Билеты Flashcards
Схема производства продуктов микробиологического синтеза
На примере ферментных препаратов:
- получение посевной культуры продуцента
- производственное культивирование продуцента глубинным или поверхностным способом при параметрах, обеспечивающих максимальный выход целевого продукта или продуктов ферментации;
- получение технических или очищенных ферментных препаратов из культур микроорганизмов или культуральной жидкости
Получение посевного материала
Независимо от вида посевного материала, технологический процесс включает следующие этапы:
- приготовление питательной среды;
- стерилизация среды, оборудования и коммуникаций;
- охлаждение среды в кюветах или биореакторе до температуры инокуляции;
- засев среды исходным штаммом продуцента;
- выращивание культуры до определенного возраста.
Производственное культивирование продуцента
Данный этап технологического процесса включает основные операции, характерные для большинства биотехнологических производств:
- приемка и подготовка сырья;
- приготовление синтетических или комбинированных питательных сред;
- стерилизация питательных сред, растворов, аппаратуры;
- установление оптимальных для синтеза целевого продукта значений температуры, рН среды, интенсивности аэрации;
- инокуляция культуры продуцента и производственная ферментация.
Требования для питательных сред
При подборе питательных сред основными требованиями являются
- полноценность состава среды для роста продуцента и синтеза целевого продукта;
- дешевизна и доступность сырья, используемого в качестве источников углерода, азота и минеральных веществ;
- потребность культивируемых микроорганизмов в специфических индукторах синтеза того или иного фермента.
Получение неочищенных ферментных препаратов.
Неочищенные ферментные препараты представляют собой культуру микроорганизма с остатками культуральной жидкости, высушенную до остаточной влажности не более 8-12 %. Неочищенный препарат может быть получен на основе поверхностной или глубинной культуры продуцента. Глубинная культура может быть очищена от твердой нерастворимой фракции или высушена вместе с ней. Сушку культур микроорганизмов осуществляют на ленточных, тоннельных, барабанных, вибрационных сушилках. Температура высушиваемого материала не должна превышать 40-45 ℃ (температура воздуха на входе в сушильную камеру 80-85 ℃).
Очистка культуральной жидкости от твердых взвесей.
Большинство продуцентов накапливают большую часть синтезируемых ферментов в питательной среде, поэтому первой стадией очистки является отделение биомассы продуцента и взвешенных частиц. Очистку проводят на фильтрах различных конструкций (барабанные, фильтр-прессы) или на сепараторах.
Экстрагирование ферментов из поверхностных культур.
Поскольку ферменты являются водорастворимыми белками, в большинстве случаев используется водная экстракция. С физико-химической и биохимической точек зрения оптимальные условия твердофазно-жидкофазной экстракции белковых веществ достигаются при температуре (35-40) ℃, однако в производственных условиях процесс экстракции осуществляют при температуре (22-25) ℃. Для получения концентрированных экстрактов при минимальных потерях ферментов с твердой фазой используют специальные экстракционные установки (диффузионные батареи, двухшнековые экстракторы непрерывного действия), позволяющие сконцентрировать жидкую фракцию до 7-14 % сухих веществ.
Концентрирование нативных растворов ферментов методом вакуум выпаривания.
Сгущение культуральных жидкостей и водных экстрактов проводят при получении готовых форм ферментных препаратов в виде высококонцентрированных растворов, при подготовке растворов к высушиванию различными способами, а также для получения пересыщенных растворов при выделении кристаллических форм ферментов. Температура продукта при вакуум-выпаривании не должна превышать (35-40) ℃. Для концентрирования ферментных растворов применяют вакуум-выпарные установки с интенсивным тепло- и массообменном в тонком слое продукта (пленочные, пластинчатые аппараты). Такой режим обработки обеспечивает минимальное время контакта упариваемого продукта с теплоносителем.
Мембранные методы обработки ферментных растворов.
Для очистки ферментных растворов от низкомолекулярных примесей при малых объемах переработки используют метод диализа (проточные диализаторы), электродиализ применяют в крупнотоннажных производствах для глубокого обессоливания. Концентрирование с одновременной глубокой очисткой от примесей осуществляют методом ультрафильтрации. Для стерилизации нативных растворов ферментов применим метод микрофильтрации.
Осаждение ферментов из растворов проводят следующими методами:
- осаждение органическими растворителями;
- высаливание;
- осаждение органическими полимерами (полиэтиленгликоль, декстраны);
- фракционирование ферментных растворов путем избирательной денатурации балластных белков при нагревании, изменении рН среды, воздействии органических растворителей
Фракционирование и очистка ферментов от балластных белков методами адсорбции
используется при получении высокоочищенных препаратов и гомогенных ферментов. В различных условиях могут быть реализованы методы ионообменной адсорбции, аффинной адсорбционной хроматографии, лигандообменной хроматографии (взаимодействие с хелатированными ионами), иммуноадсорбции, гель-фильтрации.
Получение сухих ферментных препаратов, полученных из глубинных культур микроорганизмов.
Сухие формы ферментных препаратов получают из разбавленных или концентрированных культуральных жидкостей, пастообразной массы, образующейся при осаждении ферментов. Для сушки разбавленных и концентрированных растворов применяют процессы сублимационной и распылительной сушки; пастообразные массы высушивают в вакуум-сушильных шкафах.
Стандартизация ферментных препаратов.
Для большинства готовых форм ферментных препаратов в технологических расчетах и нормативных документациях устанавливают средний уровень активности, превышающий на (20-30) % активность стандартного ферментного препарата. В качестве наполнителей применяют крахмал, хлориды натрия и калия, желатин, диатомит, бентонит. Наполнитель может одновременно выполнять функцию стабилизатора ферментного препарата, например, за счет высокой водосвязывающей способности. Стандартизацию можно проводить не только для сухих препаратов, но и для разбавленных или концентрированных растворов.
