонаның биіктігі бойынша мөлшерлік анализ жасай аламыз.

Тұндыру хромотографиясының қағаздық тәсілінде тығыздығы орташа сүзгі қағаздың дөңгелектері немесе тілкемдері қолданылады. Анализ жасау үшін тәжірибе арқылы шамасы анықталатын белгілі концентрациядағы тұндырғыш ерітіндісіне бірнеше минутқа қағазды салады, содан соң оны ауада кептіреді.

Дайындалған қағазға зерттелетін ерітінді тамшылатып тамызады, .Қосылыстардың ерігіштігі әртүрлі болуына байланысты тұнбалар тамшы орталығынан жылжып, сақина тәріздес орналасады. Хромотограмманы 2-3 тамшы еріткішпен жуады, оны хромотограмманың орталығына тамызады. Бұл еріткіш орталықтан шетке қарай жылжиды да тұнба зоналарының бөлінуін күшейтеді.

Көптеген жағдайларда түссіз тұнбалар түзілді, сондықтан оларды теңестіру (идентификациялау) үшін қажетті айқындауыш пайдаланылады.

Екі араласпайтын сұйықтықтар арасында заттардың таралуына негізделген, бұлар экстракция заңдылықтарына негізделген.

Таралу хромотографиясы колонкалық, қағаздың және жұқа қабатты тәсілдермен орындалады. Барлық жағдайда заттың таралуы үздіксіз тасушы кеуектерінде жүреді.

Қағадың хромотография таралу хромотграфиясы тәсілдерінің бірі, онда қозғалмайтын фазаның ұстаушысы бірнеше сыртты хромотграфиялық қағаз болып табылады: № 1,2,3,4 бұларға жылжымалы сұйық фазаның жылдамдығы байланысты. Қозғалмайтын сұйық фаза ретін кеуектерде адсорбцияланған су орындайды. Жылжымалы сұйық фазаның олармен жылжу жылдамдығына байланысты №1 және №2 қағаздар «тез» деп, ал №3, 4 – «жай» деп аталады.

Адсорбцияланған су осы қағаздың кеуектерінде берік ұсталып тұрады (20% ылғалдылыққа дейін).

Зерттелетін ерітінді хромотографиялық қағазға тамызады, органикалық еріткіші бар тиісті камераға салып хромотограмма түзілетіндей белгілі ұстайды да шығарып алып өңдейді.Хромотографияның қағаздың жылжымалы еріткішпен жанасу процесінде қағазға тамызылған анализденетін компоненттер жылжымалы фазаға өтеді және таралу коэффициентіне байланысты қағаздың капиллярлары арқылы қозғалады. Сонымен, олар бөлінеді.

Таралу хромотграфиясының қағаздық тәсілінің келесі варианттары – бір өлшемді және екі өлшемді (көтерілетін және түсетін), шеңберлі және электрофоректикалы бар.

Бір өлшемді вариантта ені 4,5 –5,0 см, ұзындығы 30-50 см тілкемдерге бөлінген хромотографиялық қағаздарды қолданады. Екі өлшемді вариант хромотограммалар алу үшін ені 20-25 см және ұзындығы 40-45 см қағаз парақтары қолданылады. Шеңберлі вариантта камераның диаметрінен 2-3 см артық диаметрлі шеңберлер қолданылады.

Газдар мен олардың қоспаларының біртектілік дәрежесі жоғары: олардың әртектілігі молекулалық деңгейде байқалады. Сондықтан үлгі салыстырмалы түрде кішігірім болады және үлгі алу әдетте қиындық туғызбайды. Газдың үлгісін алғанда вакуумдық өлшегіш колба немесе бюретка көмегімен оның көлемін өлшей отырып алады. Газдың үлгісін алғанда жабық көлемінен және ағыннан алу ерекшеліктері болады. Жабық көлемде (Мысалы, өнеркәсіп цехында, жұмыс бөлмесі және т.б.) үлгі алғанда оның әртүрлі нүктелерінен алып, көлеміне қарай оларды араластырады немесе жекелеп анализдейді. Газдардың ағыннан үлгі алғанда әдетте көлденең ағындар әдісімен ұзындық ағындар әдістер қолданылады. Ұзындық ағындар әдісі газдың құрамы ағын бойында қолданылады. Бұл жағдайда ағын бірнеше қатарға бөлінеді де, газ үлгілерін ағын (струя) кезектерінен алады.

Тағам өнімдерін кептіру әдісімен консервілеу анабиоз принципінде негізделеді. Микроорганизмдер осмостық жолмен, яғни көректік заттарды сорып алу арқылы қөректенеді. Сондықтан олардың өсуі үшін өнімде ылғал болуы керек. Бактериялар 25-30 % - тен жоғары ылғалдықта, зең саңырауқұлақтар (плесневые грибы) 10-15 % - тен жоғары ылғалдықта өсе алады.

