Аналіз процесу отримання ергостерину шляхом мікробіологічного синтезу (стр. 4 из 4)
Перекристалізація ергостерину-сирця. Ергостерин-сирець піддають афінації в апараті 33 спиртом (65 % мас.) в кількості 10 кг на 1 кг сирця. Афіновану масу подають на друк-фільтр 34. Відфільтровані афіновані кристали ергостерину направляють на перекристалізацію в апарат 35 в спирто-бензольному розчині (4:1). Маточний розчин, отриманий під час афінації, подається в збірник 36, а потім в перегонний апарат 37 для відгонки спирту. Із перегонного апарату спирт потрапляє в збірник 38, із якого подається в збірник 63а і ректифікаційну колону 62. Розчин ергостерину в спирто-бензольній суміші із апарату 35 подають в кристалізатор 39 і нутч-фільтр 40. Кристали ергостерину І після промивання висушуються у вакуум-сушильному апараті 41 (температура плавлення кристалів не повинна бути менше ніж 160 °С). Маточник кристалізації І потрапляє в збірник 42, а потім у вакуум-перегонний апарат 43 для відгонки спирто-бензольного розчинника, який збирають в приймачі 44.
Згущений маточник піддають кристалізації в апараті 45. Кристали ергостерину ІІ відділяють від маточника ІІ на нутч-фільтрі 46.
Ергостерин ІІ подають на афінацію разом із ергостерином-сирцем. Маточник ІІ із нутч-фільтра 46 подається в збірник 47, а із нього у вакуум-випарний апарат 48. Випарений спирт подають в збірник 49, звідки він через збірник 44а подається на повторне використання.
Опромінення ергостерину і отримання концентрату вітаміну D2. Рядом досліджень було доведено, що в ефірному розчині процес активації ергостерину протікає не так інтенсивно, як в спирті. Якщо в спирті максимум активації досягається через 30 – 40 хв, то в середовищі ефіра через 150 – 200 хв, що дозволяє уникнути переопромінення розчину. Це особливо важливо у разі виробництва кристалічного ергокальциферолу, оскільки продукти переопромінення ергостерину утримують ергокальциферол в розчині, перешкоджаючи його кристалізації. Сухий ергостерин І опромінюють в розчині сірчаного ефіру. Вважають, що ергостерин спочатку ізомерується в прекальциферол, який під час нагрівання переходить в ергокальциферол і частково в люмістерин. В реактор 50 із сушарки подають ергостерина, а із збірника 51 – ефір. Отриманий розчин фільтрують через друк-фільтр 52, фільтрат через мірник 53 подають в збірник 54, звідки він безперервно протікає через опромінювач 55. Опромінений розчин потрапляє в збірник 56, потім в перегонний апарат 57 для відгонки ефіру і виділення непрореагованого ергостерину, який відфільтровують в друк-фільтрі 58 і подають на перекристалізацію. Фільтрат стандартизується по активності олією в змішувачі 59, фільтрується через нутч-фільтр 60 в збірник 61, звідки подається на розфасовку [2].
3. Розрахунок Ферментера марки Б-50
3.1 Розрахунок габаритних розмірів ферментера
Продуктивність ферментера: P = 200 кг/год (за вологою біомасою);
Коефіцієнт заповнення ферментера: 0,7;
Концентрація дріжджових клітин в культуральній рідині: C = 20 кг/м3 (за вологою біомасою);
Тривалість одного циклу культивування: Т = 12 год;
Кількість секцій ферментера: n = 12.
Культивування проводиться в два етапи: ріст біомаси та витримка біомаси, т.з. «голодування», протягом якого дріжджами споживаються залишки вуглеводнів, отриманих із поживного середовища. Етап росту триває 9 год, витримка біомаси триває 3 год. Процес розраховано таким чином, що в секціях 1 – 9 відбувається ріст біомаси, а в секціях 10 – 12 – дозрівання. Тож тривалість одного циклу в кожній секції становить 1 год.
Запуск ферментера відбувається із заповненням секції 1 поживним середовищем та внесенням посівного матеріалу. По завершенню 1-го циклу (1 год) вміст секції 1 перекачується в секцію 2, а секція 1 знову заповнюється поживним середовищем та інокулятом. Через 12 год після початку процесу, із секції 12 відбирається культуральна рідина і направляється на виділення біомаси, а в звільнену секцію 1 знову подається свіже поживне середовище та вноситься культура продуцента. Тож продуктивність ферментера кількісно дорівнюватиме об’єму культуральної рідини, яка зливається із секції 12. Оскільки продуктивність ферментера нам відома – P = 200 кг/год (за вологою біомасою), а концентрація дріжджових клітин в культуральній рідині становить C = 20 кг/м3, то об’єм культуральної рідини в одній секції становитиме:
м3,
деt – тривалість одного циклу культивування, год.
Об’єм однієї секції, враховуючи коефіцієнт заповнення 0,7, становитиме:
м3,
Габаритні розміри ферментера являють собою висоту секцій (h), зовнішній (R) та внутрішній (r) радіуси тороїда . Висота, при чому, дорівнює різниці зовнішнього та внутрішнього радіусів (R – r).
