АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология

Основная ферментация

Прочитайте:
  1. II. Основная часть
  2. II. Основная часть занятия
  3. II. Основная часть занятия
  4. II. Основная часть занятия
  5. II. Основная часть занятия
  6. II. Основная часть занятия
  7. II. Основная часть занятия
  8. II. Основная часть занятия
  9. II. Основная часть занятия
  10. II. Основная часть занятия

Эффективность биотехнологического производства определяется, в первую очередь, производительностью основного оборудования. Поэтому проведению стадии основной ферментации уделяется большое внимание. Под ферментацией понимают всю совокупность последовательных опера­ций от внесения в заранее приготовленную и нагретую до требуемой тем­пературы среду посевного материала и до завершения процесса роста кле­ток или биосинтеза целевого продукта. По окончании ферментации обра­зуется сложная смесь, состоящая из клеток продуцента, раствора непо­требленных питательных компонентов и накопившихся в среде продуктов биосинтеза. Такую смесь называют культуральной жидкостью.

Процесс ферментации может осуществляться 2-мя способами: поверхностного культивирования, когда выращивание производствен­ной культуры производят на среде, содержащей твердые частицы субстра­та; 2) глубинного культивирования, когда выращивание той же культуры микроорганизмов происходит во всем объеме жидкой питательной среды, содержащей растворенный субстрат.

При поверхностном способе культивирование проводится в так назы­ваемых кюветах, которые представляют собой противни, изготовленные из оцинкованной жести или нержавеющей стали с перфорированным днищем. Размер их обычно 600x800x30 мм, перфорация выполнена в виде щелей 2x20 мм. Заполненные питательной средой кюветы размещают на этажерках с небольшим наклоном через каждые 100-120 мм по высоте. В целях экономии производственных площадей кюветы объединяют в кассе­ты. Многоярусные подвижные этажерки устанавливают в растилыше ка­меры, имеющие размеры (в мм) 200х 1000x200. Камеры располагают меж­ду 2-мя коридорами: загрузочным и разгрузочным; с обеих сторон камеры снабжены герметичными дверями. Такой вариант не является эффектив­ным, поскольку предполагает использование громоздкого оборудования, значительную долю ручного труда. Способ находит ограниченное приме­нение, в основном в случае, если продукт не может быть получен глубин­ным культивированием.

Более распространенным в микробиологической промышленности яв­ляется метод глубинного культивирования. По сравнению с поверхност­ным способом он является более интенсивным, позволяет вырабатывать за единицу времени и объема большее количество целевого продукта. глубинное культивирование проводят в емкостных аппаратах, которые назы­ваются ферментаторами или ферментерами (рис.2). Такой аппарат должен обеспечивать: 1) рост и развитие популяций микроорганизмов в объеме жидкой фазы, 2) подвод питательных веществ к клеткам микроорганиз­мов, 3) отвод от микробных клеток продуктов их обмена веществ (метабо­лизма),.4) отвод из среды выделяемого клетками тепла. Самый простой ферментер состоит из емкости 1, определяющей рабочий объем аппарата, системы ввода и выивода жидкостных и газовых потоков 2, системы пере­мешивания 3, обеспечивающей наиболее полное смешение компонентов питательной среды, системы диспергирования воздуха (при проведении аэробных процессов) - барботера 4, охлаждающих устройств для отвода тепла - змеевика 5 и рубашки 6.

.Рис.2. Аппарат для глубинного культивирования микроорганизмов (фер­ментер):

1 - емкость; 2 - система ввода и вывода жидкостных и газовых потоков; 3 -система перемешивания; 4 - барботер; 5 -змеевик; 6 - рубашка

В зависимости от цели биотехнологического производства - получение клеток или продуктов их жизнедеятельности - способы ведения основной ферментации несколько различаются. Если процесс направлен на получение биомассы, то назначение ферментации - получить максимально воз­можный титр клеток, а в случае получения метаболитов их накопление осуществляют одновременно, причем максимумы образования продуцента и целевого продукта всегда сдвинуты по времени. Поэтому продолжи­тельность ферментации в первом случае всегда меньше, чем во втором.

