Основы биотехнологии и асептики проведения процессов

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации 
Казанский национальный исследовательский 
технологический университет 
М. А. Сысоева, А. Ю. Крыницкая, Е. В. Петухова 
ОСНОВЫ БИОТЕХНОЛОГИИ 
И АСЕПТИКИ ПРОВЕДЕНИЯ
ПРОЦЕССОВ  
Учебно-методическое пособие
Казань 
Издательство КНИТУ 
2022 

УДК 663.1(075) 
ББК 30.16я7 
С95 
Печатается по решению редакционно-издательского совета  
Казанского национального исследовательского технологического университета 
Рецензенты: 
канд. биол. наук, доц. Г. А. Гасимова  
канд. техн. наук, доц. С. Н. Савдур 
С95 
Сысоева М. А. 
Основы биотехнологии и асептики проведения процессов : учебно-методическое пособие / М. А. Сысоева, А. Ю. Крыницкая, Е. В. Петухова; Минобрнауки России, Казан. нац. исслед. технол. ун-т. – 
Казань : Изд-во КНИТУ, 2022. – 80 с. 
ISBN 978-5-7882-3227-0 
Содержит базовые сведения, касающиеся основ проведения биотехнологических процессов, а также поддержания асептических условий их реализации. Рассматриваются вопросы загрязнения питательных сред и воздуха микроорганизмами, аналитические методы диагностики стерильности питательных и воздушных потоков, основы теоретических подходов для математического описания 
этих процессов, особенности аппаратурного обеспечения проведения лабораторных работ.  
Предназначено для бакалавров направления 19.03.01 «Биотехнология», 
а также может быть полезно для студентов, обучающихся по программе магистратуры 19.04.01 «Биотехнология».      
Подготовлено на кафедре пищевой биотехнологии. 
УДК 663.1(075) 
ББК 30.16я7 
ISBN 978-5-7882-3227-0 
© Сысоева М. А., Крыницкая А. Ю., 
Петухова Е. В., 2022 
© Казанский национальный исследовательский 
технологический университет, 2022 
2

О Г Л А В Л Е Н И Е
Введение 
......................................................................................................................... 
4 
Правила техники безопасности при работе в биотехнологической лаборатории 
...... 
6 
Тема 1. БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И АСЕПТИКА 
....................... 
11 
Лабораторная работа 1. КИНЕТИКА ГИБЕЛИ МИКРООРГАНИЗМОВ ............ 
17 
Лабораторная работа 2. ИЗУЧЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ФИЛЬТРАЦИИ 
ВОЗДУХА .................................................................................................................... 
25 
Тема 2. КУЛЬТИВИРОВАНИЕ ДРОЖЖЕЙ НА РАЗЛИЧНЫХ 
ОРГАНИЧЕСКИХ СУБСТРАТАХ ........................................................................... 
36 
Лабораторная работа 3. КИНЕТИКА И СТЕХИОМЕТРИЯ РОСТА 
МИКРООРГАНИЗМОВ В ПРОЦЕССЕ ИХ ПЕРИОДИЧЕСКОГО 
КУЛЬТИВИРОВАНИЯ НА ГЛЮКОЗЕ И ЭТАНОЛЕ ........................................... 
43 
Лабораторная работа 4. ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ ИНГИБИТОРОВ НА РОСТ 
МИКРОБНОЙ КУЛЬТУРЫ ....................................................................................... 
55 
РАСЧЕТНЫЕ ЗАДАЧИ 
.............................................................................................. 
69 
Культивирование микроорганизмов ...................................................................... 
69 
Ферментативная кинетика 
....................................................................................... 
75 
Заключение .................................................................................................................. 
78 
3 

