Амилолитические ферменты (стр. 11 из 12)

При непрерывноциклическом способе микроорганизмы, расположенные на неподвижной насадке в ферментере, омываются средой, протекающей в замкнутом контуре, до полного потребления ими питательных веществ. После этого зрелую культуру выгружают, начиная с последнего, аппараты промывают, стерилизуют и цикл повторяют с последнего головного ферментера. Богатая питательными веществами среда в ходе такой циклической ферментации постепенно истощается; по времени пребывания среды в зоне реакции этот процесс более продолжителен, чем периодический.

Непрерывно-проточный способ культивирования микроорганизмов более совершенен. Суть его заключается в том, что микробная популяция развивается в проточной питательной среде. Способ имеет две разновидности: гомогенно-непрерывный и градиентно-непрерывный. В первом случае выращивание ведут в одном ферментере; при тщательном перемешивании среды и аэрации обеспечивается одинаковое состояние культуры во всем объеме жидкости. В ферментер при этом непрерывно поступает свежая среда, а из него также непрерывно вытекает избыток зрелой культуральной жидкости.

Градиентно-непрерывное культивирование осуществляют в батарее ферментеров, соединенных переточными трубами. Засеянная среда с большим содержанием углеводов и других ингредиентов непрерывно перетекает из одного ферментера в другой и также непрерывно вытекает в виде готовой культуры.

Непрерывным культивированием в проточных средах можно выращивать микроорганизмы в условиях, оптимальных для их стадии развития. При этом такие важные факторы, как концентрация питательных веществ, количество продуктов обмена, рН, содержание растворенного кислорода, резко изменяющиеся при периодическом способе культивирования, поддерживаются постоянными на заданном уровне или изменяются по разработанной программе.

Способы непрерывного культивирования в производстве ферментных препаратов для спиртового производства еще находятся в стадии производственных испытаний. Поэтому, к сожалению, в настоящее время на заводах до сих пор применяют периодическое культивирование микроорганизмов.

4.4. концентрирование ферментных растворов

Глубинные культуры микроскопических грибов в жидком виде не могут сохраняться длительный срок без потери активности, перевозить их на большие расстояния вследствие значительного содержания в них воды (до 85...90 %) также экономически не всегда оправдано. Поэтому при организации снабжения культурой спиртовых заводов целесообразно ее предварительно концентрировать.

Концентрирование культур можно осуществлять на вакуум-выпарных установках с получением сиропов при температурах, обеспечивающих сохранение ферментов, или на распылительных сушилках с получением порошкообразного ферментного препарата. Однако эти способы сопровождаются значительными потерями активности (до 50 %) и поэтому не нашли распространения на спиртовых заводах. Начиная с семидесятых годов во ВНИИПрБТ был разработан и внедрен на Мичуринском экспе-риментальном заводе способ концентрирования глубинных культур ультрафильтрацией.

Способ основан на проведении процесса фильтрации через ряд полупроницаемых мембран, в результате чего ферменты и другие высокомолекулярные вещества задерживаются или выводятся из аппарата в

виде ультраконцентрата (концентрированного сиропа). Вода и часть низкомолекулярных веществ (пермеат) проходят через мембраны и также удаляются.

Потери активности при ультрафильтрации составляют до 15 % в пересчете на первоначальную активность исходной осветленной культуральной жидкости.

При использовании концентрированных препаратов на станции осахаривания применяют обычное оборудование для дозирования ферментных осахаривающих материалов.

4.5. Оборудование для получения амилолитических ферментов

МОДУЛЬНОЕ БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ СЕРИИ "ОКА-01"

4.5.1Назначение

"ОКА-01" представляет собой гибкое модульное биотехнологическое оборудование, позволяющее производить в непрерывном режиме широкий спектр биотехнологических продуктов, причём переход с выпуска одного продукта к другому осуществляется по программе под управлением компьютера.

Модульное построение биотехнологических агрегатов и систем управления, а также их новый принцип действия, позволяют не только быстро менять рецептуру производимых продуктов, но и обеспечивают масштабирование создаваемых производств от опытно-экспериментального до промышленного уровня.