Об’єм однієї секції становитиме:
.Значення зовнішнього та внутрішнього радіусів R та rвизначаються із розрахункової таблиці (див. додаток 3) за відомим значенням об’єму ферментера V`S.
У додатку 3 найближче значення об’єму секції ферментера (14,33 м3) лежить на перетині значень зовнішнього та внутрішнього радіусів 4,4 м та 1,3 м, відповідно. Тож для конструювання даного ферментера приймемо наступні габаритні розміри:
3.2 Розрахунок товщини стінки ферментера
Розрахунок проводять за формулою:
де δ – товщина стінки, м;
р – розрахунковий тиск, МПа (стерилізація ведеться за тиску гострої пари 0,3039 МПа);
D – діаметр апарата, м. В даному випадку, коли розрахунок товщини стінки ведеться для однієї секції, неможливо виділити значення діаметру, оскільки основа секції має форму трапеції. Тому, замість діаметру використаємо розрахунковий розмір А, що чисельно дорівнює середньому арифметичному висоти та середньої лінії трапеції. За габаритних розмірів тороїда (див. п. 3.1.) R = 4,4 м та r = 1,3 м, значення А становитиме:
, м.φ – коефіцієнт міцності зварних швів, який становить 0,7 – 1 (приймемо 0,85);
σДод. – напруга, що допускається, МПа (для неіржавіючої сталі за температури 132,9 °С, тобто за температури насиченої пари і стерилізації, σДод. =140 МПа);
С – додаток до розрахункової товщини для компенсації корозії, м; С = Пτа, де П – корозійна проникність, м/рік (приймемо, що П = 10-4 м/рік), τа – амортизаційний термін служби апарата, років (приймемо 10 років);
С1 – додаток на заокруглення до цілого числа міліметрів.
м.- товщина стінки ферментера δ = 4 мм[5].
Висновки
1. Процес накопичення біомаси, збагаченої провітаміном D2 (ергостерином), найкраще проводити на поживному середовищі, що містить н-алкани, як найоптимальніший субстрат для отримання цільового продукту.
2. Для отримання біомаси продуцента на середовищі, збагаченому н-алканами, рекомендовано використовувати 12-секційний тороїдний біореактор марки Б-50. Даний ферментер забезпечує специфічні особливості кінетики накопичення біомаси та умови перемішування і аерації.
3. Для вилучення вітамінів, міцно зв’язаних із білково-ферментними комплексами, і збільшення таким чином їхнього виходу, необхідно піддавати дріжджі гідролізу і автолізу.
4. Для забезпечення належної консистенції необхідно автолізовану (гідролізовану) дріжджову масу піддавати обробці спиртом з екстракцією водорозчинних вітамінів групи В.
5. Для вилучення стеринів і фосфоліпідів висушений дріжджовий шріт варто піддавати додатковій обробці спиртом або іншим розчинником.
6. Отриманий після екстракції стеринів та видалення спирту білково-дріжджовий шріт можна використовувати для харчових або кормових цілей, а також для отримання нуклеїнових кислот.
7. Для конструювання ферментера марки Б-50 продуктивністю 200 кг вологої біомаси на годину приймемо наступні габаритні розміри:
- зовнішній радіус тороїда R = 4,4 м;
- внутрішній радіус тороїда r = 1,3 м;
- висота секції h = R – r = 4,4 – 1,3 = 3,1 м.
- товщина стінки ферментера δ = 4 мм.
Список використаної літератури
ергостерин вітамін ферментер синтез
1. Под ред. Н.С. Егорова. Промышленная микробиология: Учеб. пособие для вузов по спец. «Микробиология» и «Биология». – М.: Высш. шк., 1989. – 688 с.: ил.
2. Шнайдман Л.О. Производство витаминов. – М.: издательство «Пищевая промышленность», 1973. – 444 с.
3. Под ред. Егорова Н.С. Биотехнология т. 5: Производство белковых веществ – М.: Высш. шк., 1986. – 142 с.: ил.
4. Тимощенко Л.В., Чубик М.В. Основы микробиологии и биотехнологии: Учебное пособие . – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2009. – 194 с.
5. Сидоров Ю.І., Влязло Р.Й., Новіков В.П.. Процеси і апарати мікробіологічної промисловості. Технологічні розрахунки. Приклади і задачі. Основи проектування виробництв. У 3 ч. – Ч. І. Ферментація. – Львів: Видавництво Національного університету «Львівська політехніка», 2004. – 240 с.
6. Бекер М.Е. Введение в биотехнологию. Пер. с латышского. – М.: издательство «Пищевая промышленность», 1978. – 228 с.
7. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. Издание седьмое. – М.: Государственное научно-технологическое издательство химической литературы, 1961. – 831 с.
8. Под ред. К.А. Калунянца. Оборудование микробиологических производств. – М.: Агропромиздат, 1987. – 389 с.