5.3. 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

выхо возд

рубашка

п итательная 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.

5.4. Выделение и очистка продуктов

Продукты микробного синтеза поступают из биореактора в виде водных суспензий или растворов, при этом характерно невысо­кое содержание основного компонента и наличие многих примесных веществ. В большинстве промышленных производств на первом этапе переработки культуральной жидкости производят отделение массы продуцента от жидкой фазы.

Технологические приемы, используемые для отделения клеток от среды, зависят от природы продуцента. Например, сахаромицеты (хлебопекарные дрожжи) имеют относительно большие клетки и спо­собны флотироваться, поэтому после сгущения биомассы флотацией их отделяют на обычных барабанных вакуум-фильтрах. В дальнейшем биомассу, снятую с фильтра, подвергают прессованию и получают продукт с высоким содержанием живых клеток, имеющих высокую хлебопекарную активность. Дрожжи же рода Candida, служащие ис­точником кормового белка плохо флотируются и фильтруются. Поэ­тому дрожжи, растущие на углеводородах, а также бактерии-проду­центы белка на основе метана и метанола, на первом этапе сепа­рируются, причем в несколько ступеней. Оставшаяся вода удаляет­ся путем выпаривания, а все компоненты жидкой фазы остаются в конечном продукте.

При выделении и очистке метаболитов биомасса, если она не содержит заметных количеств целевого продукта, осаждается до­бавлением извести или других твердых компонентов, увлекающих клетки или мицелий на дно. Полученная культуральная жидкость перерабатывается путем экстракции, ионообмена, кристаллизации или с помощью микро- и ультрафильтрации через полимерные мемб­раны со специально подобранным размером пор. Для выделения и очистки продуктов, находящихся внутри клеток продуцента (например, интерферонов, гормонов) вводится стадия разрушения клеточ­ных оболочек (дезинтеграция биомассы); обычно для этого приме­няются механические, химические (растворители типа толуола) или комбинированные методы.