Предферментационная стадия

На предферментационной стадии осуществляют хранение и подготовку культуры продуцента (инокулята), получение и подго­товку питательных субстратов и сред, ферментационной аппарату­ры, технологических и рециркулируемых воды и воздуха.

Поддержание и подготовка чистой культуры В отделе­нии чистой культуры осуществляют хранение производственных штаммов и обеспечивают их реактивацию и наработку инокулята в количествах, требуемых для начала процесса. При выращивании посевных доз инокулята применяют принцип масштабирования, то есть проводят последовательное наращивание биомассы продуцента в колбах, бутылях, далее в серии последовательных ферментеров.

Приготовление питательных сред осуществляется в специаль­ных реакторах, оборудованных мешалками.

Поэтому дозирование питательных компонентов подбирается и осуществляется индивидуально на каждом производстве в соответствии с технологическим регламентом конкретного процесса.

Приготовление питательных средств.

Основу питательных сред для культивирования микроорганиз­мов составляют источники углерода. Кроме углерода клетки микро­организмов в процессе роста испытывают потребность в азоте, фосфоре, макро- и микроэлементах. Все вещества этого рода нахо­дятся в питательных средах в виде солей.

Отделение приготовления питательной среды представляет со­бой цех, оборудованный емкостями для хранения жидких и твердых веществ, средствами их транспортировки и аппаратами с перемеши­вающими устройствами для приготовления растворов, суспензий или эмульсий. При этом питательные соли хранятся обычно в твердом виде, а приготовление их смеси с заданным соотношением компонентов производится в аппарате с мешалкой, куда подаются твер­дые компоненты в необходимом количестве и далее происходит их растворение. Иногда соединяются и перемешиваются заранее приго­товленные растворы.

Жидкие и твердые источники углерода обычно вводят в уже готовую питательную среду непосредственно перед ферментацией.

Важнейшим элементом приготовления питательных сред являет­ся соблюдение требований асептики. Это либо создание заданного значения рН, обеспечивающего подавление посторонних микроорга­низмов, либо полная стерилизация всех подаваемых потоков и са­мого биореактора. Для стерилизации газовых потоков (в первую очередь воздуха) используют процесс фильтрации через специаль­ные волокнистые фильтры.

Жидкостные потоки стерилизуют различными методами, из ко­торых практический интерес представляют термический, радиацион­ный, фильтрационный и отчасти химический. Термический - самый распространенный, при температурах порядка 120-150°С. Радиаци­онный - -излучение, применяется редко из-за трудностей созда­ния и эксплуатации мощных источников этого излучения. В отдельных случаях применяют химические стерилизующие агенты (вещества с ярко выраженным асептическим действием).

Поддержание чистой культуры

В технологическом процессе используются полезные свойства штамма, следовательно, необходимо сохранять и, если возможно, улучшать его производственные качества. Поэтому в биотехнологи­ческом производстве имеется отделение чистой культуры. Такое отделение прово­дит лабораторные операции по контролю и сохранению чистой куль­туры, а также маломасштабное культивирование для постоянной пе­редачи штамма на стадию ферментации. Фактически это микробиоло­гическая лаборатория с музеем штаммов-продуцентов.

По мере необходимости из отделения чистой культуры посту­пает заданная масса инокулята, идущая в производство. При пери­одическом процессе культивирования (при производстве метаболи­тов) в отделении чистой культуры готовят засевную дозу клеток для каждой из операций основного производства. При непрерывном производстве кормового белка этого не требуется. Для это­го в отделении имеется ферментационная часть, где производится выращивание достаточно крупных партий микроорганизма продуцен­та. Посевные дозы выращиваются последовательно в колбах и буты­лях на 10-20 литров, находящихся на качалках или просто в тер-мостатируемом помещении, и далее в последовательности ферменте­ров объемом (по необходимости) 10, 100, 500 и 1000 литров, в которых осуществляется перемешивание, аэрация и термостатирова-ние культуральной жидкости с клетками.

Ферментация

Стадия ферментации - центральная среди этапов промышленно­го производства. Под ферментацией понимают всю совокупность последовательных операций от внесения в заранее приготовленную и термостатированную среду инокулята до завершения процессов роста, биосинтеза или биотрансформации.

Ферментация проходит в специальных емкостях, называемых ферментерами или биореакторами. Конструкция биореактора приве­дена на рис. 2. Основными элементами ферментера являются двой­ные стенки, промежуток между которыми заполняется охлаждающей

питательная среда

Рис. 2. Устройство ферментера

или нагревающей жидкостью, входные отверстия для газовых и жид­ких потоков, система контроля за составом питательной среды и условиями внутри реактора.

Поскольку в промышленной биотехнологии выделяют 2 типа процессов - накопление биомассы и накопление ценных веществ, возникающих в ходе роста и последующего развития культуры, то меняется и характер построения производства во времени. Биомас­са одноклеточных выращивается непрерывным способом в аппаратах хемостатного типа, а все процессы второй груши; осуществляются периодически,

Технологическое оформление процессов промышленной биотех­нологии в значительной мере определяется отношением микроорга­низма-продуцента к кислороду.. Технологическое оформление строго анаэробных процессов сложнее, чем для процессов брожения, так . как в этом случае необходимо полностью исключить возможность попадания кислорода в газовую, а оттуда и в жидкую среду.

В аэробных условиях микробиологический синтез протекает со значительным тепловыде­лением, что вызывает необходимость отвода тепла из аппаратов большого объема (сотни и тысячи кубометров). Наиболее прием­лемый на практике способ теплоотвода - охлаждение водой через змеевики, рубашки и др. устройства.

- Важно также поддерживать определенный состав питательной среды. В непрерывных процессах биосинтеза задача технолога сво­дится к поддержанию концентрации всех питательных веществ (и кислорода) и дозированному введению кислоты или щелочи для рН-статирования системы на заданном уровне.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: