ЗМІСТ
ВСТУП.......................................................................................................................4
1. Викладення технологічного проекту..................................................................6
2. Призначення та галузь використання виробу, що розробляється.................11
3. Описання та обґрунтування вибраної конструкції..........................................20
4. Технічна характеристика...................................................................................25
5. Розрахунки, що підтверджують працездатність та надійність конструкції.26
6 Техніка безпеки та охорона праці.....................................................................30
7. Охорона навколишнього середовища..............................................................36
ВИСНОВКИ............................................................................................................37
Перелік посилань....................................................................................................38
ВСТУП
Глютамінова кислота (α-аміноглутарова) є однією з найважливіших амінокислот рослинних і тваринних білків. Вона не належить до числа незамінних, однак, тим не менш, служить основою для синтезу багатьох фізіологічно активних сполук, необхідних для нормальної життєдіяльності людського організму. Вона має дуже приємні органолептичні властивості і тому має широке застосування в різних галузях.
Важливою особливістю глютамінової кислоти є здатність служити захисним фактором при різних отруєннях печінки і нирок, посилювати фармакологічну дію одних і послаблювати токсичність інших лікувальних засобів, підтримувати поряд з іншими амінокислотами постійну реакцію середовища. На цих властивостях і засновано лікування ряду захворювань шляхом введення в організм глютамінової кислоти.
Не менше значення має і мононатрієва сіль цієї амінокислоти - глутамат натрію. Ця сполука підсилює смак багатьох харчових продуктів, а також сприяє тривалому збереженню смакових якостей консервованих продуктів. Ця обставина дозволяє широко використовувати моноглутамат натрію в консервній промисловості, особливо при консервуванні овочів, риби, м'ясних продуктів. У багатьох зарубіжних країнах глутамат натрію додають абсолютно в усі продукти при консервуванні, заморожуванні або просто при зберіганні. Він підвищує не тільки смакову цінність харчових продуктів, а й стимулює діяльність травних залоз. В даний час виробництво глютамінової кислоти стало дуже великим. Провідне місце в цьому виробництві займають Японія і США.
У промисловості глютамінову кислоту одержують декількома способами: багатостадійним хімічним синтезом із акрилонітрилу, мікробіологічним синтезом за одноступінчатою і двоступінчатою технологією, виділенням із цукрової меляси або із білкових гідролізатів. Найбільшого розповсюдження одержали способи виділення глютамінової кислоти із меляси і одноступінчатого мікробіологічного біосинтезу. Останній вважається найбільш перспективним, але отримання глутамату цим шляхом можна і необхідно вдосконалювати з точки зору економічної ефективності: підбирати більш дешеві і продуктивніші джерела живильного середовища для біосинтезу, а також здешевлювати методи відділення і обробки культуральної рідини шляхом підбору ефективнішого обладнання.
1. Викладення технологічного проекту.
Можна виділити наступні етапи технологічного процесу виготовлення глютамінової кислоти мікробіологічним способом:
Приготування живильного середовища.
Для промислових штамів Coryn. glutamicum поживні середовища при виробництві посівного матеріалу, як правило, містять наступні компоненти (у %) [3]:
1) меляса – 8;
2) кукурудзяний екстракт –0,3;
3) хлорид амонію – 0,5;
4) калію фосфат двозаміщений – 0,05;
5) сульфат магнію – 0,03;
6) синтетичний піногасник (пропінол Б-400) – 0,1
7) вода – інше, рН середовища 7,0-7,2.
Живильні середовища на стадії біосинтезу містять ті ж компоненти і в тій же кількості, тільки замість кукурудзяного екстракту і сульфату амонію містять до 2% сечовини, вміст меляси збільшують до 20%, додатково вводять крейду до 1% і 0,1% синтетичного піногасника [3].
Стерилізація живильного середовища, апаратів і комунікацій.
