2. Призначення та галузь використання виробу, що розробляється

Принципова технологічна схема одержання глутамінової кислоти при культивуванні Corynebacterium gtutamicum складається з таких стадій:

ДР 1. Санітарна підготовка виробництва

ДР 1.1 Підготовка персоналу

Підготовка персоналу полягає у санітарно-медичному обстеженні, навчанні персоналу, підготовці працівників до роботи в різних типах приміщень і лабораторій, цехів (приміщень різних класів чистоти).

ДР 1.2 Підготовка обладнання та комунікацій

ДР 1.2.1 Мийка обладнання

Ферментер (посівний апарат) звільняють від залишків попередньої операції (наливається вода 10-20 % від об’єму, включається мішалка, при необхідності підігрівають, перемішують на протязі 0,5-1 годин). На другому етапі ферментер миють з миючими засобами (NaOH до 5 % наливають 20-40 % по об’єму і перемішують 30 хв.). Далі промивка апарату до нейтралізації рН (один чи два рази з мішалкою 15-20 хв).

ДР 1.2.1 Огляд обладнання

Надалі ззовні та всередині оглядають апарат (штуцера, ущільнення, вентилі, фланцеві з’єднання, датчики і т. Д.). Ферментер герметично закривають та перевіряють на герметичність.

ДР 1.2.3 Стерилізація обладнання

Термічним способом: подача перегрітої насиченої пари всередину апарату під тиском (гостра пара) під тиском 2 атм, тривалістю 1,5 год, з температурою 100-140 ⁰С.

ДР 1.3 Підготовка робочих та миючих розчинів

Підготовка миючих розчинів полягає у змішуванні дезінфікуючих засобів з водою для отримання концентрації, необхідної для мийки обладнання, підлоги, стін, столів.

ДР 1.4 Підготовка приміщень

На цій стадії проводиться мийка підлоги, стін, поверхонь, обробка УФ лампами. В лабораторіях проводиться кожен день мийка підлоги з миючими та дезінфікуючими засобами, столи протирають з дезінфікуючими засобами (наприклад, перекис водню), 1-2 рази обробка УФ лампами всього приміщення або робочого місця. Мікробіологічний бокс – мийка поверхонь кожний день, раз на тиждень мийка більш агресивними розчинами. Цех – мийка 1-2 рази на місяць. Після мийки руки дезінфікують з додаванням пом’якшуючих засобів.

ДР 2. Приготування поживного середовища для культивування продуцентів глутамінової кислоти.

Для промислових штамів Corynebacterium gtutamicum поживні середовища при виробництві посівного матеріалу, як правило, містять наступні компоненти (в%):

Компонент поживного середовища	%
Меляса	8
Кукурудзяний екстракт	0,3
Хлорид амонія	0,5
Калія фосфат двозаміщений	0,05
Сульфат магнію	0,03
Вода	залишок
рН середи	7,0-7,2

Тому приготування поживного середовища для культивування продуцентів глутамінової кислоти здійснюється у дві стадії.

ДР 2.1 Приготування та стерилізація розчину меляси.

Бурякова меляса, яка використовується у виробництві глутамінової кислоти, містить термолабільний компонент – сахарозу. Тому її стерилізують окремо. У реактор, забезпечений мішалкою – змішувач, подають мелясу і нагрівають її при постійному розмішуванні до температури 80°С, змішуючи її з водою, згідно з наявною рецептурою, потім її швидко розігрівають глухою парою до температури 120-122°С, у спеціальному апараті, і витримують при цій температурі певний час, необхідний для повної загибелі всієї мікрофлори.

ДР 2.2 Приготування та стерилізація розчину поживних солей та кукурудзяного екстракту.

Поживні солі і всі інші компоненти середовища розчиняються в змішувачі, але з таким розрахунком, щоб при наступному поєднанні цих розчинів вийшли прийняті регламентом концентрації компонентів у середовищі. Потім приготовані суміші надходять у нагрівальну колонку і нагрівають при температурі 135 °С гострою парою під тиском р=0,1 МПа, потім передають у витримувач – тривалість витримування 1 година.

