Пищевая биотехнология. Раздел "промышленная биотехнология"

Любое биотехнологическое производство и биотехнологический процесс можно классифицировать по ряду параметров, которые приведены ниже в таблице "Классификация биотехнологических процессов".

По характеристике биообъекта Пункт 1	По общности и специфичности биотехнологическихпроцессов Пункт 2	По числу биообъектов Пункт 3	По условиям проведения процесса Пункт 4	По стадиям реализации технологии производства Пункт 5	По целевым продуктам Пункт 6	По механизму образования конечного продукта Пункт 7	По управлению процессом Пункт 8	По типу биотехнологического процесса Пункт 9
Плазмиды, фаги, вирусы растений и млекопитающих Клетки прокариот Клетки эукариот Биомолекулы (ферменты, нуклеиновые кислоты или их компоненты и др.)	Общие Специальные: Микробиотехнология Фитобиотехнология Зообиотехнология	Один (например, иммобилизованный фермент, одна чистая культура - продуцент и т. д.) Два и более (например, иммобилизованная полиферментная система; кефирные зерна – ассоциация бактерий и дрожжей и т. д.)	Нестерильный Стерильный Аэробный Анаэробный Поверхностный Глубинный Периодический Полунепрерывный Непрерывный Твердофазный Газофазный 1-ступенчатый 2-ступенчатый Многоступенчатый	Подготовка оборудования и питательных сред Стерилизация оборудования, питательных сред, воздуха Посев и выращивание (культивирование) биообъекта Выделение, очистка, сушка, стерилизация (при необходимости) продукта Упаковка продукта	Клеточная биомасса Первичные метаболиты Вторичные метаболиты	Биосинтез Биотрансформация	Управляемые Неуправляемые	Простой Совместный Последовательный Ступенчатый

Таблица 1 - 1.2. Характеристика биообъекта по источникам энергии, углерода и доноров электронов:

Группа	Источник			Hoмep и название подгруппы
	энергии	углерода	доноров электронов (водорода)
Фототрофные бактерии	Свет	Неорганический	Неорганические вещества	1.Фотоавтолитотрофы
		Органический	Органические вещества	2.Фотогетероорганотрофы
Хемотрофные бактерии	Химические реакции окисления - восстановления	Неорганический	Неорганические вещества	3.Хемоавтолитотрофы
		Органический	Неорганические вещества	4.Хемогетеролитотрофы
			Органические вещества	5.Хемогетероорганотрофы

Таблица 2 - 1.3 - Характеристика биообъекта по трофике

1.4 - Характеристика биообъекта по способности питаться «живым белком» – по патогенности и взаимоотношений между организмами:

К п. 4 «Классификация биотехнологических процессов по условиям проведения биотехнологического производства»

В биотехнологических производствах по условиям проведения процесса, а именно по фазовому состоянию ингредиентов биотехнологические производства различают на твердофазные процессы , например, при флуидизации или протеинизации грубых кормов на основе соломы злаковых растений с участием некоторых грибов, получение тканевых культур лекарственных растений на уплотненных средах, из которых затем экстрагируют действующие вещества, производство сыра из белков молока и др.; газофазные процессы основаны на использовании газа (например, метана) для получения микробного белка с помощью ассоциаций метилотрофных бактерий.

В биотехнологических производствах по условиям проведения процессов выделяют одноступенчатые, двухступенчатые и многоступенчатые биотехнологические процессы . Одноступенчатые проводятся, например, при получении 6-АПК из бензилпенициллина с помощью пенициллинацилазы, или пенициллинамидазы на колоннах, содержащих иммобилизованный фермент. Двухступенчатые процессы базируются на использовании клеток, находящихся в разном фазовом состоянии (в трофофазе и идиофазе). Так, например, двухступенчатый биотехнологический процесс возможен при получении полисахарида курдлана - на первой ступени выращивают продуцент (Alcaligenes faecalis var. myxogenes) на питательной среде, поддерживая его в трофофазе; на второй ступени культуру переносят в другой биореактор, где нет питательной среды, но имеется глюкоза, из которой синтезируется курдлан. Многоступенчатые процессы присущи генетической инженерии и рДНК-биотехнологии.

