биотехнология

1.

Аппаратурное оформление
процессов приготовления
питательных сред
В Ы П О Л Н И Л А : Г У СА РО ВА
Е . М .
1

2.

Содержание.
• Аппаратурное оформление процессов приготовления питательных сред
• Биореактор
• Фильтры для промышленной системы очистки и стерилизации воздуха
• Воздушные фильтры
• Стерилизация воздуха, выходящего из биореактора
• Стерилизация питательных сред в биореакторе
• Методы стерилизации
26.09.2024
2

3.

Аппаратурное оформление процессов приготовления
питательных сред включает следующие этапы:
• Приготовление среды в ёмкостях, снабжённых мешалками.
• Последовательная загрузка компонентов питательной среды путём растворения сахаров и солей, тщательного
суспендирования нерастворимых компонентов (мел, соевая и кукурузная мука и др.).
• При необходимости отдельные компоненты подвергаются дополнительной обработке (например, крахмал подвергается
клейстеризации).
• Для ускорения этих процессов их проводят в отдельных небольших аппаратах, а затем растворы смешивают в реакторе,
снабжённом паровым барбатером.
• Для завершения растворения и суспендирования полученный концентрат среды нагревают острым паром до температуры
70–80 °С.
• Приготовленную питательную среду стерилизуют либо непосредственно в аппарате, если его ёмкость не превышает 2 м³,
либо в установках непрерывной стерилизации (УНС).
26.09.2024
3

4.

Биореактор.
Биореактор — прибор, осуществляющий перемешивание культуральной среды в процессе микробиологического синтеза.
Применяется в биотехнологической промышленности при производстве вакцин, гормонов, витаминов, ферментов, пищевых
добавок, пробиотиков, а также при биоконверсии крахмала и производстве полисахаридов.
Основное предназначение биореакторов — это культивирование микроорганизмов, накопление биомассы и синтез целевого
продукта. Биореакторы изготавливают из высоколегированных марок стали, иногда из титана. Внутренняя поверхность
биореактора должна быть отполирована.
Промышленные биореакторы представляют собой вертикальные ёмкости различной вместимости (малые — от | до 10 л,
многотоннажные — более 1000 л) с минимальным числом штуцеров и передающих устройств. В биореакторах должны
быть обеспечены оптимальные гидродинамические и массообменные условия.
Биореакторы подразделяются на:
1) механические;
2) барботажные;
3) эрлифтные.
26.09.2024
4

5.

26.09.2024
5

6.

Фильтры для промышленной системы очистки и
стерилизации воздуха.
• Стерилизация воздуха, используемого для вентиляции цехов и боксов, передачи под давлением
стерильных культуральных жидкостей и растворов, поддержания избыточного давления в
стерильных емкостях, является одним из важных этапов в технологической линии производства
целевого продукта. Стерильный воздух используют для аэрации процесса культивирования
биологических объектов. Отводимый из лабораторных и производственных помещений
отработанный воздух также подвергается очистке от присутствующих в нем микроорганизмов и
контролпруется на чистоту.
Основным требованием к техническим системам очистки и стерилизации воздуха является очистка
его от микрофлоры и других примесей. Кроме обеспечения этого требования рассматриваемые
системы должны обеспечивать получение воздуха с определенными термодинамическими
характеристиками.
26.09.2024
6

7.

Воздушные фильтры.
• При выращивании микроорганизмов, клеток животных и вирусов в глубинных условиях требуется подача стерильного
воздуха или других газов в биореактор на аэрацию культуральной жидкости. Подаваемый воздух в биореактор не
только снабжает растущую культуру кислородом, азотом, углекислым газом и др., но и отводит продукты метаболизма
(газообмена) микроорганизмов в процессе культивирования.
• Фильтры предварительной очистки воздуха устанавливаются на всасывающей линии перед компрессором или
трубовоздуходувкой. При инерционном способе осаждения воздух очищается от частиц размером более 5 мкм при
скорости фильтрации 1,5-3,0 м/с. Чтобы сухие частицы не выносились из фильтров, его фильтрующие слои подлежат
промасливанию. Фильтры данного класса называются масляными или висциновыми.
• Фильтры периодического действия подразделяются на кассетные регенерируемые, масляные и фильтры сухого типа.
• Фильтры непрерывного типа подразделяются на самоочищающиеся масляные и с непрерывной регенерацией в
ванне с маслом, рулонные и волокнистые.
• Фильтры тонкой очистки (головной) предназначены для улавливания основной массы загрязнений, попавших в
систему после прохождения воздуха через фильтр предварительной очистки, компрессора или турбовоздуходувки.
26.09.2024
7

8.

