Дипломная работа: Виробництво кормового білка
Вирощування Мс змішаних бактерій із сировини з окислених вуглеводнів може бути успішно здійснене при 45 – 65 °С, переважно, для досягнення оптимальної швидкості росту, 50 – 60 °С. Більше низькі температури придушують ріст бактерій.
При використанні змішаної культури досягається великий вихід клітин, що визначається в грамах отриманих клітин на 100 м використаного джерела вуглецю й енергії, наприклад метанолу.
Задовільний контроль може бути досягнуть також шляхом перевірки змісту живильного матеріалу у вихідному з ферментаторів потоці, воно повинне становити 0 - 0,2 вага. %.
Джерелом азоту може бути будь-яке азот містке з'єднання, здатне виділяти азот у вигляді, зручному для обмінного поглинання мікроорганізмами. Хоча можуть застосовувати різні органічні джерела азоту, наприклад інші протеїни, сечовина або т.п., але звичайно неорганічні джерела азоту більше економічні й зручні для практичного застосування. Як приклад таких неорганічних азот містке з'єднань можна привести аміак або гідроксид амонію, а також різні солі амонію, наприклад карбонат амонію, цитрит амонію, фосфат амонію, сульфат амонію й пірофосфат амонію. Зручно застосовувати газоподібний амоній, якому можна барботировати у відповідних кількостях через водне ферментаційне середовище. рН водної мікробної ферментаційної суміші 5,5 - 7,5 переважно 6 - 7.
Крім джерел кисню, азоту й вуглецю й енергії, необхідно до живильного додавати середовища обрані мінеральні живильні речовини в необхідних кількостях і співвідношеннях, щоб забезпечити правильний ріст мікроорганізмів і максимальне засвоєння окисленого вуглеводню клітинами в процесі мікробної конверсії. Джерелом вуглецю й енергії є окислений вуглеводень. Окислені вуглеводні включають спирти, кетони, складні й прості ефіри, кислоти й альдегіди, які в основному є водорозчинними й переважно містять до 10 атомів вуглецю в молекулі.
Найбільш кращими спиртами є спирти, що містять С1 – С4 у молекулі, особливо одноатомні спирти, внаслідок їхньої доступності, економічності. Особливо кращий метанол, тому що відносно дешево, легко доступний і розчинний у воді. [15].
1.2 Особливості культивування біообъєктів
При періодичному культивуванні доцільно створити штучно такий сталий стан, при якому концентрація клітин, питома швидкість росту й навколишньої клітини середовище не змінювалися б у часі. Такі умови можливі при безперервному культивуванні, коли клітини продуцента розмножуються зі швидкістю, що залежить від припливу живильних речовин і деяких інших умов. Безперервний спосіб особливо вигідний, коли джерелом вуглецю й енергії є нижчий спирт, наприклад метанол або етанол, витрата якого може бути легко автоматизований. Частина обсягу культуральної рідини постійного випливає з тією же швидкістю, з який подається середовище в апарат. Метод проточного культивування може бути організований як процес повного витиснення і як процес повного змішання. Здійснення першого можливо для культивування анаеробних мікроорганізмів у ферментаторі, що представляє собою трубу, у яку з одного кінця безупинно подають живильне й з посівний матеріал, а з іншого кінця відбирають культуральну рідина. Процес відбувається без перемішування й аерації. Коли середовище й посівний матеріал попадають у ферментатор, популяція перебуває в лаг - фазі, а на виході з ферментатора культура може перебувати в будь-якій фазі залежно від швидкості подачі середовища. У ферментаторі відтворюється повна крива розмноження, але не в часі, а в просторі.
У процесі повного змішання розмноження культури відбувається у ферментаторі при інтенсивному перемішуванні й аерації. У повному обсязі культуральної рідини умови повинні бути однаковими. При цьому у ферментаторі можуть бути створені умови, що відповідають будь-якій крапці кривої розмноження культури, вирощуваної періодичним способом. Процес повного змішання може бути організований по типі системи "турбидостат" й "хемостат".
У системі "турбидостат" у ферментаторі підтримують щільність популяції постійної, і при швидкій протоці середовища створюються умови, близькі до тих, які відповідають логарифмічній фазі, при повільному - наближаються до умов, що відповідають стаціонарній фазі. У сталому режимі роботи ферментатора питома швидкість протоки середовища дорівнює питомої швидкості розмноження культури. Підвищення швидкості протоки або вплив, що сповільнює ріст, приводить до того, що швидкість розмноження виявляється менше швидкості протоки й клітини культури будуть вимиті з ферментатора.
У системі "хемостат" величину клітинної популяції контролюють за допомогою окремих компонентів живильного . середовища Середовище становлять так, щоб один з компонентів, необхідний для росту біомаси клітин, був у недоліку або лімітував ріст, підтримуючи тим самим культуру в потрібному стані. Використовуючи батарею ферментаторів, можна в кожному апарату постійно підтримувати продуцент у певній фазі розмноження.
