Введение к работе
1.1. Актуальность проблемы. В наступившем столетии ключевую роль в развитии научно-технического прогресса играет биотехнология. Биотехнология – это управляемое получение полезных для народного хозяйства продуктов с помощью биологических агентов: бактерий, вирусов, клеток животных и растений, а также с помощью внеклеточных веществ и компонентов клеток, улучшение кормов для животноводства, способствующее увеличению выхода продукции (Работнова И.А. 1957, 1974, 1976; Печуркина Н.С. 1978; Помозговая И.Н. 1979; Дьяконов Л.П. 1998; Сергеев В.А. 1983; Бекер М.Е. 1978; Кофаров В.В. 1979; Басникьян И.А. 1992; Бирюков В.В. 1985; Рубан Е.А. 1995, 2000, 2008; Самуйленко А.Я. 2000, 2008; Калунянц К.А. и др. 1987).
Доля Российской Федерации (РФ) в мировом объеме производства биотехнологической продукции (160 млрд. долларов в 2010 году) в настоящее время составляет менее 1%. Объем отечественного производства биотехнологической продукции для животноводства составляет 2,6 млрд. рублей. 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. В целом по всему спектру биотехнологической продукции в России существует более чем 80%-ная зависимость от импорта биопрепаратов для сельского хозяйства.
В «Концепции развития аграрной науки и научного обеспечения агропромышленного комплекса РФ на период до 2025 года» отмечено, что темпы роста агропромышленного производства являются недостаточными для его ускоренного развития.
Государственной программой развития сельского хозяйства и регулирования рынков продукции, сырья и продовольствия на 2008-2012 годы, принятой в 2007 году, были определены основные направления и условия достижения прогнозируемых показателей сельскохозяйственного производства. Важным условием увеличения производства продуктов животноводства и повышения уровня земледелия является освоение новых промышленных инновационных технологий изготовления биологических препаратов, спрос на которые постоянно повышается. При этом следует иметь в виду, что получение продукта биотехнологическим путем является единственной экологической альтернативой. Такие выдающиеся отечественные ученые как Ю.А.Овчинников, К.Г.Скрябин, М.П. Кирпичников, А.Я.Самуйленко, И.А.Тихонович, Р.Ф.Попов, Р.Ф.Василов, А.А.Завалин, Р.В.Петров, С.Г.Колесов и многие другие внесли неоценимый вклад в развитие российской биотехнологии.
Отечественная аграрная наука располагает разработками в этих направлениях, как на уровне НИОКР, так и пилотных технологий, однако для их внедрения требуется более тесная координация научных разработок в области промышленной биотехнологии, модернизация предприятий по выпуску биологической продукции и создание региональных биологических предприятий для приближения производства к ее потребителям.
Особое внимание при разработке биотехнологий необходимо уделять процессам крупномасштабного культивирования вирусов и бактерий в биореакторах различных конструкций, специализированных для культивирования клеток животных на микроносителях и в суспензии, для периодического и непрерывного культивирования микроорганизмов, а также иммобилизованных клеток и клеточных линий в суспензии (Рубан Е.А., Раевский А.А., Соловьев Б.В., 1985-2000; Тихонов И.В. с соавт., 2008).
Большое значение имеет разработка технологии продуктов на основе сырья природного происхождения - отходов пищевой и сельскохозяйственной промышленности, которые не уступают по качеству препаратам-аналогам ведущих зарубежных фирм и могут применяться как самостоятельные препараты (например, лечебно-профилактические и кормовые добавки), так и в качестве материалов, используемых в биотехнологических процессах в качестве основы питательных и защитных сред, ферментных комплексов и т.д. (Албулов А.И., Фролова М.А., 2012; Римарева Л.В., 2008; Воробьева Г.И. с соавт., 2005).
В настоящее время в РФ потребность промышленности в ферментных препаратах удовлетворяется за счет импорта (более чем на 90%).
Перспективными являются разработки биотехнологии, исключающие вредное воздействие на природную среду сточными водами и их осадками, что достигается использованием высокоэффективной технологии аэробной очистки сточных вод, основу которой составляет комплексное использование продленной аэрации смеси сточной воды и активного ила в оптимальных режимах роста биомассы (Самуйленко А.Я., Денисов А. А., 1992-2012).