Підготовку ферментерів (інокуляторов) до роботи починають з промивання використаного обладнання гарячою і холодною водою з наступною обробкою апаратів і комунікацій гострою парою. Стерилізацію поживних середовищ здійснюють традиційним способом, так само як і підготовку технологічного повітря. Компоненти середовища, які розчиняються, нагрівають до певної температури, потім витримують при цій температурі з наступним охолодженням до температури ферментації.
Живильне середовище для вирощування продуцентів глютамінової кислоти складається з меляси, кукурудзяного екстракту або іншого джерела ростових речовин, крейди і піногасника. Живильне середовище готується і стерилізується в дві стадії з урахуванням властивостей компонентів, що входять до його складу. Стадії підготовки і стерилізація середовища складаються з змішування компонентів живильного середовища в певній пропорції за допомогою спеціальних дозаторів у реакторі, розчинення солей при перемішуванні, нагрівання до температури стерилізації, витримки при цій температурі протягом 1 години і охолодження до температури, при якій проводиться культивування продуцента глютамінової кислоти.
Термолабільні компоненти середовища, наприклад мелясу, що містить сахарозу стерилізують окремо. У реактор з мішалкою подають мелясу і нагрівають її при постійному перемішуванні до температури 80°С, з періодичним додаванням до розчину певної кількості води. Власне стерилізацію здійснюють шляхом швидкого розігріву отриманого розчину глухою парою до 120-122°С в спеціальному апараті і витримують при цій температурі певний час, необхідний для повної загибелі всієї мікрофлори. Охолоджений розчин стисненим стерильним повітрям передають у попередньо підготовлений ферментер. Температура стерилізації меляси вище, а тривалість значно менше, ніж ті ж параметри при стерилізації інших компонентів середовища .
Піногасник, використовуваний на стадіях культивування продуцента в посівному апараті і основному ферментері, особливо в тому випадку, коли їм є масло або жир, стерилізується окремо. Режими стерилізації (температура і тривалість) при обробці піногасника жорсткіші, ніж це прийнято для стерилізації будь-яких поживних середовищ.
Процес отримання глютамінової кислоти вимагає строгих асептичних умов, і тому особлива увага приділяється стерилізації не тільки середовища, а й усіх реакторів, комунікацій, повітря, що подається.
При стерилізації апаратури режими стерилізації залежать головним чином від матеріалу, з якого виготовлено обладнання і його окремі вузли. Найбільша ефективність стерилізації апаратури і комунікацій спостерігається при застосуванні гострої пари, що має температуру 135-140°С. Але окремі блоки апаратів, у тому числі датчики вимірювальних приладів, не витримують таких умов стерилізації, і тому в цих випадках можуть застосовуватися «холодні» способи стерилізації. Для такої обробки можуть бути використані бактерицидні гази (етилен) і розчини хімічних реагентів (формаліну, суміші цитилпіридинового броміду і етанолмеркуріхлориду у співвідношенні 2:1, різні похідні фенолу та їх суміші, амонійні солі первинних і вторинних алкілсульфатів, хлорвмісні сполуки, 3-пропіоллактон і т.д.).
Ступінь стерильності середовища, обладнання та комунікацій може бути перевірена. Простерилізоване середовище або змиви, проведені стерильною водою з внутрішніх поверхонь апаратів і трубопроводів, висівають на агаризовані або рідкі живильні середовища та інкубують в термостаті добу. Якщо середовища залишаються стерильними, то стерилізація проведена якісно. Такий аналіз проводиться при пуску заводу, у разі появи інфекції та періодично в профілактичних цілях.
Приготування вихідної і посівної культури.
Посівний матеріал на кожній зі стадії його отримання (від пробірок до посівного апарату) вирощують в строго асептичних умовах по 24 год. Склад поживних середовищ незначно змінюється при переході від одного штаму до іншого і практично залишається постійним на кожній з проміжних стадій отримання посівного матеріалу. Тільки при вирощуванні продуцента в посівному апараті в живильне середовище вносять до 0,1% стерильного синтетичного піногасника.