К п. 5 «Классификация биотехнологических процессов по стадиям реализации технологии производства»

Рис. Примерная обобщенная схема процессов в биотехнологии

К п. 6 "Классификация биотехнологических процессов по целевым продуктам" и к п. 7 «Классификация биотехнологических процессов по механизму образования конечного продукта»

Характеристика процесса	Целевые продукты	Названия целевых продуктов или процессов
Биосинтез	Метаболиты: преметаболиты	Аминокислоты
		Нуклеозиды
		Нуклеотиды
	первичные	Нуклеиновые кислоты
		Ферменты
	вторичные	Алкалоиды
		Антибиотики
		Гиббереллины
		Гликаны и гликоконьюгаты Органические кислоты, кетоны, спирты
		Липиды
		Аминокислоты, пептидные гормоны
	Клеточная масса	Пекарские и пивные дрожжи
		Кормовой и пищевой белок
		Вакцины и антигенные вещества
Трансформация	Неорганические вещества	Обнаружение металлов
		Обогащение металлов
	Преимущественно органические вещества	Компостирование отходов, получение биогаза
		Детоксикация, дезодорация и обезвреживание, например. ПАВ (поверхностно-активных веществ)
		Определение (анализ) веществ по продуктам трансформации
		Кисломолочные продукты и сыры
		Хлебно-булочные изделия
		Квашение и соление овощей
		Силосование кормов
		Мочка льна и джута
		Ферментация чая, табака, кофе, какао, маслин
		Пивоварение, виноделие винокурение

При биосинтезе имеет место конструктивное или адаптивное образование метаболитов, относящихся к числу преметаболитов, первичных или вторичных метаболитов. В процессах биотрансформации имеет место видоизменение какой-либо молекулы - предшественника конечного продукта или превращение одного продукта в другой.

К п. 8 "Классификация биотехнологических процессов по управлению процессом"

Подразделение биотехнологических процессов на управляемые и неуправляемые опирается на глубину и масштабность контроля, осуществляемого с применением средств автоматики и ЭВМ. К числу неуправляемых процессов можно отнести спонтанно протекающие компостирование плотных отходов в животноводческих комплексах и фермах. К управляемым относятся все производственные процессы, основанные на использовании микробных, растительных и животных клеток. При этом уровень управления может быть двояким - операторским и автоматическим. В первом случае поддержание заданных режимов осуществляет оператор, во втором - соответствующие контрольно-измерительные приборы, автоматы, ЭВМ.

Статья составлена по материалам книги по биотехнологии

Биотехнологии и биоиндустрия – при значительной степени общности научной, и в значительной степени, научно-технологической основы – направление, которое неправомерно рассматривать как принципиально однородное. Спектр отраслей здесь чрезвычайно широк – от биотехнологических препаратов для сельского хозяйства до системной биологии в медицине и других отраслях.

На сегодня рынок биотехнологии Российской Федерации представлен следующими основными сегментами.

Рынок биотехнологических фармацевтических продуктов, включающий: антибиотики; иммунобиологические препараты; гормоны (препараты, содержащие гормоны), витамины; препараты, содержащие культуры микроорганизмов; аминокислоты; БАДы; медицинские материалы; диагностическое оборудование.

Рынок ферментов и ферментных препаратов, включая: средства защиты растений и стимуляторы роста растений; пробиотики; вакцины ветеринарные; антибиотики кормовые; кормовой белок; аминокислоты; витамины; кормовые добавки (белково-витаминные комплексы).

Рынок живых культур микроорганизмов.

Рынок дрожжей.

Рынок биотехнологических препаратов добывающих отраслей промышленности

Рынок биотехнологических препаратов для сельского хозяйства включая: препараты для животноводства и растениеводства.

Рынок биотехнологических препаратов для защиты окружающей среды

Рынок биотехнологических фармацевтических продуктов в Российской Федерации ориентирован прежде всего на импортную продукцию. По состоянию на конец 2007 г. годовой объем импорта биотехнологической фармацевтической продукции оценивается в 11,3 млрд. рублей.

В долевом соотношении наиболее объемным рынком в стоимостном исчислении является импорт инсулинов (28,6%) и вакцин (27,97%). Также значительны по объемы доли импорта вакцин (13,44%) и сывороток (11,08%). Доли остальных сегментов импорта биотехнологической фармацевтической продукции существенно уступают названным.

