BIOPROSES: CIRI, JENIS, KELEBIHAN DAN TAHAP - BIOLOGI - 2026

A bioproses adalah suatu kaedah tertentu yang menggunakan sel-sel, atau juga komponen lain yang tinggal daripadanya (enzim, organel, antara lain), untuk mencapai hal mendapatkan produk yang dikehendaki untuk industri atau untuk manfaat manusia kesejahteraan. Proses bio membolehkan pengambilan produk yang sudah diketahui, dalam keadaan persekitaran yang optimum, dengan kualiti yang lebih tinggi daripada cara tradisional untuk menghasilkannya.

Dengan cara yang sama, proses bio memungkinkan pengambilan organisma yang diubahsuai secara genetik yang dapat digunakan untuk meningkatkan kecekapan proses tertentu (enzim atau protein yang akan digunakan dalam rawatan perubatan, seperti insulin) atau dimakan secara langsung oleh manusia. manusia.

Sumber: pixabay.com

Masyarakat dan teknologi dapat menggunakan proses bio di kawasan yang berbeza untuk menghasilkan teknik yang lebih baik dan baru. Ini berlaku untuk berbagai bidang seperti pembuatan makanan, mendorong peningkatannya, membuat ubat, mengawal pencemaran dari berbagai jenis dan juga mengawal pemanasan global.

Pada masa ini, pelbagai proses bio dalam industri telah memberi kesan positif dan pelaburan berjuta-juta dolar telah dilakukan untuk mempromosikan pertumbuhan mereka.

ciri

Dalam sains bioteknologi, proses bio adalah proses yang menggunakan beberapa entiti biologi tertentu yang menghasilkan sebagai produk beberapa bahan dengan nilai tambah tertentu.

Maksudnya, penggunaan sel, mikroorganisma atau bahagian sel menghasilkan produk yang diinginkan oleh penyelidik, yang mungkin mempunyai aplikasi di beberapa kawasan.

Di samping itu, terdapat kejuruteraan bioproses, yang bertujuan untuk merancang dan mengembangkan peralatan untuk pembuatan pelbagai jenis produk, yang berkaitan dengan pertanian, penjanaan makanan dan perubatan, penciptaan bahan kimia, antara lain, bermula dari bahan biologi.

Berkat keberadaan kejuruteraan bioproses, bioteknologi dapat diterjemahkan menjadi faedah bagi masyarakat.

Matlamat bioproses

Ahli biologi dan jurutera yang mengambil bahagian dalam pengembangan proses bio berusaha untuk mempromosikan pelaksanaan teknologi ini, kerana memungkinkan:

-Melalui bioproses, bahan kimia yang bernilai tinggi dapat dihasilkan. Walau bagaimanapun, kuantiti yang biasanya dihasilkan agak kecil.

-Proses bio membolehkan sintesis atau pengubahsuaian produk yang telah diperolehi melalui kaedah tradisional menggunakan aktiviti mikroorganisma yang sebelumnya terpencil. Ini boleh menjadi asid amino atau bahan organik lain, makanan, antara lain.

-Transformasi bahan dalam jumlah yang banyak, seperti alkohol. Prosedur ini sering melibatkan bahan dengan nilai yang sedikit.

-Melalui penggunaan organisma atau bahagian-bahagiannya, sisa dan sisa toksik dapat diturunkan untuk mengubahnya menjadi bahan yang mudah dikitar semula. Proses ini juga relevan dalam industri perlombongan, dengan kepekatan logam dan eksploitasi periuk api dara.

Kelebihan dan kekurangan penggunaan bioproses

-Kelebihan

Kewujudan bioproses menyediakan satu siri kelebihan yang luar biasa, termasuk penjimatan tenaga untuk memproses bahan, seperti berikut:

Keadaan mesra bagi pekerja

Sebilangan besar proses bio menggunakan enzim, yang merupakan pemangkin protein di alam semula jadi. Ini berfungsi pada suhu, tahap keasidan dan tekanan yang serupa dengan yang ditentang oleh organisma hidup, oleh sebab ini prosesnya berlaku dalam keadaan "mesra".