Өнімнің ылғалдығы төмен болса, микроб клеткалары осмостық жолмен ылғалынан айрылады, нәтижесінде олар тіршілігін тоқтатады (плазмолизге ұшырайды).

Өнімдерді кептіру кезінде олардың ылғалдығы 8-25 % - ке, яғни микроорганизмдер өсе алмайтын жағдайға дейін төмендейді. Бірақ кептіру кезінде барлық микроорганизмдер плазмолизге ұшырамайды, микробтардың көбі анабиоз күйіне ауысып көп уақыт ішінде тіршілік қабілетін сақтап қалады. Құрғақ өнімге су қосқан кезде мұндай микробтар қайта тіріледі және осе бастайды.

Басқа консервілеу әдістерімен салыстырғанда кептірудің көптеген ұтымды жерлері бар:

- кептіру технологиясы және оны жүзеге асыру үшін қолданылатын жабдықтар басқа консервілеу әдістеріне қарағанда қарапайым болып табылады;

- кептіру кезінде шикізаттың салмағы мен көлемі бірнеше мәрте азаяды, яғни өнімді тасымалдауға жұмсалатын шығындар едәуір төмендейді;

- құрғақ өнімдерді үй жағдайында кәдімгі бумада (орамада) сақтауға болады.

Кептіру әдісінің кемшілігі - өнімнің дәмі мен құрылымының өзгеруі.

Кептіру тәсілдері.

Конвективтік тәсіл.

Бұл тәсілмен бөлшектелген материалдар және дәнді дақылдарды кептіреді.

Кептіргіш агент ретінде жылы ауа, пеш газдары немесе құрғақ бу қолданылады. Кептіргіш агент материалға өз жылуын береді, соның әсерінен материалдағы ылғал буға айланалып ұшады, ал материал кебеді. Конвективтік тәсілде кептіргіш агент жылу тасымалдағыш және ылғал сорғыш болып табылады.

Конвективтік тәсіл қарапайым болып табылады және материалдың температурасын реттеу мүмкіндігін береді.

Бұл тәсіл кең тараған, кептіргіш қондырғылардың көптеген түрлері осы тәсілде негізделеді.

Сүт өнеркәсібінде сүт, балаларға арналған сүт өнімдерін кептіру үшін шашыратып кептіргіш қондырғылар кеңінен қолданылады. Бұндай кептіргіштер жұмыртқа және т.б. өнімдерді кептіру үшін де қолданылады. Бұл қондырғыларда шикізатты (мысалы сүтті) арнайы шашыратқыш тораптан өткізіп, майда дисперсия түрінде кептіру мұнарасының ішінде шашыратады. Мұнараның ішіне ыстық ауа жіберу арқылы шашыраған сүт бөлшектерін кептіреді. Шашырату нәтижесінде 1кг сіттің беті мың есе үлкейіп, 600 м² ауданын құрайды.

Бұл кептіру тәсілі материлға жылуды кептіргіштің ыстық бетімен түйісу арқылы жүзеге асырылады. Бұл жағдайда ауа кептіргіште буланған ылғалды мұнарадан шығару үшін қолданылады, яғни ылғал жұтқыш болып табылады.

Материалдың әр түрі қабаттарында температура әр түрлі: ең жоғары температура қыздырғыш бетімен түйісетін қабатта болады, ең төмен температура – сыртқы қабатта.

Кептіру процесінде ылғалдың үлесі біртіндеп қыздырғыш бетімен түйісетін қабаттардан өнімнің сыртқы қабаттарына қарай ұлғаяды. Қыздырғыш беті температурасы 100 °С-ден астам судың буымен жылытылады, сондықтан материалдың ыстық бетпен түйісетін қабаттарының температурасы осы температураға дейін көтерілуі мүмкін. Нәтижесінде дайын өнімнің сапасы төмендейді.

Контакттік әдіспен тағам өнімдерін кептіру вальцовый кептіргіш қондырғыларында жүзеге асырылады. Бұл қондырғыларда өнім қызу жазық немесе цилиндр түріндегі бетпен тікелей түйіседі (конттактте болады).

Инфрақызыл сәулелермен кептіру.

Өсімдік тектес тағам өнімдерін кептіру үшін қысқа толқынды (толқын ұзындығы 1,6-2,2 мкм) инфрақызыл сәулелер қолданылады. Бұл тәсілмен кептіру кезінде материалға конвективтік тәсілмен кептірумен салыстырғана 30-70 есе қуатты жылу ағыны беріледі.