Объемы отечественного производства рынка биотехнологической фармацевтической продукции в совокупном объеме составляют чуть более 1,5 млрд. рублей. Таким образом, общая текущая емкость биотехнологического фармацевтического рынка Российской Федерации составляет не менее 12,8 млрд. рублей, при этом отечественной биоиндустрией он насыщается менее чем на 12%

В стоимостных показателях рынок производства ферментов и ферментных препаратов в Российской Федерации немногим более 300 млн рублей. Рынок же импорта ферментов и ферментных препаратов в РФ оценивается в более чем 490 млн рублей. Общий объем рассматриваемого рынка, соответственно, составляет от 990 млн до 1 млрд рублей.

При этом, отечественное производство ферментов и ферментных препаратов, в основном, сконцентрировано в двух областях потребления:

1. продукция для спиртовой промышленности.

2. продукция для животноводства.

Значительная доля ферментов и ферментных препаратов для спиртовой промышленности выпускается предприятиями производителями алкогольной продукции непосредственно для нужд собственного производства, а не для реализации на рынке.

Таким образом, в области спиртовой промышленности наблюдается определенный паритет в конкуренции. В то время, как в области животноводства превалируют отечественные ферменты и ферментные препараты.

В остальных областях потребления ферментов и ферментных препаратов преобладает с существенным отрывом импортная продукция.

Сегменты: биотехнологического рынка: ферменты и ферментные препараты, живые культуры микроорганизмов и рынок дрожжей, в отличие от ранее относительно рассмотренных ранее сегментов биотехнологических фармацевтических продуктов и биотехнологических препаратов для сельского хозяйства – моногамны по свой отраслевой структуре, но при этом они широко представлены на рынке биотехнологии Российской Федерации.

Отечественный объем рынка живых культур микроорганизмов оценивается в 12-13 млн. рублей В это же время импорт продукции составляет 130 млн рублей. Таким образом, общая емкость рынка живых культур микроорганизмов оценивается в 143 млн. рублей, а доля российской индустрии на национальном рынке – менее 9%.

Объем отечественного производства рынка дрожжей составил чуть менее 1,5 млрд рублей. Импорт данного вида продуктов – 400 млн. рублей. Общая емкость данного рынка оценивается в 1,9 млрд рублей, рублей, а доля российской индустрии на национальном рынке – несколько менее 90%. Это практически исключительный пример относительной достаточности сегмента биоиндустрии для нужд российского рынка.

Рынок биотехнологических препаратов для добывающих отраслей промышленности РФ характеризуется следующими параметрами. Объем рынка биотехнологических препаратов для добывающих отраслей промышленности (а, это в первую очередь, нефтедобывающая и горнорудная промышленность) составляет 120-130 млн рублей.

Объем отечественного производства биотехнологической продукции для животноводства составляет 2,6 млрд рублей. При этом, в основном это: 63% – производство белка кормового микробиологического, 20% – производство аминокислот; 13% – кормовые добавки. Доли других сегментов рынка биотехнологических препаратов для сельского хозяйства существенно ниже.

Суммарный импорт биотехнологической продукции для сельского хозяйства (в части животноводства) составляет 1,5 млрд рублей, общий объем рынка биотехнологической продукции для животноводства РФ составляет более 4,1 млрд рублей, а доля российской индустрии на национальном рынке – менее 65%, что позволяет характеризовать отрасль животноводства как принципиально зависимую от импорта биологической продукции.

Объем отечественного производства биотехнологических препаратов для растениеводства составляет 130 млн рублей. На данном сегменте рынка биотехнологии указанная сумма, практически в полном объеме, приходится на производство биотехнологических средств защиты растений при отсутствии импорта данной продукции.

На рынке биотехнологических препаратов для защиты окружающей среды доминирует отечественное производство продукции в размере 200 млн рублей. Импорт продукции, входящей в данный сегмент (бактериальных препаратов для ликвидации нефтяных загрязнений, биосорбентов для очистки воды и донных отложений от нефтепродуктов) составляет около 20 млн рублей, общая емкость рынка биотехнологических препаратов для защиты окружающей среды составляет 220 млн рублей.

Вместе с тем, перспективы развития биотехнологий и биоиндустрии в целом в Российской Федерации, как и в целом в мире, связаны с биотехнологиями, основанными на технологиях системной биологии и связанных с этим дисциплин, принципиально междисциплинарном характере развития (нано- био- и информационные технологии).