Освоение результатов отечественных биотехнологических разработок позволяет предприятиям значительно расширить ассортимент, повысить качество, эффективность выпускаемой продукции, то есть конкурентоспособность. Актуальность данной работы определена современными взглядами на качество продукции, изложенными в Федеральных Законах и национальных стандартах РФ (№61-ФЗ «Об обращении лекарственных средств» от 12.04.2010г.; №184-ФЗ «О техническом регулировании» от 15.12.2012; ГОСТ Р 52249-2009 «Правила производства и контроля лекарственных средств» и др.); обязательным внедрением на предприятиях биологической промышленности Правил GMP (Good Manufacturing Practice), а также в связи с вступлением Российской Федерации в ВТО.
Степень разработанности проблемы
На современном этапе текущее состояние биотехнологии в РФ характеризуется следующими моментами: отставанием объемов производства от уровня и темпов роста в странах - технологических лидерах данной области; возрастающим спросом на биотехнологическую продукцию со стороны потребителей внутри страны; высокой импортозависимостью по важнейшим традиционным биотехнологическим продуктам - лекарственным препаратам и кормовым добавкам; отсутствием на российском рынке собственной инновационной биотехнологической продукции.
Использование отечественных разработок биотехнологии позволит перевести производство широкого спектра биопрепаратов сельскохозяйственного назначения на современный инновационный уровень, унифицировать технологии на модульной основе с использованием современного оборудования и средств механизации, максимально приблизить их производство к потребителю.
1.2. Цель и задачи исследований. Цель исследований – научно обосновать пути реализации и внедрения инновационных отечественных промышленных биопроизводств для нужд ветеринарии, животноводства и земледелия, как основы повышения эффективности аграрно-промышленного комплекса Российской Федерации.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
- оценить емкость рынка биотехнологических препаратов для сельскохозяйственных отраслей АПК (животноводство и растениеводство) и дать прогноз предполагаемого объема их потребления;
- обосновать возможность использования унифицированной современной технологической блочно-модульной линии производства биопродукции для нужд АПК РФ;
- усовершенствовать промышленные технологии экологически безопасного производства биологических препаратов разных групп для ветеринарии;
- разработать биоиндустриальные схемы очистки жидких и переработки твердых отходов производства с учетом специфики регионов страны;
- разработать исходные данные для проекта типовой структуры биозавода модульного типа с гибкими универсальными технологическими линиями по производству биопродукции;
- экономически обосновать интегрированные возможности использования продукции региональной биопромышленности для повышения эффективности АПК РФ;
- разработать Проект рекомендаций по организации биозаводов в регионах РФ;
- разработать «Концепцию научного обеспечения создания и развития региональных биологических предприятий по производству препаратов для защиты животных, растений и средств, повышающих эффективность функционирования агропромышленного комплекса Российской Федерации».
1.3. Научная новизна. Впервые в РФ проведен анализ функционирующих производств биопродукции для нужд АПК (биологическое сырье, препараты для ветеринарии и животноводства, оздоровления почвы, защиты растений), оценена емкость рынка и дан прогноз предполагаемого объема потребления вышеуказанной продукции.
Для оснащения биологических предприятий страны, производящих различные биологические средства для ветеринарии и животноводства, оздоровления почв и защиты растений, обеспечивающие экологическую и продовольственную безопасность, предложены гибкие блочно-модульные линии. Разработаны исходные данные для проекта типовой структуры биозавода на модульной основе.
С использованием пилотной технологической блочно-модульной линии опытного производства ВНИТИБП усовершенствованы технологии:
- производства биопрепаратов для животных: Патент РФ «Вакцина антирабическая сухая для крупного и мелкого рогатого скота» № 2402348 приор. от 13.05.2009г. (в соавторстве) и Патент РФ «Способ получения вакцины против аэромоноза рыб» № 2431664 приор. от 07.06.10г. (в соавторстве);
- переработки биосырья: Патент РФ «Способ получения биологически активной пищевой добавки из перепелиных яиц и биологически активная пищевая добавка из перепелиных яиц» № 2406412 приор. от 19.02.09г. (в соавторстве), Патент РФ «Способ получения трипсина» № 2403285 приор. от 04.06.09г. и Патент РФ «Способ иммобилизации фермента» №2497936 приор. от 17.06.10г. (в соавторстве).
Определены и научно обоснованы интегрированные количественные показатели необходимых мощностей биопроизводств по регионам для страны в целом и дана оценка прогнозируемой экономической эффективности биопромышленности для нужд АПК РФ.
