Понятие о многотоннажном и малотоннажном производстве.

По мере создания микробиологических производств происходило их отделение от пищевой, химической, медицинской и др. отраслей промышленности.

По степени использования микроорганизмов отрасли промышленности можно разделить на две большие группы:

1. К первой - относится ряд пищевых производств

• (например, бродильные производства, пивоварение, виноделие и пр.)

2. Ко второй - производства связанные с культивированием, т.е. выращиванием микроорганизмов, либо продуцированием (выработкой) полезных продуктов жизнедеятельности микроорганизмов.

Первая группа производств не относится к собственно микробиологической промышленности.

Применение микроорганизмов ограничивается здесь, какой либо одной стадией технологического процесса.

Вторая же группа является собственно биотехнологией или микробиологической промышленностью и по технологическому признаку может быть разделена на две подгруппы:

1. Многотоннажные производства.

2. Малотоннажные производства.

Многотоннажные производства связаны с выработкой:

• больших количеств биомассы микроорганизмов (прежде всего дрожжей);

• ряда органических кислот (лимонной, молочной, уксусной и др.);

• и ряда спиртов.

При многотоннажном производстве используется т.н. глубинное выращивание (т.е. культивирование) микроорганизмов.

Условия культивирования

• (т.е. выращивания) в многотоннажном производстве

• не требует высокой степени стерильности, в связи с этим здесь используются т.н. не стерильные ферментаторы.

Это связано с тем, что вероятность проникновения и воздействия на основные процессы посторонней (дикой или вульгарной) микрофлоры мала.

Культивирование в многотоннажных производствах происходят в неблагоприятных условиях для дикой микрофлоры:

• в кислой среде при рН 4,0 – 5,0

• и температурах больше 35 ⁰С.

Кроме того, в многотоннажном производстве:

• питательные среды и т.н. культуральные жидкости (т.е. биологические жидкости, в которых выращиваются микроорганизмы),

• содержат спирты и другие компоненты в концентрациях, при которых затруднен рост многих вредных или диких микроорганизмов.

Кроме того, в ряде случаев при культивировании в многотоннажном производстве используются микроорганизмы являющиеся

• т.н. анаэробами (т.е. не нуждающимися в кислороде воздуха).

Следовательно, при культивировании

• не требуется аэрация (т.е. насыщение воздухом),

• что облегчает борьбу с посторонней микрофлорой.

Ввиду таких сравнительно не высоких требований к защите процесса от посторонней микрофлоры основное оборудование в многотоннажном производстве, а именно:

• бродильные чаны и ферментаторы

• не нуждаются в надежной стерилизации и герметизации.

Что же касается особенностей технологии многотоннажных производств, то следует особенно выделить то, что стадия выделения готового продукта довольно проста:

• либо сепарация дрожжей;

• либо ректификация растворителей.

Кроме того, конечные продукты выпускаются

• либо в жидком виде,

• либо сухом виде, для чего они подвергаются сушке в распылительных сушилках.

Малотоннажные производства или тонкий микробиологический синтез относятся ко второй подгруппе.

Цель малотоннажных производств:

• получение либо бактериальных препаратов;

• либо веществ сложной органической структуры, большинство из которых обладает биологической активностью

Сюда относятся:

• медицинские и кормовые антибиотики,

• ферменты, бактериальные удобрения, и стимуляторы роста,

• кровезаменители тепа полиглюкина, вакцины, гормональные препараты и т.п.

В малотоннажном производстве также используется глубинное выращивание микроорганизмов, которые являются продуцентами биологически активных веществ.

(Продуценты – организмы способные синтезировать органические вещества из неорганических).

Культивирование при малотоннажном производстве происходит в условиях близких к нормальным и оптимальным для развития вульгарной (дикой) микрофлоры (рН 6,2 – 7,2 и температура 25 – 35 ⁰С).

Следовательно, посторонние микроорганизмы могут;

• либо полностью подавить рост полезного продуцента;

• либо резко снизить выход нужного продукта метаболизма микроорганизмов.

В связи с этим к оборудованию, используемому в малотоннажном производстве,

• предъявляются повышенные требования к стерильности и герметичности, как аппаратов,

• так и технологических процессов протекающих в них.

Выделение конечного продукта из культуральных жидкостей в малотоннажном производстве происходит более сложным путем.

Помимо сепарации и фильтрования приходится использовать такие процессы как:

• осаждение;

• экстракция;

• выпарка;

• ионный обмен и др.

Продукты тонкого микробиологического синтеза, как правило, термически нестойки.

Это требует

• невысоких температур

• и быстрого проведения процессов выделения после культивирования.

Готовый продукт выпускается, как правило, в сухом виде и фасуется в герметичную тару.

Наиболее распространенными видами сушки продуктов тонкого микробиологического синтеза является:

• распылительная; - тепловая вакуумная сушка; - сушка в кипящем слое; - и сублимационная.

Хранение готового продукта производится

• либо при пониженных температурах,

• либо в условиях исключающих контакт продукта с окружающей средой.

В принципиальном плане и при многотоннажном производстве и при тонком микробиологическом синтезе используется родственное, по сути, оборудование.

Рекомендуемая литература:

1. Калунянц К.А., Голгер Л.И., Балашов В.Е., Оборудование микробиологических производств М.; Агропромиздат, 1987. стр. 5 - 10.

2. Боротников И.В., Босенко А.М., Машины и аппараты микробиологических производств. Минск, Высшая школа, 1982. - 288 с.

3. Еренгалиев А.Е., Какимов А.К., Жаксыбаев А.М. Биотехнологическое оборудование. Учебное пособие. – Семипалатинск, 2006. – стр. 3 – 9.

12