Речь скорее идет не о перенесении имеющихся на сегодня биотехнологий в соответствующие российские индустрии (что возможно на основе догоняющего сценария), а об обеспечении прорывного развития биотехнологической индустрии на основе достижений передовых направлений, таких, как системная биология. При этом, стартовые позиции Российской Федерации, обусловленные уровнем ее научных достижений и уровнем науки в этой области в целом, возможно оценить как высокие.

Сегодня биотехнология в пищевой промышленности развивается стремительными темпами. В повседневной жизни мы постоянно пользуемся продуктами, произведенными с помощью биотехнологических процессов. Наиболее часто используют молочнокислую и алкогольную продукцию - йогурты, закваски, кефиры, сыры, пиво, вино, а также хлебобулочную и т. д. Данные изделия приготовлены с помощью ферментов, которые образуют специально культивированные микроорганизмы. В наши дни применение пищевой биотехнологии позволяет производить новые виды продукции понижая затраты на производство, что является стимулирующим фактором развития пищевой промышленности. При этом значительно улучшается качество сельскохозяйственных и продуктов животного происхождения, а их полезность и безопасность повышается в разы.

Пищевая биотехнология включает в себя все технологические процессы, направленные на создание, оптимизацию или улучшение определенных характеристик и свойств живых организмов (бактерий, растений и животных). Она имеет практическое применение в научной сфере, биологии, экологии, сельском хозяйстве, здравоохранении, производстве продуктов и т. д.

Пожалуй, самое основное призвание биотехнологии в пищевой промышленности - оптимизация традиционных методик по изготовлению вина, этанола, сыра, хлеба, а также продуктов где активную роль принимают различные микроорганизмы, успешно культивируемые человеком для извлечения определенной пользы. Причем на данный момент все используется осознанно, с пониманием того, что делается. Такой подход ведет к активному применению биотехнологических методов во многих отраслях пищевой промышленности. Для изучения биотехнологии и внедрения инноваций образованы научно-исследовательские институты, занимающиеся данной сферой. Их деятельность направлена на поиск и улучшение различных механизмов и методов, способствующих улучшению получаемых продуктов, например, получению активных ферментов, заквасок, естественных красителей, пищевого протеина, ароматизаторов, эмульгаторов и еще многих полезных человеку продуктов.

Для обеспечения нормального функционирования человеческого организма необходимо использование пищевых добавок, внесение в пищу незаменимых аминокислот, различных витаминов, микроэлементов, протеинов, клетчатки и т. д. Создание новых лекарств, например, инсулина, увеличение сроков хранения продуктов, повышение их питательной ценности, изменение консистенции, насыщение пищи полезными бактериями и микроорганизмами для улучшения пищеварения и усваивания потребленной еды - всё это достигается благодаря пищевой биотехнологии. Промышленная биотехнология занимает важное место в жизнедеятельности человека потому, что с каждым днем возрастает потребность в создании новых лекарств и биологических добавок.

Увеличение численности людей на планете заставляет ученых искать новейшие направления в науке. Сегодня без биотехнологических инноваций невозможно представить существование промышленности. В животноводческом хозяйстве используются генномодифицированные организмы, в медицине получают лекарства для борьбы с заболеваниями, даже таких сложных, как онкологические. Новая биология всё больше уделяет внимание изучению микроорганизмов и их жизнедеятельности, поскольку они приносят очень много пользы и человечеству, и природе. С каждым годом биотехнологическое производство будет развиваться в еще больших масштабах и можно смело сказать, что биотехнология - это современная наука, которая способна к лучшему изменить мир.

Биотехнология в пищевой промышленности

Последние данные обнародованные ООН о количестве продовольствия и выработке продуктов сельского хозяйства показывают, что существует реальная проблема обеспечения человечества продуктами питания. Около половины населения не обеспечивается должным количеством пищи, примерно 500 миллионов людей голодают, 1/4 людей Земли питается недостаточно. Сегодня численность человек планеты составляет 7,5 миллиарда, таким образом, если не принять необходимых мер для повышения качества и количества продукции, то проблема нехватки пищи для народов развивающихся стран может иметь губительные последствия

Еда, которая принимается должна быть разнообразной, обогащенной необходимыми протеинами, липидами и углеводами, а также содержать все необходимые витамины и микроэлементы. Липиды и углеводы являются веществами, из которых клетки организма производят энергию, они ее также могут вырабатывать из белковой пищи, но если первые и вторые вещества можно заменить, то найти замену белку на данный момент невозможно.

