Проєкт технології виробництва ксиланази

Abstract

Василишин Д.Б.; Федоришин О. (керівник). «Проєкт технології виробництва ксиланази». Магістерська кваліфікаційна робота. – Національний університет «Львівська політехніка». Львів, 2024. Робота присвячена створенню технологічного проєкту промислового виробництва ферменту ксиланази з використанням мікроорганізму Escherichia coli. Ксиланаза є ферментом класу глікозидгідролаз, який розщеплює ксилан до ксилози та ксилоолігосахаридів, що робить його цінним для широкого застосування в харчовій, текстильній, целюлозно-паперовій, біоенергетичній та кормовій промисловості. Виробництво ксиланази з використанням мікроорганізмів є ефективним завдяки швидкому росту продуцента, можливості генетичної модифікації та економічній доцільності процесу. У роботі обґрунтовано вибір E. coli як продуцента завдяки високій швидкості росту та здатності до генної інженерії для підвищення продуктивності ферменту. Метою роботи є розробка ефективного біотехнологічного процесу для отримання ксиланази у промислових масштабах. У роботі проаналізовано основні етапи виробництва ферменту, включаючи підготовку поживного середовища, культивування мікроорганізму, індукцію синтезу ферменту, стабілізацію та фільтрацію кінцевого продукту. Провестио оптимізацію умов ферментації, зокрема температури, рН середовища, швидкості перемішування та аерації для досягнення максимального виходу ферменту [1-3]. В основній частині представлено огляд сучасного стану досліджень у галузі виробництва ксиланаз, характеристику вихідних компонентів, мікроорганізму-продуцента та кінцевого продукту. Розроблено апаратурно-технологічну схему процесу, проведено матеріальні та технологічні розрахунки, визначено необхідне обладнання для реалізації виробничого процесу. Також виконано теплові розрахунки для забезпечення ефективної роботи ферментера. Проведено будівельне проєктування цеху виробництва ксиланази відповідно до вимог GMP та будівельних норм, що включає креслення плану цеху та його поперечних і повздовжніх перерізів. Оцінено економічну ефективність проєкту, включаючи витрати на сировину, обладнання та заробітну плату персоналу. Об’єкт дослідження: ксиланаза. Область досліджень: біотехнологія, харчова промисловість, біоенергетика, текстильна промисловість. Мета дослідження: розробка ефективної технології промислового виробництва ксиланази з використанням Escherichia coli. Результати досліджень: розроблено апаратурно-технологічну схему одержання ксиланази та показано можливість її впровадження у виробництво, підібрано основне та допоміжне обладнання та запропоновано його будівельне компонування згідно з вимогами та правилами GMP, а також пораховано економічну ефективність розробленого виробництва. Робота викладена на 89 сторінках (без літературних джерел і додатків) і складається зі вступу, 5 розділів, висновків та списку використаних джерел. Містить понад 37 літературних джерел, а у додатках наведено 6 аркушів креслень.Vasylyshyn D.B.; Fedorishyn O. (Supervisor). "Project of Xylanase Production Technology." Master’s Thesis – National University "Lviv Polytechnic." Lviv, 2024. This work is dedicated to developing a technological project for the industrial production of the xylanase enzyme using the microorganism Escherichia coli. Xylanase belongs to the glycoside hydrolase class and breaks down xylan into xylose and xylooligosaccharides, making it valuable for applications in the food, textile, paper, bioenergy, and feed industries. Microbial production of xylanase is efficient due to the rapid growth of the producer, the possibility of genetic modification, and the economic feasibility of the process. The choice of E. coli as a producer is justified by its high growth rate and its capacity for genetic engineering to enhance enzyme productivity. The aim of this work is to develop an efficient biotechnological process for obtaining xylanase on an industrial scale. The study analyzes the key stages of enzyme production, including nutrient medium preparation, microorganism cultivation, enzyme synthesis induction, stabilization, and filtration of the final product. Fermentation conditions such as temperature, pH, agitation speed, and aeration were optimized to achieve maximum enzyme yield [1-3]. The main part of the thesis presents an overview of the current state of research in xylanase production, characteristics of raw materials, the producer microorganism, and the final product. A process flow diagram was developed, along with material and technological calculations, and necessary equipment for implementing the production process was determined. Thermal calculations were performed to ensure the efficient operation of the fermenter. The design of the xylanase production facility was carried out in accordance with GMP requirements and building regulations, including drawings of the facility layout and its cross-sectional and longitudinal views. The economic efficiency of the project was evaluated, including costs for raw materials, equipment, and personnel salaries. Research Object: Xylanase. Field of Research: Biotechnology, food industry, bioenergy, textile industry. Research Objective: To develop an effective industrial production technology for xylanase using Escherichia coli. Research Results: A process flow diagram for xylanase production was developed, and its feasibility for industrial implementation was demonstrated. Primary and auxiliary equipment was selected, and its layout was proposed according to GMP requirements. The economic efficiency of the developed production process was calculated. The thesis is presented on 89 pages (excluding references and appendices) and consists of an introduction, 5 chapters, conclusions, and a list of references. It contains over 37 references, and 6 sheets of drawings are included in the appendices.