Лекция № 14-15

І. Тема: Асептика в биотехнологическом производстве. Очистка и стерилизация технологического воздуха, применяемые фильтры. Стерилизация и герметизация оборудования. Условия проведения биотехнологических процессов.

ІІ. Цель: Ознакомить студентов с очисткой и стерилизацией технологического воздуха, устройством применяемых фильтров и условиями проведения биотехнологических процессов.

ІІІ. Тезисы лекции:

Стерилизация технологического воздуха.

Технологический воздух – это воздух, проходящий через ферментер. Через ферментер с объемом 50м³ (кубических метров за час) пропускается 30000 м³/час (кубических метров за час) воздуха. Обычный воздух содержит в 1 м³ (метр кубический)от 1 тысячи до 100 тысяч клеток микроорганизмов. Воздух стерилизуют только фильтрацией, пропуская его через систему фильтров, другие способы (УФ, термические) не подходят, так как нужно стерилизовать очень большие объемы воздуха.

Технологическая схема получения стерильного воздуха:

Воздух с улицы поступает на → Фильтр предварительной очистки от пыли и влаги, затем поступает на → Компрессор (происходит сжатие воздуха, при этом воздух нагревается), затем - на → Холодильник (для охлаждения воздуха, поступившего от компрессора, затем) → Воздух под давлением проходит через головной фильтр и подается на → Индивидуальный фильтр (у каждого ферментера).

Индивидуальные фильтры не должны пропускать более 0,25 микрона (мкм) микроорганизмов. Размеры микроорганизмов. - кокки составляют 0,5-1,5 мкм, кишечные

палочки – 0,4- 0,8 мкм. Существует коэффициент проскока, поэтому фильтры 100% стерилизацию дают не всегда. Фильтры стерилизуются острым паром при 120° С 30 мин.

Стерилизация и герметизация оборудования.

Ферментер и все трубопроводы стерилизуют насыщенным паром при 130° С 1 час. Для проверки эффективности стерилизации проводят пробную стерилизацию с использованием биологического теста.

Стерилизация питательных сред

Водопроводная вода содержит до 100 микробных клеток в 1 миллилитре. Компоненты питательной среды – источники углерода, азота, содержат в 1 грамме муки от 10000 до 1 миллиардов клеток микроорганизмов.

Питательную среду стерилизуют термическим нагреванием, но при этом могут инактивироваться термолабильные соединения, витамины и др. Поэтому для каждой среды имеются свои условия стерилизации. Стерилизация – процесс вероятностный.

В современном биотехнологическом производстве наиболее частым биообъектом – продуцентом целевого продукта является штамм микроорганизма, выращиваемый в специальных ферментационных аппаратах (ферментерах или ферментаторах) разных типов (рис. 10). Ферментер снабжен приспособлениями (так называемой «обвязкой»), позволяющими создавать оптимальные условия для роста биообъекта и биосинтеза целевого продукта (не всегда эти условия совпадают). Поэтому основным требованием любой ферментации является стерильность питательной среды, используемого оборудования, приборов и коммуникаций для предотвращения микробного загрязнения основного биообъекта-продуцента.

Ферментационные аппараты, используемые фармацевтической промышленностью, в основном изготавливаются из коррозионно-стойкой стали. Их объем варьирует от десяти до ста кубических метров. Обычно ферментер, установленный в цехе ферментации, выглядит как вертикально расположенный цилиндр с полукруглым дном, в котором имеется приспособление для слива культуральной жидкости. В верхней части ферментера имеется полукруглая крышка с рядом входных устроиств (вводов): для питательной среды, посевного материала, пропускаемого через специальное устройство воздуха (аэрация) и выходного устройства для вывода воздуха, прошедшего через толщу питательной среды. В центре ферментера по его вертикальной оси находится мешалка (одноярусная, многоярусная), обеспечивающая массообмен. Во внутреннем пространстве ферментера находятся «отбойники», предотвращающие возникновение «застойных» (мертвых) зон при работе мешалки. Этим обеспечивается равномерность концентрации растворимых веществ и коллоидных частиц в среде.

Постоянство оптимальной для процесса температуры в ферментере обычно поддерживается его наружной «рубашкой», через которую пропускается вода с заданной температурой.

Важнейшим условием успешного осуществления ферментации является соблюдение стерильности процесса. В реальных условиях добиться стерильности непросто. Этому мешают большой объем ферментера и сложность состава среды, а также большой объем пропускаемого через него воздуха и сложность конструкции ферментера. Попадание в культурную среду и размножение в ней

разных микроорганизмов во время ферментации приводят к изменению ее состава, рH и реологических свойств, что, в конечном счете, ведет к снижению выхода целевого продукта. Также в нем могут присутствовать в виде примесей (или микропримесей) новые соединения, образовавшиеся в результате жизнедеятельности посторонней микрофлоры.

Нестерильные ферментации недопустимы. Ввиду этого перед проведением каждого ферментационного цикла проводится стерилизация:

• всех внутренних поверхностей ферментера и входящих в него трубопроводов;

• пропускаемого через ферментер воздуха (так называемого «технологического воздуха», подаваемого в ферментер под давлением);

• питательных сред.

Как правило, ферментер заполняется питательной средой только на две трети своей емкости. Вносимый в ферментер посевной материал должен быть представлен чистой культурой биообъекта (не зараженной другими микроорганизмами).

Следует иметь в виду, что при нарушении стерильности в одном месте контаминируется вся система, и содержимое ферментера, по жаргонному выражению производственников, «сливается в трап», т.е. выбрасывается. Сложность ситуации заключается и в том, что для обнаружения заражения воды, воздуха и компонентов питательных сред микробиологическим путем необходимо от 24 ч до нескольких суток, чтобы содержание (число) посторонних клеток в 1 мл увеличилось до тысячи – видимого в микробиологическом мазке их количества.

Дата добавления: 2014-01-20