Содержание
-
Основы биотехнологии
Направление 240700.62 «Биотехнология» Профессор, д.т.н. Иванова Л.А.
-
Стадии и этапы биотехнологического производства биологически активных веществ и их аппаратурное оформление. Промышленное производство биопрепаратов представляет собой сложный комплекс взаимосвязанных физических, химических, биофизических, физико-химических процессов, и состоит из большого числа разнотипного оборудования, связанного между собой материальными, энергетическими потоками и образующих технологические линии. Характер этих связей может быть весьма разнообразным: продукты и полупродукты, вырабатываемые в одних аппаратах, поступают в следующие по ходу процесса аппараты; сырье и энергии распределяются между различными потребителями. Технологическая блок - схема включает в себя следующие стадии: Вспомогательные работы (ВР) Основные технологические процессы (ТП)
-
Технологическая блок-схема производства ферментного препарата со степенью очистки Г20Х
Стадии вспомогательных работ ( ВР )
-
Стадии основных технологических процессов (ТП)
-
Стадии основных технологических процессов (ТП)
-
Стерилизация (от лат. sterilis — бесплодный) полное освобождение различных веществ, предметов, пищевых продуктов от живых микроорганизмов и их спор. Способы проведения стерилизации питательных сред: Периодическая (циклическая) Непрерывная Питательные среды для проведения глубинного культивирования микроорганизмов готовят в реакторах – смесителях с последующей стерилизацией в УНС или непосредственно в ферментерах (объем не более 0.2 м³), стерилизация в этом случае проводится в этом же аппарате. (Питательная среда и оборудование стерилизуются одновременно)
-
Стерилизация питательной среды в ферментаторе (циклическая стерилизация) Параметры стерилизации: Температура – 121 С⁰ Давление насыщенного пара - 0.2мПа Время стерилизации – 30-40 минут
-
Недостатки проведения циклической стерилизации среды в аппарате: ухудшается качество питательной среды из-за более длительного воздействия высокой температуры, чем при непрерывной стерилизации (рис. 10) требуется повышенный расход пара в период нагрева среды циклический процесс труднее поддается автоматизации. Циклический метод применяют для стерилизации среды только в аппаратах малого объема (до 200л).
-
Стерилизация в установке непрерывной стерилизации (УНС) УНС состоит из последовательно соединенных секций (аппаратов): нагреватель 3, выдерживатель 4 холодильник 5. Преимущества использования: возможность применения более высоких температур, чем при циклической стерилизации; сокращение продолжительности времени выдерживания среды при максимальной температуре; периоды нагревания и охлаждения не превышают нескольких секунд.
-
Параметры стерилизации: Температура – 135 - 160 С⁰ Давление насыщенного пара 0.3 – 0.6 мПа Время выдержки – не более 10-15 минут Нагреватель
-
Выдерживатель трубчатый Основное требование, предъявляемое к выдерживателю— постоянство длительности пребывания в нем каждого объема среды при определенной температуре стерилизации. Чтобы продолжительность выдержки была постоянной, нестерильная среда, поступающая в аппарат, не должна смешиваться со стерильной средой, выходящей из него. Иными словами, выдерживатель должен работать по принципу полного вытеснения. пластинчатый Теплообменники:
-
Основные загрязнения атмосферного воздуха: пыль (растительного. вулканического. космического происхождения, возникающая при эрозии почвы, частицы морской соли ); туман; дымы и газы от лесных и степных пожаров; газы вулканического происхождения; различные продукты растительного, животного, микробиологического происхождения и др. летучие органические соединения
-
Типовая технологическая схема стерилизации воздуха
-
Стадии очистки и стерилизации воздуха для аэрации предварительная (грубая) очистка от механических примесей, сжатие (воздух нагревается до температуры 200°С), охлаждение (до оптимальной температуры культивирования микроорганизма-продуцента), отделение сконденсированных паров влаги и масла (при поршневых компрессорах) нагрев до температуры культивирования стерилизация в головных и индивидуальных фильтрах
-
Классификация фильтрующих материалов
-
Фильтры предварительной очистки. кассетные регенерируемые масляные фильтры кассетные фильтры сухого типа.
-
Фильтры грубой очистки. Головной аэрозольный фильтр. 1, 2 – штуцера выхода и входа воздуха 3 – штуцер выхода пара из рубашки 4 – патрубок для слива конденсата 5 – обечайка фильтрующего элемента 6 – штуцер для входа пара в рубашку 7 – уплотнительные плиты. Фильтры тонкой очистки. Фильтры со сменными фильтрующими элементами из нетканых материалов. Эффективность работы фильтров для стерилизации воздуха определяется следующими факторами: эффективность и механическая прочность фильтрующего материала, герметичность его крепления в корпусе фильтра, удобство и быстрота перезарядки
-
Фильтры с готовыми фильтрующими элементами характеризуются большой надежностью в работе. Фильтрующие элементы изготавливают из высокоэффективных, механически прочных фильтрующих материалов. Форма и размер фильтрующих элементов зависят от характера фильтрующего материала. Фильтры с готовыми фильтрующими элементами обеспечивают возможность длительной и эффективной работы. Достоинства глубинных фильтров: большая пылеемкость (способность удерживать большое количество пыли на поверхности фильтра), простота и малая стоимость. Недостатки невоспроизводимость укладки фильтрующего материала и уплотнение его в процессе эксплуатации, каналообразование, неопределенную эффективность, контакт работников, обслуживающих фильтр, с минеральным волокном.