ДР 2.3 Змішування компонентів поживного середовища

Простерилізована меляса та розчини поживних солей і кукурудзяного екстракта поступають у реактор-змішувач, де вони гомогенізуються і перемішуються на протязі 30 хв.

ДР 2.4 Охолодження поживного середовища

Після змішування поживне середовище поступає на теплообміник типу «труба в трубі», де проходе охолодження середовища до температури культивування Corynebacterium gtutamicum, тобто до 29-30 °С за допомогою теплоносія – води.

ДР 3 Підготовка стерильного повітря

Для здійснення культивування продуцента у посівному апараті, і в ферментері необхідне стерильне повітря. Для цього використовується ціла система фільтрів і кондиціонерів.

Очищення припливного повітря для приміщень С і D класів чистоти двохступеневе, для приміщень В, А класу чистоти — трьохступеневе.

ДР 3.1 Забір повітря з атмосфери

Повітря, яке забирається з атмосфери проходить через трубу повітрозбірника і для попереднього очищення подається на фільтр попередньої очистки.

ДР 3.2 Попереднє очищення повітря

На першому етапі повітря проходить очищення на фільтрі, що заряджений тканиною ФРНК-ПГ (продуктивність – 1540 м/год, площа робочого перерізу – 0,22 м.). Заміну тканин проводять за перепаду тиску більше, ніж 45 мм. вод. ст. за показником рідинного манометра.

ДР 3.3 Стиснення повітря

Повітря забирається з атмосфери, очищається від грубих часток у фільтрі і надходить у турбокомпресор, де відбувається його стиснення, температура повітря піднімається до 150 – 160 °С.

ДР 3.4 Охолодження повітря

Повітря охолоджується на кожухотрубчастому теплообміннику, відокремлюється конденсат і далі повітря подається в ресивер, що забезпечує рівномірність подачі повітря в ферментатор.

ДР 3.5 Стерилізація повітря другого ступеня

Підготовлене таким чином повітря надходить до заповненого активованим вугіллям і скловатою головного фільтра. Повітря проходить очищення на фільтрах типу НЕРА з ефективністю очищення 95%.

ДР 3.6 Стерилізація повітря третього ступеня

На третій ступені повітря проходить фінішну стерилізацію на фільтрах типу НЕРА з ефективністю фільтрації 99,9999%, встановлених безпосередньо на вході повітря в приміщення В, А класів чистоти.

Повітря, яке відходить з ферментатора, перед викидом в атмосферу знову очищається від клітин самого продуцента на повітряних фільтрах для того, щоб не забруднювати довкілля, і повертається в систему очистки повітря.

ДР 4 Приготування вихідної та посівної культури

Посівний матеріал на кожній із стадії його отримання (від пробірок до посівного апарату) вирощують в строго асептичних умовах по 24 годин Склад поживних середовищ незначно змінюється при переході від одного продуценту 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.

ДР 4.1 Відновлення музейної культури на пробірках

Вільну від фага і сторонньої мікрофлори вихідну культу продуцента з чашки Петрі з агаром Хоттінгера пересівають в пробірки з 2%-ним м׳ясопептнним агаром і вирощується протягом доби при температурі 29-30 °С.

ДР 3.2 Відновлення музейної культури в колбах

На основі культури, отриманої в пробірках готують на стерильній водопровідній воді суспензію густиною 108 клітин на 1 мл. Цією суспензією засівають стерильне живильне середовище в качалочних колбах. Посівні колби вирощуються на гойдалках добу при температурі 30 °С.

ДР 3.3 Нарощування продуцента в посівному апараті

В посівний апарат на 250 л вносять 5-6% від об’єму середи посівного матеріалу Corynebacterium gtutamicum, напрацьованого на колбах. Коефіцієнт заповнення посівного апарату складає 0,5. Культуру вирощують при температурі 29-30 °С, неперервному доступу повітря ( 1 об׳єм повітря на 1 об׳єм середи за хвилину) і перемішуванні-мішалкою турбінного типу на протязі 24 годин [3].

