Оборудование для биотехнологического производства (стр. 6 из 6)
17. Особенности стерилизации разных субстратов. Горячая и холодная стерилизация
Под стерилизацией сред обычно понимают любой метод воздействия, обеспечивающий удаление из них микробов — контаминантов или разрушение последних. Наиболее распространенным и универсальным среди возможных методов, вызывающих деструкцию микроорганизмов, является метод, основанный на использовании влажного тепла.
Тепловую стерилизацию сред (по способу ее проведения) подразделяют на периодическую и непрерывную. При периодическом способе стерилизации процессы: нагрев, выдержка и охлаждение среды (рис. 98) протекают последовательно во време ни в одном аппарате. Это может быть ферментатор, посевной аппарат или специальный стерилизатор. Весь объем среды нагревают в аппарате до заранее выбранной температуры, выдерживают при этой температуре строго определенное время и охлаждают водой, подаваемой в рубашку аппарата или змеевик. Метод отличается простотой и надежностью, однако имеет и свои недостатки. В частности, ухудшается качество питательной среды из-за длительного воздействия высокой температуры, при этом происходит карамелизация Сахаров (образование ангидридов Сахаров), деструкция витаминов; излишне длительный нагрев приводит не только к разрушению питательных веществ, но и к образованию в среде потенциальных ингибиторов процесса ферментации, таких как аминосахара. Второй недостаток связан с тем, что требуется повышенный расход пара за короткий период нагрева. Третий недостаток обусловлен невозможностью регенерировать тепло. Последний, четвертый, недостаток касается трудности автоматизации процесса периодической стерилизации по сравнению с непрерывным.
При непрерывном способе стерилизации каждый элементарный процесс — нагрев, выдержка, охлаждение осуществляется в специально предназначенных для этого аппаратах: нагревателе, выдерживателе, теплообменнике, которые со ставляют систему аппаратов для непрерывной стерилизации — установку непрерывной стерилизации (УНС). Непрерывная стерилизация имеет следующие преимущества по сравнению с периодической:
1) при непрерывном методе стерилизации каждый элементарный объем среды (бесконечно малый объем, содержащий одну спору) находится при высокой температуре короткое время;
2) благодаря более высоким температурам стерилизации и короткой экспозиции деструкция компонентов питательной среды минимальна;
3) процесс стерилизации всего объема питательной среды растянут во времени, этим обеспечивается более равномерная загрузка котельной;
4) процесс легко контролируем и управляем;
5) возможна частичная регенерация тепла.
Холодная стерилизация осуществляется в отношении некоторых жидкостей, растворы которых нельзя стерилизовать при высоких температурах, так как при этом происходит их испарение или инактивация витаминов и других биологически активных соединений, разложение лекарственных веществ, карамелизация сахаров, денатурация белков и т.п. В этих случаях осуществляют «холодную» С., при которой жидкости фильтруют через мелкопористые бактериальные фильтры. Стерилизация фильтрованием показана для синтетических сред определенного состава, содержащих термолабильные аминокислоты, витамины, белки, для антибиотиков, ароматических углеводородов. Фильтрование проводится через мелкопористые материалы, которые адсорбируют клетки микроорганизмов: каолин, асбест, фарфор и др. Диски, изготовленные из асбеста с целлюлозой называют фильтрами Зейтца. Их помещают в специальный фильтродержатель и стерилизуют в автоклаве, а затем, смонтировав держатель с колбой или бутылью, под давлением пропускают стерилизуемый раствор. Широкое применение нашли мембранные фильтры. Их изготавливают из специально обработанной нитроцеллюлозы. Фильтры имеют поры размером от 0,22 до 100 мм. В фильтродержатели монтируют фильтры с разной величиной пор, от больших к меньшим и при фильтрации растворов постепенно «отсеивают» микроорганизмы различных размеров. Наиболее широко известны фильтрующие пластины фирм «Миллипор», «Синпор», «Владипор». После стерилизующей фильтрации среды и растворы обязательно проверяют на стерильность, помещая микропробы простерилизованных растворов в термостат при температуре 37 ° С.
18. Аппаратура и способы стерилизации воздуха
Для стерилизации воздуха в микробиологической промышленности используют стеклянную и простую вату, ткань Петриянова, базальтовое волокно или фильтры из активного угля. Иногда для стерилизации воздуха применяют комбинирование термической обработки, фильтрации и ультрафиолетового облучения. Для очистки воздуха от микрофлоры можно использовать аппараты типа скрубберов, в которых сверху разбрызгивается дезинфицирующее вещество—10%-ная гидроокись натрия или 15—20%-ный раствор серной кислоты. В этих аппаратах нельзя применять такие дезинфицирующие вещества, которые, попадая с потоком воздуха в ферментатор, помешали бы процессу биосинтеза.
Для обеспечения кислородом культуры микроорганизмов в условиях аэробного процесса глубинной ферментации через единицу объема питательной среды в минуту необходимо подать 0,5—2 ед. объема воздуха. Его надо очистить от механических частиц, микроорганизмов и химических веществ перед введением в ферментатор. Для очистки воздуха в микробиологической промышленности обычно используют фильтрацию. Воздух подают обычно под давлением 0,2 МПа (2 кгс/см2). Для сжатия воздуха чаще всего используют турбокомпрессоры или поршневые компрессоры. Перед подачей в компрессор воздух очищается от грубых частиц на масляных фильтрах. В ферментатор он проходит сначала через общий, затем через индивидуальный фильтр. Эти фильтры выполняют функцию холодной стерилизации воздуха, отделяя клетки микроорганизмов. Как общие, так и индивидуальные фильтры заполняют гранулированным зернистым и волокнистым фильтровальным материалом, используя гранулированный уголь (КАД по ТУМХП 3136—52) и стеклянную вату, диаметр которой равен 18 мкм (ГОСТ 5174—49). В последнее время начали использовать специальные бактерицидные волокна. Толщина фильтрующего слоя обычно 0,4—0,75 м. Индивидуальные фильтры часто заполняют стеклянной, хлопчатобумажной ватой или активным углем.
Длительность стерилизации фильтров 1—1,5 ч при температуре 120—126°С. После стерилизации их сушат в потоке сухого воздуха в течение 2—3 ч. Фильтры необходимо стерилизовать не реже одного раза в месяц, а также после попадания инфекции.
Фильтрующий материал в индивидуальных фильтрах меняют один раз в 1—2 мес, а в общих фильтрах — через 6—8 мес.
Литература
Технология гидролизных производств. Шарков В. И., Сапотниц-кий С, А., Дмитриева О, А., Туманов И. Ф. «Лесная промышленность»,
1973 г., 408.
Биотехнология/под ред. И. Хиггинса, Д. Беста, Дж. Джонса/пере-вод с английского/под ред. А. А. Баева. -- М.: Мир, 1988. -- 479 с.
Глик Б. Молекулярная биотехнология. Принципы и применение. –М.: Мир, 2002.
Бекер М.Е. Введение в биотехнологию. – Рига: Звайгєне, 1974.