Бұл тәсілмен кептіргенде алдымен өнімді минус 25 градусқа дейін мұздатады, содан соң жылу беріп ыздырады. Бұл жерде мұзға айланған су бірден буға айланып ұшып кетеді (сублимация процесі) Қыстың күні жуылған кірді кептіру сублимациялық тәсілдің мысалы болып табылады.

Сусыздандыру - құрғатқыштармен немесе термиялық өңдеумен газдардан, органикалық сұйықтардан және қатты заттардан суды ажырату технологиялық операциясы.

Өнімді сусыздандыру кептіру, табиғи жолмен күнге қыздыру немесе арнайы пештер мен аппаратарда жүзеге асады. Ақырғы әдіс тиімдірек, өйткені кептіру кезінде өнімнің витаминді белсенділігі төмендейді.

Сусыздандыру әдісімен концентрлеу өнімдегі суды 8-15% -ға дейін төмендетуіне негізделген. Өнімдегі судың осындай мөлшерінде микробтар қоректік заттар алатын, микробты клетка мен тамақ өнімдерінің арасында зат алмасу процесі мүмкін емес болады. Нәтижесінде, кептірілген өнімде микробтардың өсіп көбеюі тоқтайды. Бірақ, сусыздандыру жоғарғы емес температурада өтсе, өнімдегі ферменттер белсенділігін сақтап қалады, солардың ықпалымен кейбір тағамдық заттардың ыдырап кетуі мүмкін. Сондықтан, мысалы, көкеністерді кептірер алдында оларды 1-2 минутқа қайнап тұрған суға салады немесе ыстық бумен өңдейді. Өңдеу нәтижесінде ферменттер жойылады да, көкеністерде С витамині жақсы сақталады.

Ферменттердің толық жойылуы сульфитациямен өңдегенде, яғни күкіртті газбен өңдеу барысында жүзеге асады. Сусыздандыру сүт өнімдерін (құрғақ сүт, қаймақ т.б.), көкеністер (кептірілген сәбіз, картоп, орамжапырақ, сарымсақ т.б.), жемістер (кептірілген жеміс). Кептірілген өнімдер орамамен қапталады. Әсіресе, майлы заттарға бай герметикалық орама маңызды. Олар үшін қатты ыдыс (сүт өнімдері) немесе парафинирленген қағаз ыдыс (тағамдық концентраттар) қолданылады.

Консервілеудің химиялық әдісі басты түрде балық және ет өнімдерін тұздау және көкеністер мен жемістерді қант салып консервілеу. Ас тұзының консервілеудегі басты қызметі ол суды сіңіріп алады, ал ол өз кезегінде бактериялардың өсуін тежеп, шіру процесін бөгейді. Тұздалған етте хлорлы натрий 6-12% -дан аспауы керек. Тұздау кезінде өнімдердің нәрлілігі төмендейді, ал кейбір жағдайларда тіпті олардың органолептикалық ерекшеліктері мен жұғымдылығы нашарлайды.

Жалпы, өнімді сусыздандыру - табақта кептіру, жылытқышы бар ленталық конвейерде, кептіру аппаратына газ тәрізді жылытқыш агентті жіберу арқылы, вакуум-кептіргіш шкафтарда, барабанды және шашыратқыш кептіргіштерде өтеді.
Дәріс № 18. Өнімнің модификациялық жолы. Өнімнің тұрақтандырылуы.
Өзгергіштік заңдылықтары.

Тұқым қуалаушылық сияқты өзгергіштік те барлық тірі организмдерге тән. Өзгергіштік дегеніміз — организмнің бойындағы түрлі белгілер мен қасиеттердің сыртқы орта факторларының әсерінен өзгеруі, соған байланысты ол жаңа белгі-қасиеттерге ие болады немесе өзінің кейбір белгі-қасиеттерін жоғалтады. Өзгергіштіктің екі түрі бар, олар: 1) фенотиптік немесе тұқым қуаламайтын өзгергіштік, бұған модификациялық өзгергіштік жатады; 2) генотиптік немесе тұқым қуалайтын өзгергіштік; бұған мутациялық және комбинативтік өзгергіштіктер жатады.

