Биотехнологическое производство основано на использовании в качестве биологических объектов ферментов, клеток микроорганизмов, растительных и животных клеток и тканей

Биотехнология— это организованная человеком деятельность микроорганизмов, направленная на получение определенного продукта. Существует биогеохимическая деятельность бактерий, в результате чего происходит переработка растительности и деревьев в торф, уголь, нефть, выщелачивание металлов и многие другие глобальные процессы. Эти процессы нельзя называть биотехнологическими, потому что они нецеленаправленные. Или, например, можно заметить, как после загрязнения почвы нефтью происходит естественное (не организованное человеком, т. е. не целенаправленное) биовосстановление — через 5—10 лет под воздействием микроорганизмов почва самоочищается. А вот когда мы специально организовываем технологию очищения почвы, вводя в нее дополнительные микроорганизмы или усиливая питание естественных почвенных микроорганизмов, — это уже биотехнология, биотехнология очистки почвы от загрязнений.

Какие виды биохимической деятельности микрообъектов используют в биотехнологии, иначе говоря, какие цели преследуются при применении микроорганизмов? Перечислим их, не вдаваясь в подробности.

- Наращивание клеточной массы, которая и представляетсобой продукт. К такому классу технологий относится получение пекарских дрожжей, кормовых дрожжей, многих вакцин.

- Образование (биосинтез) в процессе роста и развития клеток ценных биохимических продуктов— некоторые из них выделяются в среду (внеклеточные продукты), некоторые накапливаются в биомассе (внутриклеточные продукты). В этих случаяхпроизводство существует ради получения таких продуктов, а не самой биомассы, которая часто является балластом.

- Биотрансформация— процесс, в результате которого под воздействием биохимической деятельности микроорганизмов происходит изменение химического состава исходного химического вещества. Отличие от процесса биосинтеза состоит в том, что при этом обычно происходит изменение в химической структуре вещества, но оно не синтезируется заново из относительно более простых веществ. Кроме того, в процессе биотрансформации используют обычно уже готовый биологический агент — клетки микроорганизмов или ферменты, в ходе самого процесса биотрансформации они не образуются.

- Потребление микроорганизмами из жидких сред различных веществ,которые являются нежелательными примесями (загрязнениями).

- Выщелачивание с помощью микроорганизмов,т.е. перевод в растворенное состояние некоторых веществ, находящихся в твердых телах. Примером является микробиологическое выщелачивание ценных металлов из руд — меди, цинка, урана и др.

- Использование биохимической деятельности микроорганизмов с целью образования газовиза счет этого создания, например, пористых материалов. Так, для этого используют дрожжи при приготовлении хлеба. Одно из назначений дрожжей при получении пива или шампанского — также создать в среде высокую концентрацию растворенного диоксида углерода, чтобы вино или пиво хорошо пенилось.

Рассмотренные шесть основных направлений биохимической деятельности микроорганизмов являются основой для получения широкого класса продуктов биотехнологии.

По сравнению с химической технологией биотехнология имеет следующие основные преимущества:

- возможность получения специфичных и уникальных природных веществ, часть из которых (например, белки, ДНК) еще не удается получать путем химического синтеза;

- проведение биотехнологических процессов при относительно невысоких температурах и давлениях;

- микроорганизмы имеют значительно более высокие скорости роста и накопления клеточной массы, чем другие организмы. Например, с помощью микроорганизмов в ферментере объемом 300 м3 за сутки можно выработать 1 т белка (365 т/год). Чтобы такое же количество белка в год выработать с помощью крупного рогатого скота, нужно иметь стадо 30 000 голов. Если же использовать для получения такой скорости производства белка бобовые растения, например горох, то потребуется иметь поле гороха площадью 5400 га;

- в качестве сырья в процессах биотехнологии можно использовать дешевые отходы сельского хозяйства и промышленности;

- биотехнологические процессы по сравнению с химическими обычно более экологичны, имеют меньше вредных отходов, близки к протекающим в природе естественным процессам;

- как правило, технология и аппаратура в биотехнологических производствах более просты и дешевы.