-
Стерилизация воздуха, выходящего из ферментатора проводится, как правило, в две стадии. Воздух, удаляемый из ферментатора, содержит большое количество микроорганизмов и имеет высокую влажность. На первой стадии производится влагоотделение, на второй — доочистка воздуха. Для отделения влаги используют жалюзийные конструкции, отличающиеся низким гидравлическим сопротивлением, вязаные и тканевые сетки из нержавеющего материала или термостойкого пластика. На них сепарируется около 99 % влаги. Длястерилизации воздуха, выходящего из ферментаторов, используют: фильтрующие элементы из микроволокон боросиликатного стекла, связанных эпоксирезиной. Фильтр-патроны из такого материала имеют высокую стерилизующую способность (до 99,9999 %) и хорошо улавливают частицы размером более 0,6 мкм. Стерилизация таких фильтров осуществляется текучим паром. фильтры из пористой нержавеющей стали, никеля и бронзы. Эти элементы очень прочны и устойчивы к воздействию высоких температур и влаги. В начале эксплуатации их сопротивление не более 0,07 МПа, а в процессе фильтрования оно возрастает до 0,5 Мпа.
-
Схема получения посевного материала.
-
Исходную культуру при оптимальных температурах выращивают в пробирках на скошенной агаризованной питательной среде. Для микроскопических грибов, актиномицетов выращивание длится до наступления обильного (72—120 ч) спорообразования, для бактериальных культур наиболее благоприятный возраст устанавливают экспериментально. Выращенную культуру (1—5 % к объему) с поверхности скошенной агаризованной среды стерильно смывают водой и переносят в колбы Эрленмейера на 750 мл, содержащие 50—100 мл жидкой питательной среды. Засеянные колбы выращивают на качалке (120—240 об/мин) при оптимальной для микроорганизма температуре в течение 18—36 ч. Наилучшие результаты дает культура, которая находится в стадии физиологической зрелости в конце логарифмической фазы роста. Для повышения титра клеток в инокуляте и увеличения количества посевного материала культуру выращивают в несколько стадий. Получение посевного материала в колбах.
-
Готовую культуру стерильно переносят в посевной аппарат (инокулятор) с предварительно простерилизованной питательной средой. Посевной аппарат оснащен мешалкой, аэрирующим устройством, контрольно-измерительной аппаратурой для регулирования температуры, рН среды, уровня ценообразования и т. д. Вместимость посевного аппарата может быть различной (0,1 —10 м3). Количество стадий выращивания определяется объемом производства и нормой расхода посевного материала для каждого продуцента. Получение посевного материала в посевном аппарате.
-
Производственное культивирование. Ферментатор - герметичная цилиндрическая емкость со сферическими крышкой и днищем. Объем аппарата - 0,01 до 100 м3. Высота аппарата в2—2,5 раза превышает диаметр. Материал для изготовления аппарата — нержавеющая сталь.
-
Схема устройства ферментатора
-
-
-
Теплообменные конструкции ферментаторов: а — рубашки: I — обычная: II—секционная; III—со спиральной перегородкой; IV—в виде наружных приваренных змеевиков различного типа; б — внутренние змеевики: I — спиральный с диаметром спирали, близким к диаметру резервуара; II—трубчатый секционный (4 секции); III — спиральный со спиралью диаметром в 5—10 раз меньше диаметра ферментатора (4 секции); IV — змеевиковый пакет.
-
а – труба; б – квадратный; в – лучевой. Глубинный метод выращивания микроорганизмов может быть периодическим и непрерывным (проточным). Барботеры ферментаторов.
-
При периодическом процессе изменяются скорость роста, физиолого-биохимические и морфологические показатели культуры. Развитие культуры при периодическом способе выращивания начинается с лаг-фазы, длительность которой зависит от условий выращивания посевного материала. Затем следует экспоненциальная фаза, характеризующая способность культуры к размножению. Фаза замедления роста может быть очень разнообразной и самой сложной. После прекращения по той или иной причине роста клеток наступает стационарная фаза. Таким образом, микробные клетки при периодическом культивировании претерпевают значительные изменения в течение всего периода роста, обусловленные непрерывными изменениями окружающей среды и быстрой реакцией на них клеток. Схема процессов непрерывного культивирования: а — тубулярныйферментатор полного вытеснения; б — ферментатор полного смешения;
-
Варианты хемостатного культивирования: Хемостатный метод имеет большое число вариантов. Применение одностадийного культивирования позволяет воспроизвести любую скорость роста, кроме максимальной. Двухстадийное культивирование в двух последовательно соединенных ферментаторах позволяет достичь максимальной скорости роста и даже превзойти ее.
-
Известны методы культивирования, занимающие промежуточное положение между непрерывным и периодическим: отъемно-доливной — среда порциями подается в аппарат и также порциями отбирается из него; добавление питания к периодической культуре без отбора культуры. Этот метод удлиняет время культивирования, но приводит к более полному использованию всех имеющихся в среде элементов питания, если постепенно добавлять, например, источник углерода.
-
Схема турбидостата При культивировании микроорганизмов в режиме турбидостата концентрация микроорганизмов поддерживается постоянной посредством регулирования оптической плотности культуры. При превышении установленной точки включается насос, подающий свежую среду.
-
Продуктивность периодических процессов культивирования. Объемная продуктивность выражается в граммах того или иного продукта на литр среды в час (или количества микробных тел) и служит мерой общей «полезности» процесса. При периодическом процессе культивирования расчет продуктивности должен вестись на все рабочее время, включая время загрузки, мытья, стерилизации, собственно культивирования и других технологических операций.
-
-
Нет комментариев для данной презентации
Помогите другим пользователям — будьте первым, кто поделится своим мнением об этой презентации.