Материал: 69.24

Рис.5.16. Торцеве ущільнення типу ТТ:

1 - нерухоме ущільнююче кільце; 2 - рухоме ущільнююче кільце; 3 - пружина; 4

-нерухоме ущільнююче кільце; 5 - водило; 6 - втулка; 7- покажчик рівня; 8 - корпус; 9 - уловлювач протікань; 10 - вхід пари; 11 - відвід протікань з уловлювачу; 12 - вхід запираючої рідини; 13 – вихід повітря: 14 – вихід конденсату; 15

-вихід запираючої рідини.

Основні фактори впливу, що визначають вибір ферментеру

Основні фактори впливу, що визначають вибір ферментеру базуються на тому, що на сьогоднішній день відсутня узагальнена система вибор ферментаційного обладнання. Для вибору використовують власний досвід або досвід існуючих виробництв. Базовою особливістю біотехнологічних процесів є їх висока індивідуальність стосовно базового етапу біосинтезу– стадії культивування.

101

Для формування підходів до вибору ферментерів необхідно зазначити, що відправною позицією є визначення технологічних ознак етапу біосинтезу. Ці ознаки були визначені нами під час розробки систем класифікації стадії культивування БА.

Перелік фактори впливу.

1.Консистенція ПС. В цьому випадку визначають тип ПС, яке може бути рідким, ущільненим, сипким. При цьому рідкі ПС можуть мати у своєму складі розчинені або нерозчинені субстрати. Багатофазні системи мають специфічні ознаки, що визначає інтенсивність масообмінних процесів.

2.Технологічне рішення стадії біосинтезу– періодичний процес, напівперіодичний або безперервний.

3.Рівень асептичності (асептичні, умовно асептичні, неасептичні). В

цьому випадку приймається до уваги те що процес отримання посівного матеріалу характеризується значно більшою вимогливістю до забезпечення асептичності.

4.Рівень аеробності який враховує потреби у розчиненому кисні та інтенсивність його доставки до БА. Складовою цього процесу є розділення ефектів перемішування та аерації. Прикладом ефекту перемішування є рівень введеної енергії, а ефект аерації оцінюється по інтенсивності масопередачі.

5.Рівень припустимого турбогіпобіозу. Причиною “гіпобіозу” є турбулізація середовища тому пропонується термін турбогіпобіоз(Биотехнол бактер синтеза с. 230). Таким чином для кожної системи культивування існує такий рівень турбогіпобіозу при якому спостерігається зниження інтенсивності

ростових процесів та інтенсивності утворення метаболітів і цей процес супроводжується ушкодженням клітин та іншими гіпоефектами, які визвані турбулентністю середовища, а саме зрізовими зусиллями які виникають в результаті взаємодії культурального середовища з конструктивними елементами ферментеру та в результаті взаємодії (контакту) фаз.

6.Продуктивність процесу по цільовому продукту і в цьому випадку враховується вид цільового продукту– біомаса, метаболіт або їх композиція. Продуктивність процесу дозволяє визначити потрібний об’єм, тривалість циклу

роботи. Умовно пропонується використовувати лабораторні місткістю 0,5—100 л, пілотні місткістю 100л—10 м3, промислові (для ведення робіт основного технологічного процесу) місткістю 10 — 100 м3 и більше.

дельних досліджень на пілотних лабораторних установках. Обов’язковим елементов попередніх досліджень є визначення критеріїв масштабування в ними, як правило вибирають:

102

· питомі витрати енергії для досягнення ідентичних показників по виходу цільового продукту, досягнення необхідного об’ємний коефіцієнт масопередачі та інш.

8. Характер потоків. В залежності від структури потоків виділяють ферментери з режимом ідеального змішування(наприклад лабораторні апарати з швидкістю обертання мішалки не менше300 об/хв. і часом вирівнювання концентрації – час гомогенізації 2 – 8 хв). Режим ідеального витиснення (тубулярний - поршневий).

5.2. Проектування відділення виділення цільового продукту

В результаті біосинтезу отримують культуральну рідину або твердофазну культуру, що включає клитини мікроорганізмів, залишки поживних речовин, різні позаклітинні продукти метаболізму та. Вмістін біомаси або іншого цільового продукту в культуральній рідині зазвичай не перевищує3—4% сухої

речовини. Концентрування і отримання товарної форми продукту культуральної рідини або твердофазної культури здійснюють при подальшій переробці.

Продукти мікробного синтезу випускають в трьох основних товарних формах:

-концентрати – зневоднена культуральна рідина, що містить біомасу (кормові концентрати амінокислот, вітамінів, антибіотиків, неочищені ферментні препарати);

-зневоднена мікробна біомаса (хлібопекарські кормові дріжджі, бактерійні добрива і ін.);

-технічні або очищені препарати ферментів, антибіотиків, амінокислот і т.д. Залежно від товарної форми, яку необхідно отримати, а також від властиво-

стей цільового продукту і культуральної рідини(або твердофазної культури), що переробляється, використовують ті або інші способи концентрації і виділення продуктів мікробіологічного синтезу. Простий спосіб переробки культуральної рідини — обезводнення шляхом випаровування або висушування без виділення цільового продукту в чистому вигляді. Отримуваний концентрат, крім основного продукту, містить біомасу культури– продуцента БАР, залишки поживних речовин і піногасник, інші метаболіти. Такі концентрати за-

Для зневоднення мікробної біомаси і отримання технічних або очищених продуктів біосинтезу використовують різні способи: флотацію, сепарацію, фільтрацію, екстракцію іонний обмін, адсорбцію, кристалізацію, мембранні способи і ін. Як правило, технологія виділення і очищення товарного продукту включає декілька стадій виділення і очищення.