В В Е Д Е Н И Е
Биотехнология в настоящее время является одним из приоритетных направлений науки, с которым связано благополучие всего человечества в обозримом будущем. Биотехнология – наука, которая базируется на широком спектре знаний дисциплин естественно-научного направления, таких как биология, химия, физика и др. Это является, с одной стороны, существенным преимуществом биотехнологии, но, с другой – определяет высокие  стандарты уровня подготовки 
специалистов в этой области деятельности. В настоящее время 
наблюдается тенденция активно использовать в биотехнологических 
процессах достижения молекулярной биологии и генетической инженерии, что позволяет создавать и использовать высокопродуктивные 
штаммы-продуценты биологически активных веществ. Однако этот 
аспект не снижает важности знания и грамотного использования закономерностей проведения биотехнологического процесса на всех 
его этапах. Спектр  биотехнологической продукции, производимой 
и реализуемой  в настоящее время,  насчитывает несколько тысяч 
наименований. Каждое производство характеризуется своими особенностями. Однако для всех них существуют общие закономерности. Рассмотрению некоторых из них в теоретическом плане посвящено данное учебно-методическое пособие. 
В процессе обучения студентов по специальности «Биотехнология» происходит формирование знаний о методах, приемах, способах 
и условиях выращивания микробных культур  в промышленном производстве, разработка представлений об основных принципах организации и функционирования биотехнологических систем на разных уровнях, демонстрация  возможности управления и оптимизации биотехнологических систем  на клеточном и популяционном уровне, применение теоретических знаний в процессе выполнения производственнотехнологической деятельности. В этом контексте особое внимание уделяется лабораторному практикуму, в котором студенты должны закрепить свои теоретические знания, выполняя конкретные работы, получить реальные результаты и объяснить их. Пособие охватывает четыре 
темы, соответствующие основным фазам биотехнологического процесса: кинетика гибели микроорганизмов, стерилизация воздушных потоков, культивирование дрожжей на органических субстратах (этаноле 
и глюкозе) и ингибирование роста микробов ионами тяжелых металлов. 
4 

По каждой теме студенты должны выполнить лабораторную работу, которая представляет собой небольшое пилотное исследование. Описание каждой лабораторной работы предваряется кратким теоретическим 
описанием, затем даются методические указания к работе, предлагается перечень необходимого оборудования и материалов. В конце каждой темы представлены контрольные вопросы, которые студенты могут 
использовать для подготовки к коллоквиумам и самостоятельным работам, список рекомендуемой литературы. 
Пособие студенты могут использовать в процессе освоения учебного материалов в рамках специальных биотехнологических курсов, таких как «Теоретические основы биотехнологии», «Общая биотехнология», «Моделирование биотехнологических процессов» и др., а также 
в ходе прохождения производственной и преддипломной практик и выполнения выпускных квалификационных работ по направлению «Биотехнология».    
5

П Р А В И Л А  Т Е Х Н И К И  Б Е З О П А С Н О С Т И  
П Р И  Р А Б О Т Е  В  Б И О Т Е Х Н О Л О Г И Ч Е С К О Й
Л А Б О Р А Т О Р И И  
1. К работе в лаборатории могут приступать только проинструктированные студенты и сотрудники, что должно быть зафиксировано 
в специальном журнале. 
2. Студенты, сотрудники должны проводить исследования
только в белом халате во избежание повреждения одежды химическими реактивами и для соблюдения стерильности при работе в ламинарном боксе. 
3. Каждый должен выполнять порученную ему работу. Смена места работы без разрешения преподавателя не допускается. 
4. При работе в лаборатории должны соблюдаться чистота, тишина и порядок. Присутствие в лаборатории посторонних лиц запрещено. Это отвлекает внимание сотрудников, работающих в лаборатории в стерильных условиях во время экспериментов. 
5. Рабочее место должно содержаться в чистоте. Нельзя загромождать его посудой, бумагой и ненужным материалом. 
6. Перед каждой лабораторной работой получение инструктажа по
безопасным методам работы от преподавателя является обязательным. 
7. Выполнению лабораторной работы обязательно предшествует
изучение теоретического материала, подготовка рабочего места. 
8. Эксперимент должен осуществляться в строгом соответствии
с методикой. Следует обращать особое внимание на порядок добавления реагентов. 
9. В случае нерегламентных обстоятельств, связанных с проливом химических веществ, необходимо незамедлительно поставить в известность преподавателя, произвести инактивацию и уборку этих веществ в соответствии с инструкцией.  
10. При нагревании жидкостей и твердых веществ в пробирках
или колбах не допускается направлять горлышко емкости на себя или 
на соседей. 
11. Категорически запрещается пробовать любые вещества. Запах вещества следует определять на расстоянии от себя. 
12. При взвешивании нельзя наливать или насыпать химикаты
непосредственно на чашу весов. 
6 