Разработаны:
- Проект рекомендаций по организации биозаводов в регионах РФ;
- Бизнес-план биозавода (базовая финансовая модель);
- «Концепция научного обеспечения создания и развития региональных биологических предприятий по производству препаратов для защиты животных, растений и средств, повышающих эффективность функционирования агропромышленного комплекса Российской Федерации».
1.4. Практическая значимость. Разработаны и внедрены на опытном производстве ВНИТИБП и ЗАО «Биопрогресс» промышленные технологии, нормативная и технологическая документация производства следующих биологических препаратов:
- Вакцина инактивированная против аэромоноза рыб (Технологический регламент производства утвержден директором ГНУ ВНИТИБП,декабрь 2010г.);
- Вакцина антирабическая сухая для крупного и мелкого рогатого скота (Технологический регламент производства утвержден директором ГНУ ВНИТИБП 11.06. 2012г.);
- Трипсин сухой для вирусологических целей (Технологический регламент производства утвержден директором ГНУ ВНИТИБП 11.05. 2012г.);
- Биологически активная пищевая добавка из перепелиных яиц (Технологический регламент производства утвержден директором ГНУ ВНИТИБП 10.04 2012г.).
Результаты проведенных исследований использованы на Армавирской и Ставропольской биофабриках, Щелковском биокомбинате при перепроектировании технологических линий по производству различных ветеринарных препаратов.
Проведен анализ потребности в биологических препаратах сельскохозяйственных отраслей АПК (животноводство и растениеводство), определены количественные показатели необходимых мощностей биозаводов по регионам (на примере Воронежской области и республики Марий Эл) и по стране в целом.
Получены исходные данные для проекта типовой структуры биозавода модульного типа с гибкими универсальными технологическими линиями.
Разработан Проект рекомендаций по организации биозаводов в регионах РФ.
Результаты работы использованы для обоснования разработанной во ВНИТИБП и одобренной Президиумом Россельхозакадемии (протокол №4 от 21.04.2011) «Концепции научного обеспечения создания и развития региональных биологических предприятий по производству препаратов для защиты животных, растений и средств, повышающих эффективность функционирования агропромышленного комплекса Российской Федерации».
1.5. Основные положения диссертационной работы, которые выносятся на защиту:
- анализ емкости рынка биотехнологических препаратов для сельскохозяйственных отраслей АПК (животноводство и растениеводство) и прогноз предполагаемого объема их потребления;
- обоснование возможности использования унифицированной современной технологической блочно-модульной линии производства биопродукции для нужд АПК РФ;
- усовершенствованные промышленные технологии экологически безопасного производства биологических препаратов разных групп для ветеринарии;
- биоиндустриальные схемы очистки жидких и переработки твердых отходов производства с учетом специфики регионов страны;
- исходные данные для проекта типовой структуры биозавода модульного типа с гибкими универсальными технологическими линиями по производству биопродукции;
- экономическое обоснование интегрированных возможностей использования продукции региональной биопромышленности для повышения эффективности АПК РФ;
- Проект рекомендаций по организации биозаводов в регионах РФ;
- «Концепция научного обеспечения создания и развития региональных биологических предприятий по производству препаратов для защиты животных, растений и средств, повышающих эффективность функционирования агропромышленного комплекса Российской Федерации».
1.6. Апробация работы. Материалы диссертационной работы доложены на Ученом Совете ВНИТИБП (2009-2012 гг.); Международных научно-практических конференциях «Научные основы производства ветеринарных биологических препаратов» (2009 и 2012 гг.); на расширенном президиуме РАСХН по биотехнологии (2010 г.); на заседаниях отделения ветеринарной медицины РАСХН (2010 – 2011 гг.); на Президиуме РАСХН (2010 г.).
Научная разработка вакцины против аэромоноза рыб награждена серебряной медалью выставки «Золотая осень – 2012».
1.7. Публикации результатов исследований. Основные положения диссертационной работы опубликованы в 18 статьях в изданиях по перечню, рекомендованному ВАК Минобрнауки РФ для публикации материалов докторских диссертаций. По результатам исследований получено 5 патентов и опубликовано 6 монографий (в соавторстве). Общее количество опубликованных научных работ по теме диссертации - 48.
1.8. Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, материалов собственных исследований, обсуждения результатов, выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена в 8 главах на 300 страницах машинописного текста, содержит 30 рисунков, 40 таблиц и 3 приложения. Библиография включает 310 литературных источников.
Похожие диссертации на Инновационные биопроизводства для повышения эффективности развития агропромышленного комплекса России