Генотиптері ұқсас, бірақ әр түрлі орта жағдайларында өсіп дамитын организмдердің фенотиптері түрліше болып қалыптасады. Дарақтардың осылайша фенотипті жағынан әр түрлі болып өзгеруін модификациялық өзгергіштік деп атайды. Модификациялық өзгергіштіктің өзі белгілі бір реакция нормасымен шектеледі, яғни организм белгілерінің өзгеруінің белгілі бір шамасы болады. Мысалы, сиырдың үш қасиетін алайық: оның сүттілігі азығы мен күтіміне тығыз байланысты. Дұрыс рацион құрып, қажетті мөлшерде азықтандыра отырып оның сүтін молайтуға болады. Бұл тез және көп өзгеретін қасиет. Ал сүтінің майлылығы сүттілікке қарағанда азық және күтім жағдайларына аз мөлшерде байланысты және ол сиырдың тұқымына тән біршама тұрақты қасиет. Дегенмен, құнарлы азық беру арқылы оны да аздап өзгертуге болады. Анағұрлым аз өзгеретін, тұрақты белгі — сиырдың түсі. Бірақ сиыр жүнінің түсін сыртқы орта жағдайларына мүлдем байланыссыз деуге болмайды, ол да аздап болса өзгереді. Бұдан біз қандай белгі-қасиет болсын сыртқы ортаның әсерінен белгілі бір мөлшерде модификациялық өзгергіштікке ұшырайтындығын көреміз. Модификациялық өзгергіштік организмнің көбею жолдарына, қандай биологиялық түрге жататындығына және өсу ортасына байланысты. Ол жер бетіндегі барлық тірі организмдерде болады. Модификациялық өзгергіштік генотиптің өзгеруіне байланысты емес, сондықтан олар тұқым қуаламайды. Бірақ гендердің қызметіне және ферменттердің белсенділігіне әсер етуі мүмкін. Мысалы, төменгі температурада кейбір ферменттердің белсенділігі кемиді. Соған байланысты зат алмасу процесі өзгереді де, организмнің өсіп-дамуы баяулайды. Олай болса, сыртқы орта факторларының әсерінен көптеген физиологиялық, биохимиялық және морфологиялық процестер өзгереді. Бірақ бұлар тек фенотиптік қана өзгерістер. Себебі мұндай жағдайда гендердің құрылымында ешқандай өзгеріс байқалмайды. Тағы да бір айта кететін жай, жоғарыда келтірілген модификациялық өзгергіштіктің реакция нормасы, яғни белгі-қасиеттердің өзгеру шамасы генотип арқылы анықталады.

2-сурет. Бидай масағындағы масақшалар санының өзгермелі нұсқа қисық сызығы.

М — орташа шама, Х — вариант, — варианттардың кездесу жиілігі, n — варианттар саны, — жиынтық. Бұл формула бойынша жоғарыда аталған бидай масақшаларының вариация қатарының орташа шамасын былай есептеп шығарамыз. Сонымен, орташа арифметикалық шама 17, 13-ке тең болып шықты. Алайда, орташа арифметикалық шама өзгергіштіктің сипатын анық көрсете алмайды. Себебі орташа шамасы бірдей екі вариациялық қатардың өзгергіштігі әр түрлі болып келуі мүмкін. Белгінің өзгеру деңгейін сипаттайтын келесі бір көрсеткіш — ол орташа квадраттық ауытқу (— сигма). Оны мына формула бойынша табамыз. Мұнда орташа шамамен әр жеке варианттардың айырымдары квадраттарының жиынтығы (n — 1)-ге бөлініп, түбір астынан шығарылады. Математикалық статистиканың заңдылығы бойынша кез келген кездейсоқ шама орташа шамадан Ғ 3,0-дан артыққа ауытқымауы керек. Сондықтан орташа квадраттық ауытқудың негізінде орташа арифметикалық шаманың қателігі (М Ғ m) анықталады. Ол мынадай формуламен есептеледі. Ең соңында, осы көріністердің негізінде пайыз бойынша белгілердің өзгергіштігі анықталады. Оны вариация коэффициенті (V) деп атайды. Ол мына формуламен есептеледі. Мысалы, бидайды алып, екі белгісінің — масағының ұзындығы мен масақшалар санының модификациялық өзгергіштігін зерттейік. Аталған белгілердің вариация коэффициенттерін салыстыру арқылы олардың өзгеру шамасын анықтай аламыз.

Трансгендер немесе гені өзгертілген дақыл – (ГӨД) /генно модифицированный/, – бұл ДНҚ-на басқа ағза организмнің гені орналастырылған өнім. Яғни, өсімдік немесе жануардың бастапқы генін өзгерту арқылы алынған суық пен ыстыққа төзімді, өнімділігі жоғары, зиянкес жәндіктер, саңырауқұлақтар жей алмайтын, бактериялық аурулармен ауырмайтын жаңа өнім. Жалпы барлық тірі организмнің негізі болатын белоктар – реттеліп орналасқан аминқышқылдарының тізбегінен тұрады. Бір белокта жүзден бірнеше мыңға дейін аминқышқылы белгілі реттілігін қатаң сақтай отырып орналасады. Бұл тізбектің әр бөлігінің кәдімгі адамның мүшелері сияқты өзінің атқаратын қызметі бар. Біреуі суықты сезсе, екіншілері түске, үшіншілері жарыққа, төртіншісі көбеюге жауапты т.с.с кете береді. Генетиктер осы тізбектің құпиясын ашып қай аминқышқылы неге жауапты екенін анықтаған. Содан соң, керек емес (суыққа, ыстыққа, құрғақшылыққа төзімсіз, құрт құмырсқаны қызықтыратын) ДНҚ бөлігін алып тастап, орнына басқа өсімдік не жануардан алынған төзімді ДНҚ фрагменттерін орналастырған.