13. После работы с минеральными кислотами, щелочами, ядовитыми веществами всю посуду следует немедленно тщательно вымыть. 
14. Необходимо соблюдать меры предосторожности при обращении со стеклянной химической посудой и приборами. Со стеклянной 
посудой следует обращаться осторожно, не нажимая на нее сильно 
пальцами. Мытье посуды с отверстиями или стеклянной палочкой следует проводить осторожно,  так как они могут легко разбить дно или 
стенки стеклянной посуды,  что может привести к  порезам. 
15. При работе с использованием стеклянного оборудования возможны порезы острыми осколками разбитого стекла. Кроме того, следует помнить, что в процессе прохождения экзотермических реакций 
происходит нагревание стенок стеклянных сосудов до достаточно высоких температур, что может привести к ожогам.  
16. Для перемешивания реакционной смеси в сосуде необходимо 
пользоваться стеклянной палочкой или шпателем. При этом необходимо придерживать горлышко сосуда, стараясь его не разбить. 
17. При необходимости проведения опытов, предполагающих использование подогрева или разогревания в процессе прохождения реакции, следует использовать посуду, имеющую соответствующую маркировку. 
18. При порезе стеклом осмотреть рану и при необходимости 
удалить из нее осколки стекла. Затем края раны обработать 2 % раствором перманганата калия (розового цвета) или спиртовым раствором 
йода и обработанную рану перевязать бинтом или заклеить лейкопластырем.  
19. Категорически запрещается выливать остатки стерилизующих веществ (особенно двухосновных кислот), использованные питательные среды в раковины. 
20. Категорически запрещается работать в ламинарном боксе 
с включенной ультрафиолетовой лампой. 
21. Спиртовку следует содержать в чистоте, заправлять спиртом 
вдали от открытого огня, саму емкость  нельзя перегревать. Не оставлять зажженную спиртовку без присмотра. 
22. Перед тем как зажечь спиртовку, необходимо убедиться, что 
горлышко спиртовки плотно закрыто крышкой, фитиль выпущен на 
нужную высоту, а сама спиртовка сухая. 
23. Категорически запрещается передвигать зажженную спиртовку.  
7 
 

24. Спиртовку следует гасить, закрыв пламя колпаком. Запрещено раздувать пламя. 
25. В спиртовках использовать только этиловый спирт, недопустимо использование бензина или других легковоспламеняющихся 
жидкостей. 
26. Все работы с легковоспламеняющимися и горючими жидкостями (ЛВЖ и ГЖ) должны производиться в вытяжном шкафу при 
включенной вентиляции, выключенных газовых установках и электронагревателях. 
27. Нагрев растворов и питательных сред необходимо производить в стеклянном сосуде на асбестовой сетке или водяной бане.  
28. Излишки реагента нельзя выливать в канализацию, а также 
обратно в тару хранения. 
29. Сухие реагенты брать только пластиковым или металлическим шпателем. Шпатель всегда должен быть сухим и чистым. После 
использования необходимо его тщательно протереть.   
30. Недопустимо использовать одну и ту же пипетку для забора 
разных реактивов. 
31. Введение реактива в реакционную смесь не должно сопровождаться появлением брызг. 
32. При необходимости открывания банки или стакана с реагентом 
необходимо поставить сосуд на лабораторный стол и только потом открывать. Не разрешается открывать сосуды с реагентами, держа в руках. 
33. Запасы спирта и других летучих жидкостей в лаборатории 
должны быть небольшими, в количестве, необходимом для текущей работы. Спирт следует хранить вдали от источников огня, в утепленном 
отсеке шкафа, снабженном дверцей, хорошо закрывающейся, покрытой 
войлоком или асбестом и обитой кровельным железом. 
34. При попадании кислоты (хромовой смеси) на кожу следует 
немедленно промыть ее водой и обработать пораженные участки тела 
холодной водой. 
35. При попадании щелочи на руки или другие открытые части 
тела необходимо немедленно промыть их водой, щелочные остатки 
нейтрализовать небольшим количеством нейтрализующего буфера или 
слабым раствором органической кислоты (например, уксусной). 
36. Лаборатория должна быть оснащена аптечкой для оказания 
первой помощи пострадавшему. 
8