Sebaliknya, dengan suhu dan tekanan yang melampau di mana pemangkin kimia yang digunakan dalam proses tradisional berfungsi. Selain menjimatkan tenaga, bekerja dalam keadaan mesra manusia menjadikan prosedur lebih selamat dan memudahkan prosesnya.

Akibat lain dari kenyataan ini adalah pengurangan kesan terhadap alam sekitar, kerana produk reaksi enzimatik bukan sisa toksik. Berbeza dengan sampah yang dihasilkan oleh metodologi standard.

Kompleks pembuatan lebih kecil, lebih sederhana, dan cukup fleksibel, jadi tidak memerlukan pelaburan modal yang besar.

-Kelemahan

Walaupun proses bio mempunyai banyak kelebihan, masih ada titik lemah dalam metodologi yang digunakan, seperti:

Pencemaran

Salah satu yang paling penting adalah akibat intrinsik bekerja dengan sistem biologi: kerentanan terhadap pencemaran. Atas sebab ini, ia mesti dikendalikan dalam keadaan aseptik yang sangat terkawal.

Sekiranya tanaman menjadi tercemar, mikroorganisma, pemangkin atau produk yang diperoleh dapat dimusnahkan atau kehilangan fungsinya, menyebabkan kerugian yang besar bagi industri.

Menghasilkan tanaman berskala besar

Masalah lain adalah berkaitan dengan manipulasi organisma buruh. Secara amnya, makmal genetik dan biologi molekul bekerja dengan mikro-organisma dalam skala kecil, di mana penanaman dan perkembangan optimumnya lebih mudah.

Namun, proses ekstrapolasi kepada penanaman mikroorganisma secara besar-besaran menimbulkan serangkaian halangan.

Secara metodologi, pengeluaran mikroorganisma berskala besar adalah rumit dan jika tidak dilakukan dengan cara yang betul, ia boleh menyebabkan ketidakstabilan genetik sistem dan heterogenitas organisma yang sedang tumbuh.

Pengeluar berusaha untuk memiliki tanaman yang homogen untuk memaksimumkan pengeluaran bahan tersebut. Walau bagaimanapun, mengawal kebolehubahan yang kita dapati dalam semua sistem biologi adalah masalah berskala besar.

Kesimpulannya, pengeluaran mikroorganisma untuk kegunaan industri bukan sekadar meningkatkan pengeluaran yang dilakukan di makmal, kerana perubahan skala ini mempunyai serangkaian kekurangan.

Jenis-Jenis

Penggunaan mikroorganisma atau entiti biologi lain untuk pengeluaran bahan yang menarik bagi manusia sangat berbeza. Dalam pengeluaran, sebatian sisa dapat diasingkan dari mikroorganisma untuk disucikan dan digunakan.

Begitu juga, organisma dapat diubahsuai dengan menggunakan alat kejuruteraan genetik untuk mengarahkan pengeluaran. Metodologi ini membuka pelbagai kemungkinan produk yang dapat diperoleh.

Dalam kes lain, mungkin organisma yang diubahsuai secara genetik (dan bukan apa yang dapat dihasilkan dengannya) yang menarik.

Tahap proses bio

Kerana istilah "bioproses" merangkumi rangkaian teknik yang sangat heterogen dan beragam, sukar untuk merangkumi tahapnya.

-Peringkat untuk menghasilkan insulin

Sekiranya anda bekerja dengan organisma yang diubah suai di makmal, langkah pertama adalah pengubahsuaian. Untuk menerangkan metodologi tertentu, kami akan menerangkan pembuatan DNA rekombinan khas produk seperti insulin, hormon pertumbuhan atau produk biasa yang lain.

Manipulasi genetik

Untuk membawa produk ke pasaran, organisma inang mesti dimanipulasi secara genetik. Dalam kes ini, organisma biasanya Escherichia coli dan DNA yang diklon akan menjadi DNA haiwan. Dalam konteks ini, DNA "kloning" tidak bermaksud bahawa kita ingin mengklon seluruh organisma, itu hanyalah fragmen gen yang diminati.