Ең алғашқы трансген помидор 1994ж АҚШ та жасалыпты. Бұл помидордың ДНҚ-на солтүстік америкалық камбаланың гені орналастырылған. 1 жылдан соң америкада жасалған трансгеннің саны 9-ға жеткен: қоңыз жемес үшін колорадо қоңызының гені қосылған картоп, камбала гені қосылған аязға шыдамды жүгері, сарышаян генін қосқан құрғақшылыққа төзімді бидай т.б. өнімдер. Бұл өнімдер қатаң табиғат жағдайларында да өсе береді, ешқандай күтімді қажет етпейді және ең бастысы 10есеге дейін арзанға түсіп, шаш етектен табыс әкеледі. Бүгінгі күні 100 ден аса ГӨД дақыл жасалған. Бізге шетелден /әсіресе, АҚШ пен Қытай/ әкелінетін ет пен балық консервілері, сүт өнімдері, полуфабрикаттар 60% ы ГӨД соядан тұрады өсімдік майы, кондитер өнімдері ГӨД дақылдардан жасалады. Тіпті, кейбір зерттеулер біз жақсы көретін «Nestle» (шоколад, кофе, балалар тағамы), «Coca-cola» («Спрайт», «Фанта», «Кока-кола»), «Danon» (йогурт, кефир, ірімшік, балалар тағамы), «Kelloggs» (дайын тамақ өнімі), «Unilever» (балалар тағамы, майонез, соус), «Mars» («M&M», «Snikers», «Twix», «Milky Way», «Mars» шоколадтары) құрамында да ГӨД ингридиенттері барын көрсеткен.

Енді осы өнімдердің қауіпсіздігі қандай? Бұл сұраққа келгенде оқымыстылар пікірі 2-ге жарылуда: бір тобы — осы уақытқа дейін адамдарға кері әсері анықталмағанын айтып, ары қарай дамытуды қолдайды. Екінші топ /бұлар көптеу/ трансгенмен қоректенген жануарларда әртүрлі ақаулар дамығанын айтып қарсы пікір айтады. 2ші топ дәлел ретінде бірнеше тәжірбиелер нәтижесін келтіреді: трансгенмен қоректенген егеуқұйрық тұқымдарының 1ші буынының 50%-ы өліп қалса, қалған бөлігі арасында бедеулері көп болған және мінез құлқы өзгеріп, аналық инстинкт бұзылуы, агрессивтілік жоғарылауы байқалған. Кейбіреулері өздерінің баласын жеп қойған /әдетте, кеміргіштерге тән емес/. Зерттеу бойынша көптеген трансгеннің құрамында антибиотиктерге төзімді және аллергия шақыратын гендер ұшырасқан. Яғни, ГӨД дақылдармен қоректенген адамдарға антибиотик әсер етпейді деген сөз. Кейбір трансгендер ішек арқылы сіңіп, қанға өтеді, ал, жүкті әйелдің іштегі баласына өтіп, гендік құрылымын өзгертіп әртүрлі кемістік, ақауларға әкелуі мүмкін. Организмді улайтын, гендік мутацияға әкелетін, қан жүйесі, бауыр, ми, көбею мүшелерінің ауруларын шақыратын трансгендер де бар екен. Қазіргі дайындалатын трансгендердің 80% ірі қара мен құстарға қорек ретінде пайдаланды. Демек ГӨД дақыл ағзаңызға тікелей жемесеңіз де, оны жеген жануар өнімін /ет, сүт, жұмыртқа/ тұтыну арқылы түсуі мүмкін.

Биотехнологияның негізгі объектісі – тірі жасушалар, атап айтқанда жануар, өсімдік текті жасушалар және микробтар немесе олардың биологиялық белсенді метаболиттері.

Мыңдаған жылдар бойы, шаруашылық және қоғамның дамуы нәтижесінде адамдардың өмір сүру ортасы, таза табиғаттан біртіндеп табиғи антропогендік және антропогендікке айналды. Табиғи үрдістер ортаның қасиеті емес, сонымен қатар қоғам және табиғаттың қарым-қатынысының мәселелері. Табиғатты пайдаланудың әр-түрлі әлемдік, аймақтық, жергілікті деңгейдегі табиғи үрдістері мен жағдайларға байланыстылығы бақыланып отырды.