Современные исследования показывают, что около 15 млн тонн белка ежегодно не хватает для обеспечения полноценного питания человечества. Самым большим источником белка сегодня являются масличные культуры. Соя и подсолнечник содержат около 30% полезных растительных белков, а их незаменимые аминокислоты крайне важны для жизнедеятельности человеческого организма. По содержанию некоторых аминокислот данные растительные белки можно сравнить с рыбным или птичьим белком. Соевая продукция широко используется в Соединённых Штатах Америки, Англии, и в развитых странах Европы, где этот белок, благодаря биотехнологическим процессом, стал очень ценными питательным продуктом.

Методика микробиологического синтеза позволяет применять в качестве источника протеина морские водоросли. Именно на эту особенность в последнее время обратили взгляд ряд ученых занимающиеся проблемами биотехнологии пищевой промышленности. Дело в том, что микроскопические водоросли способны очень быстро размножаться, а белок составляет примерно 70% от их собственного сухого веса. Подобные микроорганизмы способны синтезировать белок в 100 раз быстрее нежели это делают животные. Для примера корова весом около 400 килограмм способна в сутки вырабатывать 400 грамм чистого белка, в то время как 400 кг бактерий за это же время, синтезируют примерно 40 тысяч тонн протеиновых продуктов. Получение такого белка выгодно и менее трудоемко. Если сравнить, что для культивирования бактерий нужны лишь правильно созданные условия в биореакторах, откуда ежедневно можно вынимать большое количество белковой продукции, то сельское хозяйство требует значительных затрат ресурсов и времени. Сюда стоит добавить различные болезни, негативные природные факторы, такие как засухи, заморозки, нехватка или избыток солнечной радиации и так далее.

Современное биотехнологическое производство белковых продуктов построено на том, что формируются специальные белковые волокна, которые пропитываются необходимыми веществами, им предается нужная форма, цвет и запах. Такой подход позволяет заменить практически любой белок и сделать его по вкусу и внешнему виду подобному естественному продукту. Например, все видели на полках супермаркетов красную икру, очень похожую на лососевую, однако она приготовлена из морских водорослей. Так получают различные виды искусственного мяса, напоминающие говяжье и свиное мясо. Можно получать молоко, кисломолочные продукты и т. д. После лабораторной проверки и апробации данная продукция заполняет рынки продвинутых европейских стран: США, Африки и Азии. Например, в Британии ежегодно производится 1500 тонн в год подобной протеиновой продукции, а в Соединенных Штатах сегодня разрешается заменять 20-30% рациона школьников биотехнологическими белками, сделанными из соевого протеина.

Помимо того, что данные изделия могут заменить натуральное мясо, они отличаются некоторыми полезными характеристиками. Например, «растительное белковое мясо» будет обеднено холестерином, что оказывает положительное влияние на кровеносную систему. Данная продукция будет полезна людям, соблюдающим диету, тем кому противопоказан животный белок или жирное мясо, пожилым и людям у которых есть проблемы с пищеварением. Поэтому традиционные продукты можно и нужно заменять биотехнологическими. Такое мясо можно консервировать замораживать и делать с ним всё то, что делают с натуральным продуктом.

Стоит отдельно отметить использование аминокислот, получаемых синтетическим путем. Из двадцати аминокислот которые содержится в белках - восемь являются незаменимыми. Это означает, что человеческий организм не может самостоятельно синтезировать эти аминокислоты. Используя микроорганизмы получают весь спектр аминокислот, вносимых в пищу в виде биодобавок. Они добавляются к растительным кормам сельскохозяйственных животных, что увеличивает их рост и сокращает расходы на содержание, значительно повышая продуктивность ферм.

Биотехнология молочных продуктов

Спектр продуктов питания, получаемых при помощи микроорганизмов, обширен. Это продукты, получаемые в результате брожения - хлеб, сыр, вино, пиво, творог и так далее. До недавнего времени биотехнология использовалась в пищевой промышленности с целью усовершенствования освоенных процессов и более умелого использования микроорганизмов, но будущее здесь принадлежит генетическим исследованиям по созданию более продуктивных штаммов для конкретных нужд, внедрению новых методов в технологии брожения.