ТП 4 Виробничий біосинтез

Процес біосинтезу здійснюють в строго асептичних умовах в ферментаторах об’ємом 50 м³ з коефіцієнтом заповнення апарату 0,7 Посівний матеріал в кількості 5-10 об. % від обсягу живильного середовища надходить у ферментатор. Відразу після засіву в нього подається повітря, нагріте до 50 °С, з розрахунку 1 об’єм повітря на 1 об’єм живильного середовища за хвилину при тиску 0,12-0,13 Мпа.

Тривалість ферментації становить 55-72 год, процес проводять при інтенсивному перемішуванні середовища, температурі 28-32 °С, рН = 7,0 −7, 5 (підтримується додаванням в середу аміачної води) і періодичною подачею стерильного піногасника.

Процес культивування складається з двох стадій. У першу добу клітини споживають близько 25% вуглеводів і азотистих речовин, у цей час накопичується майже вся біомаса. На другій стадії швидкість накопичення біомаси різко знижується, але в культуральній рідині відбувається накопичення лізину. Температуру культивування на всіх стадіях підтримують постійною на рівні 28-30 °С. В кінці процесу біосинтезу готова культуральна рідина містить до 45 г/ л глутамінової кислоти. Вихід глутамінової кислоти по відношенню до споживання цукру становить 45-50%.

Оскільки виробництво глутамінової кислоти спрямоване на одержання високоочищених препаратів, подальша технологічна схема передбачає виробництво продуктів, підготовлених безпосередньо до застосування в якості харчових добавок і у вигляді лікарських форм.

Виділення глутамінової кислоти з культуральної рідини і подальша очистка її відповідно до вимог фармакопеї припускає таку послідовність проведення технологічних операцій.

ТП 5 Попередня обробка культуральної рідини

Здійснюється в результаті додавань 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 домішок.

ТП 6 Відділення осаду

Проводять центрифугуванням або фільтруванням під тиском

ТП 7 Освітлення фільтрату

Полягає в очищенні його від пігментних домішок, забарвлюючих нативний розчин в темний колір. Для цього обробляють фільтрат активованим вугіллям або піддають його іонообмінної сорбції на аніоніті ІА-1.

ТП 8 Концентрування освітленого розчину глутамінової кислоти

Проводять шляхом його вакуум-випарювання за температури 40-60 ° С, при цьому з вихідного розчину глутамінової кислоти відганяють від 50 до 80% води.

ТП 9 Осадження кристалів глутамінової кислоти в ізоелектричної точці

Ця стадія здійснюється шляхом підкислення отриманого на попередньому етапі концентрату соляною кислотою до рН 3,2 (ізоелектрична точка глутамінової кислоти) і охолодженням розчину до 4-15 °С. Одноразове проведення операції забезпечує кристалізацію 77% глутамінової кислоти; при повторному її проведенні вихід зростає до 87%. Чистота одержуваних кристалів досягає 88%.

В результаті подальшої перекристалізації чистоту кристалів можна збільшити до 99,6%, що задовольняє вимогам фармакопеї.

ТП 10 Відділення кристалів гдутаміновой кислоти від маточника

Це досягається центрифугуванням з наступною декантацією і поверненням маточника на стадію вакуум-випарювання. Отримані кристали промивають знесоленою водою і направляють на сушку.

ТП 11 Сушка кристалів глутамінової кислоти

Проводиться в вакуумі або в течії нагрітого повітря при 60-70 °С.

ТП 12 Отримання глутмата натрію

Процес здійснюється обробкою вологих кристалів перекристалізованої глутамінової кислоти гідроксидом натрію. Для цього вологі кристали розчиняють у визначеній кількості води і нейтралізують 45-50%-ним розчином їдкого натру, рН розчину доводять до 6,8 після чого його фільтрують. Освітлений розчин глутамату натрію випарююють під вакуумом до отримання сухих речовин близько 60% і передають на кристалізацію. Її проводять протягом трьох діб при поступовому зниженні температури. Кристали глутамату натрію відокремлюють від маточного розчину центрифугуванням і сушать в течії гарячого повітря [4].

ЗВ 13 Знешкодження відходів