XXI ғасырдағы әлемдік жүйедегі өзінің өзектілігі алдынғы орында тұрған, табиғатты пайдаланудың экология-экономикалық мәселелері болып тұр. Бүгінгі таңда Қазақстан Республикасы табиғатты пайдаланудағы дағдарыстың себепшісі, ұлттық экономика саласындағы соның ішінде ауыл- шаруашылығын экология-экономикалық тиімді пайдалану механизмдері әлемдік талаптарға сай келмеуінде жатыр. Еліміздің көптеген аймағындағы жерлердің 66% пайызы тың және тыңайған жерлерді игеру кезінде дағдарысқа ұшыраған, оны қайта қалпына келтіру көптеген қаржы мен ұзақ уақытты талап етеді. Ауыл-шаруашылық жерлерін тиімді әрі экология-экономикалық жағынан таза өнімдер алу үшін білікті де білімді мамандар қажет. Елімізде 2007 жылы Елбасының тапсырысы бойынша «Экологиялық кодекс» жанданып және барлық қоршаған ортаны қорғауға байланысты талап пен іс-шараларды жүзеге асыруда осы құжат басшылыққа алынды.

Ауыл-шаруашылық өндірістері мен жерді ұтымды пайдалану, қоршаған ортаға зиян келтірмейтін экологияға негіздеу және еңбек өнімділігінің артуына тікелей әсер етеді. Өз дәрежесіндегі экономикалық ынталандыру ауыл-шаруашылық инновациялық технологияларды енгізуге жағдай жасайды. Елбасы жолдауында дамыған 50 елдің қатарына қосылуымыздың бірден бір жолы ауыл шаруршылығын дамыту маңызды мәселелердің бірі болып табылады. Ауданның әлеуметтік дамуы жылдан жылға артып келеді, оның басты дәлелі жерді тиімді пайдалану, ортаны қорғауды ғылыми негізде жоспарлау, құқықтық ережелерді дайындау, экономикалық ынталандыру.

1. Энергия көздерін алуда жасыл өсімдіктердің фотосинтездік қабілетін пайдалану.

2. Энергия көздері ретінде сутегін пайдалану
1. Энергия көздерін алуда жасыл өсімдіктердің фотосинтездік қабілетін пайдалану.

Қазіргі кездерде адамзат үшін қажетті энергия көздері ретінде табиғи қазбалы байлықтар: мұнай, газ, көмір, уран сияқты заттар кеңінен пайдалануда. Бірақ та, уақыт өткен сайын табиғи байлықтардың қорлары азайып, таусылу қауіпі туындауда. Кейбір табиғи қазба байлық көздері өте аз елдерде энергетикалық кризис сезіле басталды. Осының бәрі жасанды, яғни қайта толықтырылатын энергия көздерін іздестіру қажеттігіне алып келеді.

Дүние жүзіндегі энергия көздерінің сарқыла бастауына байланысты, энергоэкологиялық мәселені шешуде таусылмайтын немесе қайта өндірілетін энергия көздерін пайдаланудың маңызы зор. Осы бағытта Қазақстанда күн және жел энергияларын пайдаланумен бірге биоэнергетиканы пайдаланудың да зор мүмкіндіктері бар. Өйткені, респубикада мал және құс шаруашылықтары қалдықтарының жылдық құрғақ массасы 22,1 млн. Тоннаны құраса, бұл 8,6 млрд, куб биогаз өндіруге мүмкіндік береді. Қазақстанда жылына өсімдік қалдықтары 17,7 млн. Тонна көлеміне қалса, олардың құндылық эквиваленті 14-15 млн. Тонна шартты отынға немесе 12,4 млн. Тонна мазутқа тең келеді екен. Ауылшаруашылық дақылдарынан биоотын, атап айтқанда биоэтанол дайындаудың да болашағы зор деп есептелінеді. Осы мақсатта 2006 жылдың қыркүйек айынан бастап Солтүстік Қазақстан облысында астық өнімдерін терең өңдеуге бағытталған «Биохим» кәсіпорны өз жұмысын бастаған. Бұл ТМД мемлекеттерінің ішіндегі осы бағыттағы алғашқы және қазіргі кезге жалғыз кластер болып табылады. Аталған кәсіпорынның өндірістік қуаттылығы жылына 57 мың тонна биоотын өндіруге қабілетті деп есептелінеді.

Энергия тапшылығын азайту мақсатында көптеген елдерде атом энергия станциялары салынуда. Алайда, атом энергиясын өндіруге қажетті уран көздері де жер шарында көп емес. Сондықтан ғалымдар жасанды энергия көздерін табу мақсатында көп ізденіс жұмыстарын жүргізуде. Осы бағытта жүргізіліп жатқан жұмыстар қатарына күн сәулесін пайдалану, жел және геотермиялық энергияларды пайдалану сияқтыжұмыстарды атап өтуге болады. Бірақ оларды пайдалану үшін жасап шығарылған қондырғылардың тиімділіктері әлі де төмен дәрежеде.

