Стерилизация питательных сред и засев.

Питательную среду готовят в специальных емкостях или непосредственно в стерилизаторе. Сначала смешивают нужные компоненты, затем их увлажняют, подкисляют соляной кислотой для лучшей стерилизации, добавляют минеральные источники азота и фосфора и подают на стерилизацию.

Прогрев сыпучих смесей осуществляют острым паром в цилиндрических аппаратах при постоянном перемешивании. Время выдержки среды при температуре стерилизации (105—140°С) больше, чем для жидкостей, так как труднее обеспечить полный прогрев, обычно для этого требуется 60—90 мин. В стерилизаторах всех известных конструкций основным элементом является перемешивающее устройство — мешалки, шнеки, конвейеры, лопатки, встряхиватели, которое должно перемещать материал по длине стерилизатора и активно его перемешивать.

После стерилизации среда охлаждается в этом же аппарате продуванием стерильного холодного воздуха или водой, подаваемой в рубашки. После снижения температуры до 38—40°С в аппарат вводят посевную культуру продуцента, при этом также производят тщательное перемешивание среды.

Большая доза посевного материала уменьшает длительность лагфазы, но в этом случае, значительное количество субстрата тратится на энергетический обмен, возрастает выход С0₂ и Н₂О, медленно синтезируется фермент и соответственно снижается его выход. Кроме того, такая культура начинает обильно спороносить, что осложняет дальнейшую переработку. Поэтому доза посевного материала должна быть минимально возможной, обычно 0,02—0,1% от массы среды. В заводских условиях из-за неполной стерилизации вносят 0,5—1,0%.

Засеянная среда поступает из стерилизатора на специальный стол и раскладывается ровным слоем на простерилизованные кюветы. Обычно эта операция производится вручную и требует известной сноровки и быстроты, так как нельзя допускать переохлаждения среды ниже 28—30 °С, чтобы не замедлить начальный рост культуры. Затем заполненные кюветы устанавливают на этажерки, которые сразу же задвигаются в растильные камеры.[1,2]

Производственное культивирование.

Процесс выращивания поверхностной культуры длится 36—48 ч. Весь цикл роста можно разделить на три периода:

• в течение первых 10—12 ч происходит набухание конидий и их прорастание; в этот момент температура не должна быть ниже 28 °С;

• в следующие 14—18 ч происходит быстрый рост мицелия, его можно наблюдать в виде пушистого налета серовато-белого цвета. Клетки потребляют основное количество питательных веществ, очень энергично дышат и выделяют большое количество тепла, которое необходимо отводить;

• третий период продолжается 12—18 ч. Процессы обмена ослабевают, тепла выделяется меньше, но образование фермента все еще происходит, а у большинства видов аспергиллов начинается образование конидий.

В разные периоды роста параметры развития культуры различны, рассмотрим некоторые из них:

Энергетика процесса поверхностного культивирования.Соотношение расходов субстрата, идущего на конструктивный и энергетический обмен, примерно такое же, как и при глубинном культивировании, обычно экономический коэффициент составляет 0,75—0,80. Суммарное выделение тепла в течение всего цикла редко превышает 4000— 4200 кДж на 1 кг питательной среды, происходит неравномерно, максимум приходится на середину второго периода. На рис. 7 представлена динамика тепловыделения для некоторых культур.

Динамика газового обмена. Потребление культурой кислорода можно контролировать по выделению СО₂. Установлено, что максимальная потребность поверхностной культуры в кислороде приходится на второй период роста и хорошо согласуется по времени с тепловыделением.

Влажность питательной среды. При низкой влажности микроорганизмы попадают в неблагоприятные условия и проявляют склонность к спороношению, что используют при получении посевного материала. Для продуцирования ферментов оптимальной является влажность 55—70%. Чрезмерное увлажнение нарушает рыхлую структуру среды, в результате чего снижается проникно­вение воздуха, замедляется биосинтез.

Эти параметры поверхностных процессов определяют режим аэрации растущей культуры. Аэробным продуцентам ферментов кислород нужен для конструктивного и, особенно, энергетического обмена. Воздух, кроме того, необходим для съема выделяющегося тепла, так как другие теплоносители подать в растильные камеры технически сложно. Во втором периоде роста внутрь приходится подавать до 60 объемов воздуха на объем камеры в 1 ч, при этом относительная влажность его должна приближаться к 100% для предотвращения высыхания среды. Поскольку расход воздуха велик, его стараются использовать многократно, возвращая до 90% на рециркуляцию. Циркулирующий воздух проходит через воздухоохладитель и используется вновь, а отработанная часть очищается на фильтрах и выбрасывается в атмосферу. По технологии, представленной на рис. 6, выращивание культуры происходит в кюветах. Они изготавливаются из оцинкованной жести с перфорированным днищем. Размер их обычно 600X800X30 мм, перфорация выполнена в виде щелей 2x20 мм. На некоторых заводах для равномерного заполнения кювет установлены специальные барабанные дозаторы. Загруженные кюветы размещают на этажерках с небольшим наклоном через каждые 10—12 см по высоте. Многоярусные подвижные этажерки устанавливают в растильные камеры, имеющие размеры (в м) 2Х 10X2. Камеры располагают между двумя коридорами — загрузочным и разгрузочным; с обеих сторон камеры снабжены герметичными дверями. На кюветах каждой камеры можно разместить до 700 кг среды, загрузка и выгрузка занимают 4 ч, мойка и дезинфекция камер — еще 3 ч. Хотя получение культуры продуцента на таких предприятиях технологически просто, себестоимость ее высока за счет большой доли ручного труда.[2,5]