У цей час безперервне культивування застосовують для одержання білково-вітамінних концентратів (БВК), кормових дріжджів, лимонної кислоти, лізину.
У виробництві антибіотиків, поряд з періодичним культивуванням, всі частіше починають використати методи, що займають проміжне положення між переодичним і безперервним культивуванням, тобто напівбезперервний від’ємна-доливной метод. Таким способом вдається в 2 - 3 рази збільшити час перебування продуцента в активній фазі. Недолік полягає в тому, що доливи здійснюють живильним повним середовищем складу. Цього недоліку позбавлений метод напівбезперервної регульованої ферментації. Суть цього методу полягає в тому, що в певний час, починаючи з логарифмічної фази розмноження в культуральну рідину додають окремі компоненти живильного , середовища підтримуючи їхню концентрацію на постійному сприятливому рівні - спочатку для росту біомаси клітин, а потім - для синтезу цільового продукту.
Періодично з ферментатора відбирають певні об’єми культуральної рідини із всі зростаючою концентрацією цільового продукту. Ферментацію припиняють після того як активність продукту досягла максимуму. Цим способом вдається не тільки продовжити активну фазу, у якій перебуває продуцент, але й підвищити ступінь використання їм субстрату, а в остаточному підсумку - продуктивність процесу, тобто збільшити вихід кінцевого продукту розраховуючи на спожитий субстрат.
Із усього розмаїтості способів проведення процесів біотехнології найбільш складними є регульовані ферментації з дотриманням умов асептики. Крім того для проведення процесу в асептичних умовах необхідне введення додаткових стадій, що забезпечують стерилізацію живильних і з подаваного у ферментатори повітря.
Стерильне живильне в з інокуляторі - посівному апарату першого щабля засівають із дотриманням правил асептики через спеціальний пристрій посівним матеріалом, що попередньо був вирощений у колбі.
Створюються й підтримуються необхідні режими в апарату для розмноження клітин продуцента (температуру, аерацію й перемішування), а потім контролюють й оцінюють розвиток культури. При досягненні необхідних стадій розвитку й кількості біомаси посівний матеріал передавлюють стерильним стисненим повітрям по посівному колекторі в посівний апарат більшої місткості. На цьому другому щаблі вирощування посівного матеріалу прагнуть одержати більше біомаси клітин, щоб у ферментаторі можна було створити необхідну для даного штаму продуцента вихідну щільність популяції. Якщо ця вимога здійсненна без другого щабля, то ферментаційне середовище засівають безпосередньо з інокулятора.
Біосинтез цільового продукту у ферментаторі відбувається при заданих температурному режимі, аерації, перемішуванні й рН культуральної рідини; величину рН звичайно регулюють періодичною подачею аміачної води через барботер ферментатора. У випадку піно утворювання подають стерильний піногасник зі спеціального апарата по сигналі датчика рівня піни.
Для підтримки сталості концентрацій окремих компонентів живильного їх середовища подають у вигляді стерильних розчинів по команді ЕОМ з відомою швидкістю й періодичністю у ферментатор зі спеціальних апаратів.
У випадку проведення ферментації свідомо в нестерильних умовах живильне й з повітря для аерації не стерилізують, але посівний матеріал завжди вирощують на стерильних живильних у з асептичних умовах.[20].
1.3 Обладнання для культивування
1.3.1 Ферментатори для глибинного культивування мікроорганізмів на рідких живильних середовищах
Глибинне культивування мікроорганізмів - продуцентів біологічно активних речовин - є найбільш складним і тонким процесом одержання продуктів мікробного синтезу. Біосинтез продуцируемих мікроорганізмом біологічно активних речовин залежить від таких факторів, як температура, рН середовища й зростаючої культури, концентрація розчиненого кисню, тривалість культививування, конструкція й матеріал устаткування, у якому відбувається процес, і ін.
Залежно від застосовуваних методів оцінки роботи ферментатори для глибинного вирощування мікроорганізмів підрозділяють на ряд груп по наступних ознаках:
- по способі культивування - на апарати безперервної й періодичної дії;
- по стерильності - на герметичні й не потребуючої строгої герметичності;
- по конструктивних ознаках - на ферментатори з дифузором і турбіною, з обертаючими аераторами, з механічними мішалками, із зовнішнім циркуляційним контуром, колонні ферментатори, з ежекційною системою аерації;
- по способі уведення енергії й організації перемішування й аерації - на апарати з підведенням енергії до газової фази, до рідкої фази й комбінованої.
У мікробіологічній промисловості практично всі процеси культивування продуцентів біологічно активних речовин, за винятком дріжджів для одержання БВК на парафинах, гідролізатах і сульфітних лугах, проводяться періодичним способом у стерильних умовах.