Табиғатта күн сәулесі энергиясы көзін, органикалық заттарды пайдалану арқылы химиялық энергияға айландырудың табиғи жолы бар екендігі айқындала бастады. Бұл мүмкіндіктің негізі ретінде жасыл өсімдіктерде жүретін фотосинтез құбылысын атауға болады. Ғалымдардың есептеулері бойынша жер шарындағы мұхиттар мен теңіздерді қосып есептегенде, жасыл өсімдіктердегі энергия көздері жыл сайын жағатын көмір энергиясынан 100 есе көп екендігі анықталған. Тек қана жер шарында қазіргі кезде өсіп тұрған ағаштардағы энергия қуаты, барлық табылған газ, мұнай және көмір қуаттарын қосып есептегеннен артық екендігі мәлім болды. Қазбалы байлықтармен салыстырғанда, жасыл өсімдіктердің қорын қайта қалпына келтіріп отыруға мүмкіндік бар. Бұл дегеніміз, жасыл өсімдіктердің фтотсинтез қабілеті арқасында түзілген органикалық заттардан алынған энергия көздерін пайдалана келе, адамзат келесі жылдары да осындай энергия алуды жоспарлы түрде жүргізу мүмкіндігіне ие бола алатынын білдіреді.
2. Энергия көздері ретінде сутегін пайдалану.

Бензин немесе көмір отындарымен салыстырғанда сутегін энергия көзі ретінде пайдаланудың пайдалы жақтары өте көп. Атап өтер болсақ, сутегі экологиялық тұрғыдан өте таза, қауіпсіз болып табылады. Сутегін пайдаланып оны энергия алу үшін жаққан кезде тек қана су түзіліп, ешқандай басқа зиянды күл немесе канцерогенді заттар бөлінбейді. Қуаты жағынан сутегі ешқандай жоғары сапалы бензиннен төмен болмайды. Бірақ та, қазіргі кезде жер шарында сутегі қоры өте аз болып табылады. Соңғы кездерге дейін сутегі суды электролиздеу арқылы алынып келінді. Алайда, бұл әдіс көп мөлшерде электр эенергиясын қажет етуі себепті, экономикалық тұрғыдан өзін-өзі ақтай алмайды. Сондықтан, өнеркәсіптік мақсатта сутегін, негізінен, табиғи газдан алады. Мұндай жолмен алынған сутегінің өзіндік құны суды электролиздеу жолымен алынғанмен салыстырғанда 2-3 есе арзанға түседі. Осындай жолмен жер шарында жылына орта есеппен 30 млн. Тоннадан артық сутегі алынады. Бірақ, табиғи газ қорының да азая бастауына байланысты, мұндай жолмен сутегін алудың да келешегі жоқ деп есептеуге болады. Сондықтан ғалымдар сутегі алудың жасанды жолдарын қарастыруда.

Жасыл өсімдіктерде жарық жнергиясы әсеріменб фотосинтез нәтижесінде, оттегінің бөлініп шығатыны белгілі. Ал мұндағы сутегі қайда кетеді? Оның, ерекше тасымалдаушылар көмегіменб көмірқышқыл газының қант түзілуіне тікелей қатысатыны анықталған. Мұнда хлоропластардан бос күйіндегі сутегін шығару үшін міндетті түрде ерекше фермент-гидрогеназаның болуы шарт екені анықталған. Сондықтан құрамында гидрогеназа ферменті бар микроорганизмдерді жапырақтан бөлініп алынған хлоропласт суспензиясына қосу, хлоропластардың жарық энергиясы көмегімен сутегін шығаруына мүмкіндік туғызады.

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.

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.

Қaзipгi таңда көмір құрамындағы пиритті күкіртін микробиологиялық жолмен тазарту мәселесімен көптеген елдердің ғалымдары айналысуда. Соңғы мәліметтерге қарағанда, зертханаларда жүргізілген тәжірибелер нәтижесінде, микробиологиялық жолмен ciлтiсіздендіру әдісімен 5 тәулікте көмір құрамындағы күкірттерден 100% тазартуға қол жеткізген. Сондықтан микробиологиялық сульфидсіздендіру әдісінің болашағы зор деп саналады.

