Обґрунтування вибору способу біосинтезу

Процес виробництва біологічно активних речовин в тому числі і біомаси технологічно і технічно може реалізовуватися різними способами. Особливості обраних способів біосинтезу впливатимуть на хід всього виробничого процесу. Тому технологічна схема, що покладена в основу виробництва повинна забезпечувати найкраще поєднання виробничих заходів з точним дотриманням оптимальних умов проведення кожної виробничої стадії.

Культивування продуцентів продуцентів біологічно активних речовин можна здійснювати двома способами: поверхневим і глибинним.

Поверхневий спосіб вирощування

Культуру вирощують в тонкому шарі пористого (сипучого) середовища з природною або примусовою аерацією.

Спосіб не є актуальним, оскільки суттєвими недоліками вирощування поверхневим методом являються велика трудомісткість робіт, необхідність у громіздкому обладнанні, недосконала гігієна праці. При цьому отримуваний продукт часто має незадовільну якість і активність препарату, як правило, низька. У зв’язку з цим поверхневий метод отримання біологічно активних речовин витіснився глибинним.

Глибинний спосіб вирощування

При глибинному способі культуру вирощують на рідкому середовищі при перемішуванні і примусовій аерації.

Метод глибинного вирощування застосовується в двох формах: культивування в умовно-асептичних умовах та культивування в асептичних умовах.

Культивування умовно-асептичне

Посівну культуру готують в стерильних умовах, але біосинтез проводять у відкритих ферментерах. Аерація з одночасним перемішуванням досягається за допомогою перемішувачів різних конструкцій, наприклад, типу полої труби. Такий перемішувач складається з вертикальної труби, що обертається, на нижньому кінці якої є два або чотири відрізки труб скошені під кутом 45 в бік, протилежний напрямку обертання. Вертикальна труба відіграє роль валу і приводиться в обертання від мотора через передачу. Відрізки труб зі скошеними кінцями, обертаючись разом із вертикальною трубою, перемішують середовище, засмоктують повітря і подають його в рідину; таким чином культуральна рідина аерується. Для нагріву і охолодження середовища в ферментерах встановлюється також змійовик з підводом у нього пари та води. Біосинтез триває 24 - 36 годин при працюючому перемішувачі. Процес закінчується при максимальному накопиченні біологічно активних речовин; рН культуральної рідини під кінець біосинтезу досягає 6,6 – 6,8.

В процесі біосинтезу систематично відбирають проби для аналізу культури на відсутність сторонньої мікрофлори, що вказує на нормальне протікання процесу. Наявність поодиноких сторонніх мікроорганізмів в перший період біосинтезу (до 24 год) не затримує розвиток продуцента. По мірі накопичення біомаси розвиток сторонніх мікроорганізмів пригнічується і вони зникають. Однак, якщо інфекція не зникає і залишається до кінця процесу біосинтезу, то культура вважається браком.

Асептичний біосинтез

Даний спосіб має ряд переваг, оскільки передбачає скорочення виробничих площ, виключення тяжкої невиробничої ручної праці, покращення гігієни праці, спрощення механізації та автоматизації виробництва, можливість переходу на безперервний спосіб культивування. Крім того, найбільш раціонально використовуються поживні речовини, що дає можливість значно скоротити відходи виробництва у вигляді нерозчинних осадів твердого поживного середовища, одержати продукт вищої активності.

Глибинне культивування проводять у ємностях, що називаються ферментерами. Основна вимога до ферментеру – можливість проведення процесу культивування продуцента в асептичних умовах при інтенсивній аерації середовища. У процесі культивування маємо справу зі складною трьохфазною системою рідина – тверде тіло – газ. У такій системі утруднені масообмінні процеси, і тому ускладнюється апаратурне оформлення всієї стадії вирощування.

По заповненню ферментеру середовищем і перевірці температури, котра повинна бути не вищою 28С, у ферментер із посівного апарата спускають по трубопроводу посівну культуру. Кожне місце введення посівної культури в цей трубопровід і кожний вихід з нього у ферментер захищені паровими пробками.

Після того, як внесли посівну культуру, починається процес вирощування продуценту. Вирощування проводять при постійній аерації. Повітря для аерації через трубопровід поступає на очищення у фільтр і в очищеному вигляді подається в середовище. Необхідна для вирощування температура (27 - 28С) підтримується подачею води в сорочку чи охолоджуючі труби. Для усунення піни, що утворюється в процесі вирощування додається піногасник із дозатора.

Оскільки продуцент ферментів належить до числа аерофільних мікроорганізмів, то для їхнього нормального розвитку та функціонування необхідне підведення кисню. При глибинному вирощуванні повітря, як правило, вводиться в нижню частину ферментера за допомогою різноманітних обладнань для рівномірного розподілення його по всьому перерізу ферментера.

Дихання мікроорганізму відбувається тільки за рахунок кисню, розчиненого в середовищі. Оптимальними є умови для дихання, якщо в середовищі наявна деяка кількість розчиненого вільного кисню. Фактично наявність розчиненого кисню в середовищі визначається відношенням між швидкістю вживання його культурою мікроорганізмів і швидкістю його розчинення в середовищі, яка, звісно, повинна бути більшою. В іншому разі вживання кисню буде визначатися не фізіологічною необхідністю мікроорганізму, а тією кількістю кисню, що встигне розчинитися в умовах аерації, що приведе до кисневої недостатньості, що негативно вплине на розвиток культури: сповільнюються окислювальні процеси. Внаслідок цього культура, що виросла в умовах кисневого голодування, характеризується низькою інтенсивністю дихання і пониженою здатністю до біосинтезу Ферментні препаратиу.

Отже, основним призначенням аеруючого обладнання в ферментері є забезпечення умов для максимального розчинення кисню повітря, щоб в середовищі при вирощуванні культури знаходився вільний розчинений кисень.

Існує багато способів аерації і перемішування середовища. Для вибору оптимального варіанту ферментеру проаналізуємо конструкції деяких з них.