Sekiranya kita ingin menghasilkan insulin, kita mesti mengenal pasti segmen DNA yang mempunyai maklumat yang diperlukan untuk pengeluaran protein tersebut.

Setelah dikenal pasti, segmen yang menarik dipotong dan dimasukkan ke dalam bakteria E. coli. Maksudnya, bakteria berfungsi sebagai kilang pengeluaran kecil, dan penyelidik memberikannya "petunjuk" dengan memasukkan gen.

Ini adalah tahap kejuruteraan genetik, yang dilakukan dalam skala kecil dan oleh ahli biologi molekul atau ahli biokimia khusus. Dalam langkah ini, peralatan asas makmal diperlukan, seperti mikropipet, mikrokentrifugal, enzim sekatan, dan peralatan untuk membuat gel elektroforesis.

Untuk memahami proses bio, bukan syarat untuk memahami semua perincian yang disiratkan oleh pengklonan, yang penting adalah memahami bahawa tahap ekspresi produk yang diinginkan mestilah optimum dan kestabilan produk juga harus mencukupi.

Kira

Selepas proses pengklonan, langkah seterusnya adalah mengukur pertumbuhan dan ciri-ciri sel-sel rekombinan dari langkah sebelumnya. Untuk melakukan ini, anda mesti mempunyai kemahiran dalam mikrobiologi dan kinetik.

Perlu diambil kira bahawa semua pemboleh ubah persekitaran seperti suhu, komposisi medium dan pH adalah optimum, untuk memastikan pengeluaran maksimum. Dalam langkah ini, beberapa parameter seperti kadar pertumbuhan sel, produktiviti spesifik dan produk diukur.

Peningkatan skala

Setelah metodologi untuk menghasilkan bahan yang diinginkan diseragamkan, skala pengeluaran ditingkatkan, dan 1 atau 2 liter kultur disiapkan dalam bioreaktor.

Dalam hal ini, suhu dan keadaan pH mesti terus dijaga. Perhatian khusus mesti diberikan kepada kepekatan oksigen yang diperlukan oleh kultur.

Selepas itu, para penyelidik semakin meningkatkan skala pengeluaran, mencapai hingga 1,000 liter (kuantiti juga bergantung pada produk yang diinginkan).

-Peringkat penapaian

Seperti yang kami sebutkan, proses bio sangat luas dan tidak semua melibatkan langkah-langkah yang dijelaskan dalam bahagian sebelumnya. Sebagai contoh, penapaian dalam contoh konkrit dan klasik bioproses. Dalam mikroorganisma ini digunakan, seperti kulat dan bakteria.

Mikroorganisma tumbuh dalam medium dengan karbohidrat yang akan mereka gunakan untuk pertumbuhannya. Dengan cara ini, produk buangan yang mereka hasilkan adalah produk yang mempunyai nilai industri. Antaranya kita mempunyai alkohol, asid laktik, antara lain.

Setelah bahan yang menarik dihasilkan oleh mikroorganisma, ia akan pekat dan dimurnikan. Makanan yang tidak berkesudahan (roti, yogurt) dan minuman (bir, anggur, antara lain) yang berharga untuk penggunaan manusia dibuat menggunakan bioproses ini.

Rujukan

1. Cragnolini, A. (1987). Isu dasar sains dan teknologi: bahan dan sesi kedua Jorge Sabato Ibero-American Seminar mengenai Dasar Ilmiah dan Teknologi, Madrid, 2-6 Jun 1986. Akhbar CSIC-CSIC editorial.
2. Duque, JP (2010). Bioteknologi Netbiblo.
3. Doran, PM (1995). Prinsip kejuruteraan bioproses. Elsevier.
4. Majlis Penyelidikan Negara. (1992). Melaksanakan Bioteknologi: kejuruteraan bioproses. Akhbar Akademi Negara.
5. Najafpour, G. (2015). Kejuruteraan biokimia dan bioteknologi. Elsevier.