Развитие производства технических и топливных спиртов является необходимым условием эффективной модернизации российской экономики. Вследствие ограниченности легкодоступных запасов органического топлива все большее внимание обращается на разработку эффективных процессов использования возобновляемого растительного сырья и отходов его традиционной переработки. Получение энергии из биомассы (сельскохозяйственных отходов, соломы, навоза, органической части твердых бытовых отходов) является одной из наиболее динамично развивающихся отраслей во многих странах мира. Кроме всего прочего, деньги, выплаченные энергогенерирующими предприятиями за местное сырье, остаются в регионе и способствуют его экономическому развитию.

Практически все страны европейского союза имеют технологии использования биомассы. В России эта тема разработана меньше. Между тем, ежегодно на территории России продуцируется до 14-15 млрд. тонн биомассы, общая энергия которой эквивалентна примерно 8 млрд. т.у.т. (тонн условного топлива). По оценкам экспертов, технически возможно ежегодно получать до 150 млн. т.у.т. в год. Для обеспечения высокой экономической эффективности производства, обеспечивающей конкурентоспособность топливного этанола уже сегодня назрела необходимость в квалифицированных специалистах.

Магистерская программа «Энергосберегающие технологии производства топлива из возобновляемого сырья» по направлению 240700 Биотехнология отражает междисциплинарный характер биотехнологических исследований и наряду с фундаментальными разделами биотехнологии включает уникальные курсы, направленные на подготовку специалистов широкого профиля. К числу таких курсов относятся:

• технологии производства топлива из возобновляемого сырья,
• нетрадиционные и возобновляемые источники энергии,
• технологии производства биогаза и др.

Программа ориентирует магистрантов на выполнение научных исследований и подготовку магистерских диссертаций по следующим направлениям:

• исследование технологических характеристик промышленных штаммов микроорганизмов, массообменных характеристик оборудования, характеристик процессов гидролиза и ферментолиза растительного сырья и отходов переработки сельхозпродукции;
• разработка и освоение новых технологий, направленных на углубленную переработку отходов производства и потребления, в том числе с целью получения энергоресурсов на основе альтернативных сырьевых источников;
• разработка технологических схем для оборудования и производства в области биотехнологии;
• создание теоретических моделей, позволяющих прогнозировать характер изменения свойств сырья в процессе его биотрансформации и получать продукцию с заданными качественными характеристиками; общие свойства активных сред;
• механизмы гибели клеток;
• разработка научно-технической документации и технологических регламентов на производство биотехнологической продукции.

Программа включает общие обязательные дисциплины по направлению и специальные курсы:

• Современные проблемы биотехнологии
• Информационные технологии в науке и образовании
• Экономика, менеджмент и инновации в биотехнологии
• Деловой иностранный язык
• Философские проблемы естествознания
• Методологические основы исследований в биотехнологии
• Технологии производства топлива из возобновляемого сырья
• Математическое моделирование биотехнологических процессов
• Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии
• Автоматизация технологических процессов и производств
• Современные методы оптимального проектирования сложных биотехнологических систем
• Технологии производства биогаза
• Прикладная экобиотехнология
• Логистика производства биотоплива
• Технологии производства биодизеля

Занятия с магистрантами проводятся на базе Института пищевых производств и биотехнологии. Лекции, лабораторные и семинарские занятия проводятся в аудиториях института.

Магистранты осуществляют практические и научно-исследовательские работы в следующих лабораториях:

• Лаборатория «Инженерные проблемы биотехнологии» (зав. лаб. – к.т.н. Мухачев С.Г., к. Д-310, Д-312). Изучение типовых биотехнологических процессов, в частности процесса получение чистой культуры спиртовых дрожжей. Изучение гидродинамических и массобменных процессов в аппаратах. Стерилизация технологических потоков (питательной среды, технологического воздуха). Изучение биотехнологических процессов, проведение автоматизированных процессов непрерывного и периодического культивирования

Оборудование.

• Модуль биореакторный лабораторный;
• Модуль биореакторный лабораторный с аппаратом вытеснения;
• Модуль биореакторный лабораторный гидролизер;
• Газоанализатор О2 и СО2 «Гамма-100»;
• Анализатор комбинированный рН и рО2 мультитест;
• Установка для моделирования процесса биологической очистки сточных вод;
• Спектрофотометр инфракрасного диапазона IRAffinity Shimadzu;
• Установка автоматическая для перегонки с паром по Кьельдалю Pro-Nitro A;
• Установка для получения сверхчистой деионизированной воды Milli-Q Advantage S.Kit;
• Центрифуга лабораторная с охлаждением Rotina 38R.

Учебный процесс обеспечен необходимыми учебниками, справочной и периодической литературой (не менее 1 экземпляра на студента).

Примерный перечень тем для магистерских диссертаций.

• Исследование стехиометрии метаболических процессов аэробного роста и биосинтеза экзометаболитов в условиях газового питания с применением технического кислорода.
• Исследование массообмена кислорода в процессах микробиологического синтеза при использовании дисковых диспергаторов газа.
• Оптимизация питательных сред и режимов культивирования микроорганизмов с использованием алгоритмов ситуационного управления.
• Анализ ресурсов биологического сырья и оптимизация процессов его переработки химическими и биохимическими способами.
• Разработка методов оперативной диагностики микробиологических процессов.
• Выявление наиболее энергозатратных технологических этапов при реализации процессов микробиологического синтеза и разработка энерго- и ресурсосберегающих технологий производства биологически активных веществ.
• Интенсификация процессов утилизации жидких отходов химических и пищевых производств.
• Интенсификация переработки зернового сырья в производстве этилового спирта с использованием ферментов.
• Интенсификация процесса гидролиза растительного сырья с целью получения этанола.
• Ферментативная обработка зернового сырья в производстве этанола.
• Применение мембранных технологий в процессах получения биоэтанола.
• Технология вакуумного брожения в производстве этанола.
• Эффективность использования кислорода в процессах дрожжегенерации.
• Технология производства биогаза из отходов сельского хозяйства.
• Контуры и алгоритмы управления режимными параметрами процессов культивирования продуцентов спиртов.
• Контуры и алгоритмы управления бродильными процессами.