4.5.2.Области применения

Предлагаемый комплект биотехнологического оборудования был использован для разработки новейших высокопродуктивных непрерывных технологий производства биопродуктов (Рис. 1):

4.5.3.Устройство

Состав базового комплекта модульного биотехнологического оборудования серии "Ока-01" представлен на Рис. 2:

4.5.3.1Модуль для приготовления питательной среды (МПС)

Модуль предназначен для приготовления питательных сред из растительного сырья с последующим разделением полученной суспензии на жидкую и твёрдую фракции и представляет собой набор унифицированного оборудования для автоматизированного непрерывного производства питательных сред с заданными параметрами по концентрации, соотношению компонентов, pН и температуре. В состав "МПС", входят: бункер для исходного сырья (зерно, отруби и др.), обеспечивающий запас исходного сырья для непрерывного производства питательной среды; измельчитель твёрдых веществ с дозирующим устройством, обеспечивающий дробление и транспортировку расчётной дозы сырья в смеситель по заданной программе;

парогенератор для получения насыщенного водяного пара, используемого для варки растительного сырья, термостатирования и разбавления приготовляемой среды; смеситель с термостатируемой рубашкой, обепечивающий гомогенное перемешивание и дозированный отбор сгущенной среды по заданному алгоритму; устройство для фракционного разделения питательной среды, обеспечивающее выделение из среды жидкой и твёрдой фракций.

4.5.3.2.Модуль стерилизационный (МС)

Модуль предназначен для стерилизации насыщенным водяным паром ферментационного оборудования, питательных сред и титранта, воздуха и отходящих газов, а также для обеспечения асептических условий работы всех устройств базового модуля.

В состав "МС" входят: парогенератор, обеспечивающий насыщенным водяным паром работу насосов, дозаторов, паростерилизуемых разъёмов трубопроводов, стерилизаторов питательных сред, автоклава и термостатов;

автоклав, обеспечивающий ускоренную стерилизацию лабораторной посуды и титранта в условиях циклической принудительной конденсации пара;

стерилизатор питательной среды, обеспечивающий дозированную стерилизацию сгущенных питательных сред с их последующим разбавлением стерильной дистиллированной водой до заданных концентраций; устройство для слива стерильной среды, обеспечивающее охлаждение и дробную подачу приготовленной питательной среды в ферментёр по заданному алгоритму.

4.5.3.3.Модуль ферментационный (МФ)

Модуль предназначен для выращивания гетеротрофных микроорганизмов в периодическом или проточном режимах культивирования, проведения процессов биосинтеза и биокатализа веществ.

В состав "МФ" входят: ферментёр для проведения микробиологических процессов в асептических условиях: снабжён турбинной мешалкой, обеспечивающей гомогенное перемешивание культивационной среды с фиксированным пенообразованием и щадящим воздействием на биомассу и твёрдые включения, например, носители уплотнённой биомассы или сорбционные материалы; работает при коэффициенте загрузки 0,8-0,9, что позволяет увеличить выход продукта; парогенератор, обеспечивающий насыщенным водяным паром стерилизацию ферментационного оборудования, работу паростерилизуемых разъёмов, дозаторов и термостата;

ёмкость для осаждения биомассы, обеспечивающая накопление и охлаждение культуральной жидкости, вытекающей из ферментёра, в результате чего происходит её расслоение с образованием осадка;

термостат, обеспечивающий поддержание заданных температур в ферментёре и ёмкости для осаждения биомассы; дозаторы для слива продукта, обеспечивающие раздельный слив осаждённой биомассы и надосадочной культуральной жидкости в асептических условиях по заданным алгоритмам.

4.5.3.4.Модуль интерактивного управления (МУ)

Модуль предназначен для автоматического управления всеми устройствами и агрегатами, а также для измерения и регистрации текущих параметров процесса по pН, температуре, растворенному кислороду и оборотам мешалки.

В состав "МУ" входят: блоки питания, обеспечивающие стабилизированное питание электронных приборов; контроллер, обеспечивающий прохождение и обработку аналоговых и дискретных сигналов, ввод и обработку сигналов с датчиков, вычисление и выдачу на исполнительные устройства значения регулирующих воздействий: формирует программно-временную последовательность команд для управления клапанами и осуществляет обмен информацией с пультом оперативного управления и компьютером верхнего уровня; компьютер, обеспечивающий интерактивное программное управление многостадийными процессами.

Ряд агрегатов и приборов, входящих в состав модульного биотехнологического оборудования серии "Ока-01", могут использоваться самостоятельно и иметь широкое применение. К ним относятся:

Парогенератор непрерывного действия:Объём испарителя от 5 до 30 л Температура водяного пара от 105 до 130°С Производительность от 3 до 10 кг/час.	Автоклав:Объём камеры 20 л Температура пара от 105 до 120°С.
Паростерилизуемый разъём:Время стерилизации стыков 15 мин Проходное сечение трубопроводов du=4-8 мм Давление от 0,02 до 0,2 МПа.	Прибор интерактивного управления многостадийным процессом:IBM совместимый компьютер Контроль и регистрация текущих параметров Графическое отображение процессов.

В зависимости от задачи эксперимента или видов исходного сырья и конечного продукта, который необходимо получить в результате биотехнологического процесса, базовый комплект трансформируется и дополняется специфическими техническими средствами.