Получение молочных продуктов в пищевой промышленности построено на процессах ферментации. Основой биотехнологии молочных продуктов является молоко. Молоко (секрет молочных желез) - уникальная естественная питательная среда. Она содержит 82-88% воды и 12-18% сухого остатка. В состав сухого молочного остатка входят белки (3,0-3,2%), жиры (3,3-6,0%), углеводы (молочный сахар лактоза - 4,7%), соли (0,9-1%), минорные компоненты (0,01%): ферменты, иммуноглобулины, лизоцим и т.д. Молочные жиры очень разнообразны по своему составу. Основные белки молока - альбумин, казеин. Благодаря такому составу молоко представляет собой прекрасный субстрат для развития микроорганизмов. В сквашивании молока обычно принимают участие стрептококки и молочнокислые бактерии. Путем использования реакций, которые сопутствуют главному процессу сбраживания лактозы получают и другие продукты переработки молока: сметану, йогурт, сыр и т.д. Свойства конечного продукта зависят от характера и интенсивности реакций ферментации. Те реакции, которые сопутствуют образованию молочной кислоты, определяют обычно особые свойства продуктов. Например, вторичные реакции ферментации, идущие при созревании сыров, определяют вкус отдельных их сортов. В таких реакциях принимают участие пептиды, аминокислоты и жирные кислоты, находящиеся в молоке.

Все технологические процессы производства продуктов из молока делятся на две части: 1) первичная переработка - уничтожение побочной микрофлоры; 2) вторичная переработка. Первичная переработка молока включает в себя несколько этапов. Сначала молоко очищается от механических примесей и охлаждается, чтобы замедлить развитие естественной микрофлоры. Затем молоко сепарируется (при производстве сливок) или гомогенизируется. После этого проводят пастеризацию молока, при этом температура поднимается до 80 о С, и оно закачивается в танки или ферментеры. Вторичная переработка молока может идти двумя путями: с использованием микроорганизмов и с использованием ферментов. С использованием микроорганизмов выпускают кефир, сметану, творог, простокваши, казеин, сыры, биофруктолакт, биолакт, с использованием ферментов - пищевой гидролизат казеина, сухую молочную смесь для коктейлей и т.д. При внесении микроорганизмов в молоко лактоза гидролизуется до глюкозы и галактозы, глюкоза превращается в молочную кислоту, кислотность молока повышается, и при рН 4-6 казеин коагулирует.

Молочнокислое брожение бывает гомоферментативным и гетероферментативным. При гомоферментативном брожении основным продуктом является молочная кислота. При гетероферментативном брожении образуются диацетил (придающий вкус сливочному маслу), спирты, эфиры, летучие жирные кислоты. Одновременно идут протеолитические и липолитические процессы, что делает белки молока более доступными и обогащает дополнительными вкусовыми веществами.

Для процессов ферментации молока используются чистые культуры микроорганизмов, называемые заквасками. Исключение составляют закваски для кефиров, которые представляют естественный симбиоз нескольких видов молочнокислых грибков и молочнокислых бактерий. Этот симбиоз в лабораторных условиях воспроизвести не удалось, поэтому поддерживается культура, выделенная из природных источников. При подборе культур для заквасок придерживаются следующих требований:

Состав заквасок зависит от конечного продукта (например, для получения ацидофилина используется ацидофильная палочка, для производства простокваши - молочнокислые стрептококки);

Штаммы должны отвечать определенным вкусовым требованиям;

Продукты должны иметь соответствующую консистенцию, от ломкой крупитчатой до вязкой, сметанообразной;

Определенная активность кислотообразования;

Фагорезистентность штаммов (устойчивость к бактериофагам);

Способность к синерезису (свойству сгустка отдавать влагу);

Образование ароматических веществ;

Сочетаемость штаммов (без антагонизма между культурами);

Наличие антибиотических свойств, т.е. бактериостатическое действие по отношению к патогенным микроорганизмам;

Устойчивость к высушиванию.

Культуры для заквасок выделяются из природных источников, после чего проводится направленный мутагенез и отбор штаммов, отвечающих перечисленным выше требованиям. Биотехнологии на основе молока включают, как правило, все основные стадии биотехнологического производства, которые можно рассмотреть на примере сыроварения.

\Обзор состояния российского рынка биотехнологической продукции

Бурное развитие биологии в конце 20 века, возникновение генной и кле­точной инженерии, а затем геномики и протеомики, привело к созданию новых биотехнологий, способных обеспечить полноценным питанием все население Земли, покончить с инфекционными заболеваниями, создать новую медицину, направленную на предотвращение развития болезней. Сегодня изменяется от­ношение к фундаментальной биологии. С одной стороны ее достижения мгно­венно используются для создания новых лекарственных препаратов, средств ди­агностики, в различных сферах хозяйственной деятельности, с другой все новые биотехнологии являются настолько наукоемкими, что фирмы, активно разви­вающие их, являются по существу научно-производственными комплексами, ве­дущими собственные не только прикладные, но и фундаментальные исследова­ния.