Накопичення біомаси до 6-8 г АСВ на 1 л середовища проводять в аеробних умовах спочатку в інокуляторах об'ємом 2 м3, потім в посівних апаратах об'ємом 5 м3. Отриманий посівний матеріал в кількості 5-6 % (від об'єму середовища виробничих апаратів) стерильно передають в основні ферментери на 50 м3. Коефіцієнт заповнення апарату 0,7.
Вирощування продуцента в ферментері.
Процес біосинтезу здійснюють в строго асептичних умовах у ферментерах об'ємом 50 м3 з коефіцієнтом заповнення апарату 0,7 протягом 48-52 год і інтенсивної аерації [80-85 мг О2/(л-хв)]. Температуру культивування на всіх стадіях підтримують постійною на рівні 28-30°С. Наприкінці процесу біосинтезу готова культуральна рідина містить до 45 г/л глютамінової кислоти. Вихід глютамінової кислоти по відношенню до спожитих цукрів становить 45-50% [7,9,10].
Оскільки виробництво глютамінової кислоти направлено на отримання високоочищених препаратів, подальша технологічна схема передбачає виробництво продуктів, підготовлених безпосередньо до застосування в якості харчових добавок і у вигляді лікарських форм.
Виділення глютамінової кислоти з культуральної рідини і подальша очистка її відповідно до вимог фармакопеї передбачає таку послідовність проведення технологічних операцій [6].
Попередня обробка культуральної рідини.
Здійснюється шляхом додавання до неї певної кількості негашеного вапна (або вапняного молока) з наступним осадженням надлишку іонів кальцію фосфорною кислотою. Утворений при цьому осад сприяє кращому відділенню клітин продуцента та інших баластних [3].
Відділення біомаси від культуральної рідини.
Проводять фільтруванням на нутч-фільтр. При цьому досягається відділення клітин продуцента і завислих речовин [3].
Концентрування розчину глютамінової кислоти.
Проводять шляхом його вакуум-випарювання при температурі 40-60°С, при цьому з вихідного розчину глютамінової кислоти відганяють від 50 до 80% води [3].
Осадження кристалів глютамінової кислоти в ізоелектричній точці.
Ця стадія здійснюється шляхом підкислення отриманого на попередньому етапі концентрату соляною кислотою до рН 3,2 (ізоелектрична точка глутамінової кислоти).
Кристалізація глютамінової кислоти.
Охолодження розчину до 4-15°С. Одноразове проведення операції забезпечує кристалізацію 77% глютамінової кислоти; при повторному її проведенні вихід зростає до 87%. Чистота одержуваних кристалів досягає 88% [3].
У результаті подальшої перекристалізації чистоту одержуваних кристалів можна збільшити до 99,6 % , що задовольняє вимогам фармакопеї [6].
Відділення кристалів глютамінової кислоти від маточника.
Це досягається центрифугуванням.
Отримані кристали розчиняють в знесоленій воді, додають гідроксид натрію та активоване вугілля для освітлення отриманого розчину [3,7]. Отримані домішки відділяють на фільтрі.
Далі повторюють наступні стадії: осадження кристалів глютамінової кислоти в ізоелектричній точці, кристалізація глютамінової кислоти, відділення кристалів на центрифузі, розчинення кристалів в невеликій кількості води з додаванням гідроксиду натрію та активованого вугілля, відділення отриманої грязьової суміші фільтруванням.
Наступною стадією є нейтралізація надлишку доданого гідроксиду натрію, яка здійснюється додавання соляної кислоти. Попередньо визначається водневий показник рН і встановлюється необхідна кількість подаваного реагента.
Випарювання під розрідженням. Проводять шляхом його вакуум-випарювання при температурі 40-60°С [3].
Отриманий продукт центрифугують та відправляють на сушку.
Сушка кристалів глютамінової кислоти.
Проводиться під вакуумом або в струмі нагрітого повітря при 60-70 ° С [3].