103

5.3.Отримання концентратів

Утих випадках, коли допускається застосування продукту біосинтезу в неочищеному вигляді (шкіряна, спиртова промисловість, сільське господарство), доцільно випускати цей продукт у вигляді концентрату. Це найбільш простій і

дешевий спосіб отримання товарної .формиТехнологію приготування мікробних концентратів розглянемо на прикладі кормових концентратів лізину (ККЛ), що випускаються в рідкій і сухій формах. Вміст лізину в цих концентратах складає відповідно 7—10 і 15—20% на суху речовину.

Рідкі ККЛ отримують шляхом випаровування культуральної рідини у ваку- ум-випарних установках до вмісту сухої речовини45—50%. Для придушення сторонньої мікрофлори і зниження втрат лізину при термообробці початкову рідину заздалегідь підкисляють до рН5,5—6,0 і стабілізують шляхом додавання 0,17% бісульфату натрію. Залежно від типу вживаних випарних установок і режиму проведення процесу випаровування втрати лізину складають від1 до 20%. Якнайкращі результати досягаються при використанні вакуум-випарних установок з падаючою плівкою (наприклад, «Вігант» виробництва Германії).

Сухий ККЛ отримують, висушуючи рідкий концентрат в розпилюючих сушарках. Отриманий препарат володіє високою гігроскопічністю, що приводить до налипання продукту на стінках апаратів і трубопроводів і вимагає його

герметичної упаковки. Для зниження гігроскопічності сухого ККЛ упарену рідину перед сушкою змішують з наповнювачами, наприклад з пшеничними висівками. Отримуваний продукт зручніший для використання, оскільки менш гігроскопічний, хоча містить менше лізину.

У кормових концентратах лізину, крім самого лізину (близько 15% на суху речовину), є інші амінокислоти(до 15%), вітаміни групи В(від 10 до 340 мкг/г), бетаїн (до 13%), зольні і інші елементи.

Твердофазні культури мікроорганізмів, широко вживані для отримання готових препаратів, або висушують до вологості 10—12% і відправляють у такому вигляді споживачам, культуральної рідині без попереднього відділення біомаси, з водної фази(нативного розчину) після відділення біомаси або з біомаси після розділення фаз або піддають екстракції з подальшим отриманням технічних або очищених препаратів ферментів. Розглянемо коротко технологію отримання сухих твердофазних культур.

Отримана на стадії біосинтезу твердофазная культура має вологість 35—60% і є злиплою біомасою. Перед висушуванням необхідно подрібнити вологу

культуру за допомогою дезінтеграторів або дробарок різних типів до гранул розміром 2—3 мм.

Подрібнену культуру негайно висушують в установках стрічкового, тунельного, барабанного або іншого типу. Особливість процесу сушки твердофазних культур полягає в тому, що цільові продукти їх метаболізму термолабільні речовини, тому сушку треба здійснювати в м’яких режимах, індивідуальних для конкретної культури. Як правило, тривалість сушки культури не повинна перевищувати 5 - 8 хв, а температура продукту на виході -40—42°С.

104

Рис. 5.17. Схема конвейерної сушарки: 1 — вентилятори; 2,3 — фільтри; 4

—воздуховоди; 5 — кондиціонер; б — штуцер для подачи вологої культури; 7

—рихлители; 8 — калорифери; 9 — сушильна камера; 10 — лента конвейера; 11 — конвейер для вивантаження висушеної культури.

Конвейєрна сушарка, вживана у виробництві ферментних препаратів, у виробництві кормових антибіотиків, зображена на рис.5.17. Це герметизирована камера, усередині якої розташований багатоярусний стрічковий конвейєр. Волога культура поступає на верхній ярус конвейєра, проходить послідовно по всіх ярусах, висушується і розвантажується на конвейєр для видалення сухої культури з сушильної установки. Сушильний агент (повітря) подається вентилятором через кондиціонер. Для нагрівання повітря в камері встановлені калорифери. Гідність конвейєрних сушарок—висока продуктивність (3,5—4,0 т/добу) при порівняно невеликих габаритних розмірах. Недолік таких установок полягає в нерівномірному висушуванні частинок культури різного розміру. Найбільш крупні частинки висихають до необхідної вологості(12—15%), а дрібні пересихають, що приводить до інактивації ферментів. Втрати активності ферменту в такій сушарці 10—16%.

Висушену культуру упаковують в крафт-мішки, маркірують і відправляють споживачам.

5.4. Отримання очищених препаратів

При виробництві ферментів, амінокислот, антибіотиків і інших продуктів мікробного синтезу стоїть завдання виділити цільовий продукт з культуральної рідини і отримати його в чистому вигляді. Це складне технічне завдання, для її

105