Сегодня биоиндустрия является одной из наиболее наукоемких отраслей про­мышленности в мире. Ее специфика - тесная связь фундаментальных иссле­дований и сопутствующих им прикладных разработок. Зачастую между ними нет временного разрыва: к промышленному освоению нового биотехнологи­ческого процесса и производству готовой продукции биоиндустрии присту­пают практически одновременно.

Биоиндустрию нельзя в настоящее время рассматривать как единую от­расль: ее процессы и продукты рассредоточены практически одновременно в химических, пищевых, энергетических и других производствах, и рынок продуктов биотехнологии весьма обширен. Это является причиной значи­тельных расхождений в оценках рынков биотехнологической продукции.

Общий объем, потребляемой в России, биотехнологической продукции составил в 2001 году около 45 млрд. руб. На отечественное производство приходится примерно 25-30 %. (чуть более 12 млрд. руб.). Основная масса рынка России удовлетворяется за счет импортных поставок. Объем таких поставок достигает примерно 33 млрд. руб. Емкость российского рынка мож­но предварительно оценить в 90-100 млрд. руб., то есть потребности рынка биотехнологической продукции удовлетворяются в настоящее время на 40-45 %, в том числе за счет отечественных производителей примерно 12-13%. В частности, степень удовлетворения потребностей рынка в фармацевтической биотехнологии составляет 51,3%, в пищевых и кормовых добавках – от 22 до 40%, в остальных отраслях – и того меньше.

Биотехнологические процессы используются в различных отраслях про­мышленности, в сельском хозяйстве , при производстве широкого спектра това­ров и услуг, поэтому биотехнологическая промышленность сильно диверсифи­цирована .

Наиболее бурно развивающейся отраслью биотехнологии является меди­цинская биотехнология. Мировой рынок фармацевтической биотехнологической продукции представлен классическими биотехнологическими продуктами - ан­тибиотиками, витаминами , вакцинами , ферментами и аминокислотами; а также т. н. «новейшими биотехнологиями» - генноинженерными лекарственными пре­паратами и вакцинами и диагностическими средствами нового поколения.

Номенклатура фармацевтических препаратов, получаемых с помощью биотехнологий, в России значительно уже мировой, и представлена нижесле­дующими препаратами.

Антибиотики.

В СССР производство антибиотиков базировалось на штаммах отечест­венной селекции, объемы производства составляли свыше 3000 т/год и обеспе­чивали антибиотиками все республики бывшего Союза и страны соцлагеря. К настоящему времени выпуск субстанций антибиотиков сократился в 4 раза, а го­товых форм для инъекций - в 2,2 раза. Общий объем производства отечествен­ных антибиотиков в 2000 году составил чуть более 1 тысячи тонн.

Иммунобиологические препараты.

На предприятиях Российской Федерации выпускается около 500 медицин­ских иммунобиологических препаратов. Отечественные препараты вакцин, ана­токсинов, иммуноглобулинов и альбуминов , бактериофагов, аллергены , интер-фероны, разновидности иммунодиагностиков и тест-систем, препараты нормоф-лоры часто не уступают по качеству зарубежной продукции. На сегодня, около 40 предприятий разных ведомств имеют лицензию на право производства МИБП. Производственных мощностей этих предприятий достаточно для обес­печения учреждений здравоохранения и санитарно-эпидемиологической службы основной номенклатурой МИБП.

Наиболее высококачественную и конкурентоспособную на внешнем рын­ке продукцию производят организации, представляющие собой единый ком­плекс научно-исследовательского института и мощной производственной базы, как, например, ВНИИ защиты животных (п. Юрьевец), ветеринарный институт (г. Казань), а также Институт полиомиелита и вирусных энцефалитов им. . Стимулирование создания и развития, подобных научно-производственных центров должно стать одним из приоритетных направлений государственной политики, первым шагом в этом направлении могло бы быть уточнение правового статуса этих учреждений.

Генно-инженерные лечебно-профилактические препараты.