Стерилизация воздуха, выходящего из
биореактора.
• Выходящий из биореактора воздух имеет значительную влажность и содержит микроорганизмы, поэтому система очистки
обычно является двухступенчатой — ступень удаления влаги и ступень очистки и стерилизации. В зарубежной практике для
очистки и стерилизации воздуха, выходящего из биореактора, широко используют фильтрующие элементы из микроволокон
боросиликатного стекла, связанных эпоксирезиной. Фильтр-патрон из такого материала имеет высокую стерилизующую
способность и хорошо улавливает частицы размером более 0,6 мкм. Стерилизация таких фильтров осуществляется
текучим паром. Большое распространение получили фильтры из пористой нержавеющей стали, никеля и бронзы.
Глубинное культивирование микроорганизмов проходит в биореакторах при давлении 0,02-0,06 МПа. Пористые материалы,
как правило, имеют большое сопротивление, что иногда затрудняет их использование. Следует избегать конденсации влаги
на фильтре, в результате чего его сопротивление потоку воздуха может возрасти, а производительность снизиться. Особое
внимание следует уделить герметизации мест установки фильтров на воздуховодах. Использование очищенного пара для
стерилизации фильтров и сокращение времени стерилизации позволили значительно увеличить срок службы
отечественных и зарубежных воздушных фильтров на основе новых фильтрующих материалов.
26.09.2024
8

9.

Стерилизация питательных сред в биореакторе.
• Стерилизация питательной среды для периодического процесса главной ферментации решается поразному. Непрерывная стерилизация вне аппарата обеспечивает экономию тепла и минимум
термической экспозиции питательных компонентов, хотя технически сложно осуществима и связана с
повышенной вероятностью нестерильных операций, особенно на средах с нерастворимыми
компонентами.
• Второй вариант — подача среды, нагретой до температуры стерилизации, в рабочие ферментаторы с
последующей ее выдержкой и охлаждением в аппарате — более простой и надежный в отношении
гарантий стерильности. Расход тепловой энергии и вероятность ухудшения свойств среды в результате
длительного термического воздействия в этом случае возрастают.
26.09.2024
9

10.

Методы стерилизации.
• Самым распространенным в мире способом стерилизации является паровая стерилизация. Данный метод
высокоэффективен, экономичен и приемлем для большинства биологических изделий. По данным статистики, 75°о
общего объема стерилизации в мире приходится на паровой метод.
• Паровой метод стерилизации питательных сред в промышленном производстве осуществляется периодическим и
непрерывным методами.
Периодический метод стерилизации проводится в маленьких объемах непосредственно в биореакторе при температуре
120°С в течение 30—60 мин (в зависимости от объема среды и ее состава), после чего охлаждается до 27-30°С.
Использование маленьких объемов питательной среди позволяет значительно разрушить число микроорганизмов. Как
известно, большие объемы требуют большего времени для нагревания, а также и для охлаждения. Таким образом,
эффект стерилизации и сохранения термолабильных веществ питательной среды получается в том случае, если
стерилизация проводится при более высокой температуре и за более короткое время.
26.09.2024
10

11.

• Непрерывный метод стерилизации применяют при использовании больших объемов питательной среды. Для этого
отдельно готовят питательную среду в специальном сосуде, затем с помощью насоса подают в стерилизационную
колонку, через которую пропускается горячий пар. Пар подается сверху по внутренней трубе, имеющей щелевидные
прорези, благодаря чему пар поступает в среду и происходит быстрый ее нагрев. Среда в колонке движется по
спирали вокруг внутренней трубы.
Среда, нагретая в колонке до температуры 120-—130°С, поступает в специальную емкость, где она выдерживается
5—10 мин при той же температуре. Затем поступает в змеевиковый холодильник, охлаждается до 30-35°С и
поступает в биореактор. |
Непрерывный метод стерилизации имеет ряд преимуществ по сравнению с периодическим.
1) при непрерывном методе стерилизации каждый элементарный объем среды находится при высокой температуре
короткое время;
2) благодаря более высоким температурам стерилизации и короткой экспозиции деструкция компонентов
питательной среды минимальная;
3) процесс стерилизации всего объема питательной среды растянут во времени, этим обеспечивается более
равномерная разгрузка котельной;
4) процесс легко контролируется и управляется.
26.09.2024
11