АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология
|
Основная ферментация
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: 821 | 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 |
|