Просто в ферментационной среде создаются условия, например низкие значения рН или повышенные температуры, которые обеспечивают доминирование производственного штамма над посторонней микрофлорой. Примером таких технологий является культи­вирование в непрерывных условиях кормовых дрожжей и получение ук­сусной кислоты при пониженных значениях рН среды, а также производ­ство кормового витамина Вц и анаэробное сбраживание органических ве­ществ, где используются термофильные микроорганизмы и стадию фер­ментации проводят при температуре 50-55°С.

Чтобы обеспечить доминирующий рост производственному штамму, пользуются приемом, суть которого сводится к увеличению доли посевно­го материала, передаваемого в основной аппарат. Она может достигать 20-25%.

Ферментационные процессы отличаются и значениями контролируе­мых параметров. К ним, прежде всего, относятся температура, рН среды, объемный расход воздуха. При культивировании различных микробных клеток интервал рабочих температур варьирует от 25 до 60°С, значения рН - от 2 до 9, расход воздуха в аэробных процессах - от 0.15 до 2.5 м° на 1 м' среды в минуту. Весьма важна точность, с которой эти параметры под­держиваются в ходе проведения отдельной ферментации. Температуру стараются поддерживать с точностью 1°С, рН среды - 0.2, объемный рас­ход воздуха -10%. Продолжительность проведения отдельных фермента­ции тоже сильно варьирует. Если целью является получение биомассы промышленного штамма в периодическом процессе, то время культивиро­вания в периодическом процессе не превышает 24 ч. При производстве первичных метаболитов время биосинтеза составляет уже 48-72 ч, а вто­ричных - более 72-144 ч.

Технологическое оформление процессов биосинтеза различается также в зависимости от отношения организма-продуцента к кислороду. С этой точки зрения различают аэробные и анаэробные процессы.

Большинство используемых в современном производстве культур мик­роорганизмов являются аэробными, т.е. требуют присутствия кислорода в среде. Это достигается путем обеспечения необходимой концентрации растворенного кислорода в жидкой питательной среде. Для того, чтобы облегчить растворение кислорода в воде, внутрь ферментера помещают так называемые барботеры (трубы с малыми отверстиями по всей длине). При этом кислород поступает в жидкую фазу в виде мелких пузырьков, что при работающей мешалке увеличивает скорость его растворения. Од­нако иногда в микробиологической промышленности, например при по­лучении витамина В]2, используются анаэробные культуры.

Вопросы, связанные с подводом или отводом тепла в ходе ферментации являются очень актуарными в ряде биотехнологических производств. Проблема обусловлена прежде всего тем, что температурный оптимум роста клеток большинства микроорганизмов лежит в интервале 26-40°С. Кроме того, в аэробных процессах на стадии выращивания, продуцента на­блюдается значительное тепловыделение. При работе с большими объе­мами ферментационной среды поддержание температуры на требуемом уровне является непростой задачей. Для отвода тепла на практике наибо­лее часто применяют охлаждение ферментера оборотной водой, которая подается в змеевики и многосекционные рубашки. Однако такой метод оказывается малоэффективен в теплое время года, когда разность темпе­ратур ферментационной среды и оборотной воды порой не превышает не­скольких градусов.

По окончании ферментации культуральная жидкость поступает на пе­реработку, где происходит выделение и очистка целевого продукта.


Дата добавления: 2015-09-03 | Просмотры: 819 | Нарушение авторских прав



1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | 21 | 22 | 23 | 24 | 25 | 26 | 27 | 28 | 29 | 30 | 31 | 32 | 33 | 34 | 35 | 36 | 37 | 38 | 39 | 40 | 41 | 42 | 43 | 44 | 45 | 46 | 47 | 48 | 49 | 50 | 51 | 52 | 53 | 54 |



При использовании материала ссылка на сайт medlec.org обязательна! (0.004 сек.)