Биотехнологияда қолданылатын субстраттар мен қоректік орталардың құрамы әр түрлі және олардың ортасы үнемі кеңейіп отырады. Өндірістік процестердің дамуымен шығындардың жаңа түрлері залалсызданады және қажет затқа биотехнологиялық әдіспен жинақталады. Бір жағынан биотехнологиялық өндірістік ағымның өте тез дамуы дәстүрлі шикізат түрлерін тұтыну жағдайларымен байланысты, сондықтан ол шикізат базасын кеңейтуді қажет етеді, басқа жағынан жинақталған қалдық көлемінің ұлғаюы дәстүрлі емес өндіріске қайта айналдырылады, сонымен қатар биотехнологиялық тәсілдермен өнделеді.

Қазіргі кезде биотехнология саласы табиғи ресурстарға - фотосинтез процесіне бүкіл әлемдік теңіз биоресурстарына қатысты биотехнологиялық процестің ортасының құрамында көмірсу көзі бар, биотехнологиялық процестегі энергияның ең бастысы табиғи комплекстік орта құрамы, өндірістің әр түрлі құрамы (өсімдік шикізатының өнделген өнімі, қалдық ағын судың компоненттері және т.б.), көміртегі қосылыстарынан басқа да минералды заттар мен өсіруші факторларды құрайды. Барынша биотехнологиялық субстрат ретінде целлюлоза, полисахарид және гидролизат, ағаш үгінділері кеңінен көп қосылады.

Биотехнологиялық өндірісте қоректік ортаны дайындау үшін әртүрлі заттар қолданылады, минералды, жануар мен өсімдік тектес және химиялық жолмен синтезделетін табиғи заттар. Бұл заттар (олардың субстраті деп атайды) қоректік орта құрамына кіреді, сондықтан олардың құрамында зиян келтіретін қоспалар болмау керек, бағасы қымбат емес және оңай табылатын болуы керек. Шикізаттың (субстратінің) барлық түрлері мемлекеттік стандарт талабына (МЕСТ) сәйкес болуы керек. Күрделі табиғи заттан және өндірістік қосымша өнімнен қоректік ортаны дайындау үшін шикізаттың жарамдылығына биохимиялық тексерулер қатаң жасалуы керек. Шикізаттың негізгі түрлері қарастырылады.

Су биологиялық таза, түссіз, дәмсіз және иіссіз, құрамында тұнба болмауы керек. Судың құрғақ қалдығы 100 мг/л жоғары болмауы керек, жалпы тұтқырлығы 7 мг-экв/л көп болмауы керек. Өте тұтқыр су микроорганизмнің өсуін баяулатады.

Гетеротрофты микроорганизмдер көміртегі көзі ретінде және әртүрлі көміртегі қосылыстарын құрайтын энергияны қолдануға қабілетті. Бірақта микроорганизмнің әрбір түрлі субстрат үшін бірінші орында көміртегін таңдайды. Осы микроорганизмнің көміртегі көзі ретінде қосылыстардың санының қолданылуы шектелген. Көміртегі қосылысын микроорганизм жұту қабілетін бірден сездірмейді. Ферменттер көміртегі болмаған кезде микроорганизм жасушасында белгілі бір затты ассимиляциялауға қатысады. Бұрыннан қолданылатын микробиологиялық синтездеуде көміртегін құрайтын шикізат болып көмірсулар саналады. Олар жасуша құрылысын синтездеу үшін микроорганизмдерді қолданады және сонымен қатар энергия көзінің міндетін атқарады. Көміртегін құрайтын шикізаттар-глюкоза, сахароза, лактоза, крахмал, спирттер, органикалық қышқылдар және т.б

Өсімдік жасушаларын өсіретін қоректік орта құрамында минералды тұздар мен органикалық заттар (қант, амин қышқылдары), фитогормондар (аукциндер, цитокниндер) бар. Жасанды қоректік орта сұйық немесе қатты болуы мүмкін. Қоректік ортаның қатты болуы, оған кейбір су өсімдіктерінен дайындалатын агар-агарды қосу арқылы жүзеге асырылады. Осындай жолмен дайындалған қоректік ортаның негізгізаттары қатарына құрамында азот, фосфор, калий, күкірт, магний, кальций, темірі бар минералды тұздар жатады. Аталған макроэлементтердің қайсібірінің қоректік ортаның құрамында жетіспеген, әлде кездеспеген жағдайларында, ұлпа нашар өседі немесе мүлде өліп қалады. Ұлпалардың қалыпты өсуіне макроэлементтердің де (мырыш, бор, мыс, марганец) болуы үлкен рөл атқарады. Көміртегі заттардан-сахарозаның болуы аса маңызға ие болса, құрамында азоты бар заттар қатарында-ақуыз гидролизаттары (казеин) мен кейбір амин қышқылдары жатқызылады. Фитогормондар барлық физиологиялық үдерістерді реттеуге қатысатындықтан, қоректік ортаның маңызды компоненті болып табылады.