Исследования по генной инженерии, проводимые ранее широким фрон­том, позволили сконструировать продуценты десятков белков, продвинуться в технике ведения культур клеток и разработать технологию получения ряда пре­паратов.

В настоящее время предприятиями, созданными на базе ведущих науч­ных учреждений, налажен выпуск 4 генно-инженерных лекарственных препара­тов и 1 генно-инженерной вакцины.

Для организации промышленного производства этих препаратов не нуж­но больших производственных площадей, но требуется высокая технологическая культура.

Разработка технологии производства отечественного инсулина (потреб­ность страны, в котором составляет 200 кг субстанции в год и пока полностью покрывается за счет импорта) находится на стадии клинических испытаний (РАО «Биопрепарат»).

Диагностические средства in vitro.

В настоящее время в основном используются два вида иммунодиагности – иммуноферментный анализ и ДНК-диагностика. Иммунодиагностические тесты более распространены, чем ДНК-диагностика. Однако в последние 2-3 го­да рынок ДНК-диагностики активно растет, возникает новый вид биотехнологи­ческих компаний - геномные компании, появляются новые виды ДНК-диагностики - макро - и микроматрицы (биологические микрочипы). Рынок ДНК-диагностики развивается более динамично и в ближайшие годы превысит рынок иммунодиагностики

В России рынок ДНК-диагностики ориентирован, в основном, на платный сектор медицины. Объем рынка полностью покрывается отечественными произ­водителями. Отечественные системы ДНК-диагностики (ПЦР-диагностика) не уступают зарубежным аналогам по качеству, но в раз дешевле. Некоторые отечественные производители ферментов для ДНК-диагностики поставляют свою продукцию ведущим западным фирмам.

Постоянное совершенствование и расширение возможностей ДНК-диагностики уже сегодня позволяет использовать ее для решения проблем прак­тического здравоохранения, не решаемых с помощью имеющихся методов (на­пример, экспресс-диагностика новых форм туберкулеза). Развитие методов ДНК-диагностики и расширение спектра их использования в здравоохранении и ветеринарии должно занять достойное место в государственной политике под­держки биотехнологии.

Таким образом, общий объем выпуска фармацевтической биотехнологи­ческой продукции в 2000 г. составил приблизительно. 6,0 млрд. руб. В него не включена продукция, выпускаемая вновь созданными негосударственными предприятиями (в основном малыми), так как существующий порядок сбора ста­тистической отчетности не предусматривает представления ими данных об объ­емах и номенклатуре своего производства.

В последние годы в мире быстро растет производство лекарств и космети­ческих средств на основе натурального растительного сырья. Этот рынок актив­но развивается и в России. Так Государственный реестр лекарственных препара­тов из растительного сырья постоянно пополняется новыми препаратами, сейчас в него внесено более 600 наименований. По мнению экспертов, данный сектор имеет хорошие перспективы развития. Отмечается высокая конкурентоспособ­ность отечественной продукции, основанной на местном сырье и на традициях народной медицины . Однако насыщенность рынка этими препаратами составля­ет 25-30%. Возможно вследствие того, что многие подобные препараты регист­рируются как пищевые добавки.

Среди участников ежегодных выставок «Инновации в биотехнологии», примерно половина участников - фирмы-производители косметических средств и витаминных пищевых добавок из растительного сырья. Так как эти предпри­ятия являются частными или акционерными обществами , точные статистические данные об объемах их производств отсутствуют.

Определяя в целом сегодняшнее состояние биотехнологических про­изводств и используемых ими технологий, следует отметить, что при общем спаде объемов производства, номенклатура и разнообразие продуктов с исполь­зованием биотехнологий на российском рынке резко возросли. Необычайно воз­росший спрос на продукцию новых категорий создает основу для развития оте­чественных средних и малых биотехнологических предприятий, ориентирован­ных на выпуск продукции широкой номенклатуры.

Реальный возврат вложенных средств и получение прибыли на данном этапе возможен только от высокорентабельных предприятий, ориентированных на медицинскую, фармацевтическую, пищевую промышленности , сельское хо­зяйство и природоохранные мероприятия. Следует, однако, учитывать, что ранее существовавшие требования к качеству продукции, морально устарели. В со­временных условиях качество должно отвечать мировым стандартам и обеспечивать конкурентоспособность с импортными продуктами Последнее возможно при совершенствовании технологий с использованием оборудования нового по­коления. Только это может облегчить выход российской биотехнологической продукции на мировой рынок.