Список научных работ, опубликованных по тематике магистерской программы:

1. В.М. Емельянов, С.Г. Мухачев, А. С. Сироткин Совершенствование микробиологических технологий на основе специализированных систем автоматизации научных исследований. Вестник КГТУ, 2010, №4, С. 105-119.
2. Пат. 2021849. Перемешивающее устройство для многофазных сред / С. Г. Мухачев, Р. И. Валеев, Ш. Г. Еникеев и др. – опубл. 30.10.1994.
3. А.С. 4453123/13 Способ получения L-лизина / В. М. Емельянов, Л. А. Музыченко, И. С. Владимирова и др., заявл. 28.12.89.
4. Emelyanov V. M., Sakhno T. V., Kurashov V. M., Skvortsov A. P. Recovery of Soil Become Degraded Owing to Simultaneous Contamination With Petroleum and Salted With Oil-Production Waters. ConSoil 2000, Seventh International FZK/TNO conference on contaminated soil, Germany, 2000. p. 1240-1241.
5. Emelyanov V. M., Sakhno T. V., Kurashov V. M. Intensification of oil spills biogegradation based on the controlling of the electrokinetic characteristics of biopolymers of hydrogencarbondegrading microorganisms. ISEB 99-Meeting Biopolymers. 2-5 March, 1999, Leipzig, Germany. 1999. p. 50.
6. Филиппова Н. К. Разработка интенсивной технологии аэробного культивирования чистой культуры спиртовых дрожжей Sacch. cerev. / Н. К. Филиппова, В. М. Емельянов, И. С. Владимирова, Р. Т. Валеева // Биотехнология, 2002, №1, С. 49-53.
7. Емельянов В. М. Аппаратурно-технологическое оформление участка аэробной генерации спиртовых дрожжей. / В. М. Емельянов, Ю. П. Александровская, Р. Ш. Еналеев и др. // III междунар. научно-практич. конф., посвященная 70-летию создания ВНИИ пищевой биотехнологии. Тез. докл. – М.: Пищпром, 2001. – С. 72-76.
8. Владимирова И. С. Интенсивная технология дрожжегенерации / И. С. Владимирова, Н. К. Филиппова, В. М. Емельянов, Р. Т. Валеева // 1-Международный конгресс «Биотехнология – состояние и перспективы развития». Тез.докл. – М.: 2002. – С. 64-70.
9. Емельянов В. М. Биотехнологический комплекс участка чистой культуры спиртовых дрожжей / В. М. Емельянов, И. С. Владимирова, Ю. П. Александровская и др. // 1-й Международный конгресс «биотехнология – состояние и перспективы развития». Тез. докл. – М., 2002. – С. 45-47.
10. Мухачев С.Г. Кинетика аэробного культивирования спиртовых дрожжей в мембранном биореакторе / С. Г. Мухачев, Ю. П. Александровская, Н. К. Филиппова, В. М. Емельянов // Вестник КГТУ. – Казань, 2003, №2. – С.168-172.
11. Мухачев С. Г. Аэробное выращивании посевной культуры сахаромицетов в биореакторе с мембранной стерилизацией кислорода / С. Г. Мухачев, В. М. Емельянов, Ю. П. Александровская // Биотехнология, 2005. № 3. – С.71-78.
12. Аппаратурное оснащение и совершенствование аэробных технологий получения посевных материалов. Разработка инокулятора вытеснения с мембранным устройством стерилизации кислорода: Отчет о НИР / № ГР. 01200610996; инв. № 02.2.007 04215.- Казань, ООО «Биотехпродукция», 2007. – 50 с.
13. Валеева Р. Т. Использование спиртовых дрожжей в производстве кормовых препаратов на основе барды / Р. Т. Валеева, С. Г. Мухачев, В. М. Емельянов и др. // Производство спирта и ликероводочных изделий, 2006, № 4. – С. 20-21.
14. Мухачев С. Г., Валеева Р. Т. Расчет материального баланса цеха кормовых дрожжей // Производство спирта и ликероводочных изделий, 2007, №1. – С. 8-9.
15. Сироткин А. С. Современные технологические концепции аэробной биологической очистки сточных вод / А. С. Сироткин, С. А. Понкратова, М. В. Шулаев. – Казань, 2002. – 163 с.
16. Мухачев С. Г. Перспективы комплексной переработки возобновимых ресурсов / С. Г. Мухачев, В. Н. Мельников, Р. А. Садыков и др. // Вестник КГТУ, Казань, 2003, №2. – С. 424-430.
17. Мухачев С. Г. Организация производства топливного спирта в Республике Татарстан / С. Г. Мухачев, И. С. Владимирова, Р. Т. Валеева // Вестник КГТУ, Казань, 2006, №5. – С. 21-26.

Магистерская программа обеспечена аспирантурой (специальность 03.01.06 – Биотехнология (в том числе бионанотехнологии)).