Реферат: Этапы получение лизина

Выполнила:

студентка групи О- 55 а

Скуратовская Л. М.

Проверил:

Краснопольский Ю.М.

Харків 2010

ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ ПОЛУЧЕНИЯ ЛИЗИНА МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИМ ПУТЕМ

В отличие от производства кормовых дрожжей промышленное получение лизина и других аминокислот осуществляется в строго асептических условиях, на стерильных питательных средах с исполь­зованием чистой культуры продуцента. Принципиальная технологи­ческая последовательность процесса получения лизина следующая: приготовление посевного материала; подготовка и стерилизация пита­тельной среды, всей аппаратуры и коммуникаций; культивирование продуцента в промышленных ферментаторах (ферментация); выделе­ние целевого продукта (L-лизина).

Приготовление посевного материала

Посевная культура продуцента может быть приготовлена двумя способами; периодическим и непрерывным. В настоящее время на биохимических заводах, выпускающих лизин, приготовление по­севной культуры ведется преимущественно периодическим ме­тодом.

Свободную от фага и посторонней микрофлоры исходную культу­ру продуцента с чашек Петри с агаром Хоттингера пересевают в про­бирки с 2%-ным мясопептонным агаром и выращивают в течение суток при температуре 29-30 °С. На основе этой культуры готовят на сте­рильной водопроводной воде суспензию плотностью 10⁸ клеток на 1 мл (ориентировочно 8-10 мл воды на одну пробирку). Полученной суспензией засевают стерильную питательную среду в качалочных колбах.

Для получения посевного материала используют среды различного состава. Чаще всего в среду входят меласса (3-5 %), кукурузный экстракт (2,5-3,0 %) и поваренная соль (до 0,4 %). Среду подтитровывают 20 %-ным раствором едкого натра до величины рН 7-7,2. В качалочные колбы объемом 750 мл заливают по 100-120 мл среды и стери­лизуют в автоклаве. После охлаждения среду в каждой колбе засева­ют 2 мл посевной суспензии и выращивают куль-туру в течение суток на качалках (180-200 об/мин) при температуре 29-30 °С - это так назы­ваемые маточные посевные колбы. Затем засевают посевные колбы со средой того же состава из расчета 5 % маточной суточной культуры. Посевные колбы выдерживают на качалках в течение суток при темпе­ратуре 30 °С. Культурой из посевных колб засевают первый инокуля-тор из расчета 0,05- 0,1 % по объему и выращивают ее в течение суток отъемно-доливным способом при аэрации и перемешивании. Темпера­тура выращивания 29-30 °С.

В инокуляторе состав среды может быть таким же или другим, более близким к производственной питательной среде. Для каждого продуцента состав среды устанавливают экспериментально.

Посевную срелу стерилизуют, как правило, в посевном аппарате. Если производственные ферментаторы имеют очень большую емкость или производительность завода велика, предусматривают еще одну ступень инокуляторов, объемы которых больше предыдущих, так как количество задаваемой в аппарат посевной культуры сравнительно высоко (1-5, а для ряда продуцентов 20-30 % по объему). Следует помнить, что при периодическом способе получения посевной культу­ры независимо от количества стадий длительность выращивания про­дуцента на каждой стадии составляет 16-24 ч.

В настоящее время предложен и разработан для производства L-лизина непрерывный способ получения посевного материала. Обновление исходной культуры и первые этапы размножения культуры осуществ­ляют в лабораторных условиях, но вместо качалочных колб выращи­вания культуры проводят на специальном лабораторном стенде в небольших аппаратах с автоматическим регулированием заданных параметров, что позволяет значительно увеличить количество полу­чаемой культуры и сократить время выращивания производственной культуры за счет увеличения дозы посевного материала.

В инокулятор загружают стерильную среду на 1/3 объема, задают с лабораторного стенда 5-6 % посевной культуры, подключают инокуляторы к сборнику со стерильной питательной средой и при ин­тенсивной аэрации и перемешивании среды осуществляют выращива­ние до тех пор, пока среда с культурой не займет 1/2 полного объема инокулятора. Затем начинают подачу культуральной жидкости из ниокулятора в посевной ферментатор, в который поступает и свежая питательная среда. Скорость подачи среды и культуры зависит от физиологических особенностей продуцента. Когда посевной фермента­тор будет заполнен на 0,6 (полное заполнение), подачу культуры из инокулятора переключают на следующий посевной ферментатор и т. д. Из посевного ферментатора готовый посевной материал направляют в производство или в предварительно простерилиэованные сборники объемом 25-35 м³ .

Такая схема позволяет использовать в производстве до 30 % посев­ного материала. По этой схеме из инокулятора поток культуры направ­ляют в посевной аппарат только во время загрузки. Инокулятор или посевной аппарат поочередно выполняют функции промежуточной емкости для обеспечения непрерывности при поочередной подготовке и стерилизации аппаратуры. Когда схема работает на установившемся режиме, три посевных ферментатора находятся в стадии выращивания культуры, а четвертый - в состоянии подготовки. Межстерилиэационный период для аппаратуры, предназначенной для производства посевной культуры - продуцента аминокислот, составляет 72 ч. Таких линий на производстве может быть несколько в зависимости от произ­водительности предприятия и количества задаваемого посевного материала. При использовании посевного материала, полученного методом непрерывного культивирования, и содержании его в среде в количестве более 15 %, время ферментации сокращают на 17-25 %.

Экономический коэффициент образования лизина не зависит от методики приготовления посевного материала. Но используя непре­рывный способ, следует помнить, что при длительной работе батареи возможно возникновение ревертантов и утрата свойств продуцентом. Наблюдение за культурой здесь особенно важно.

Инокуляторы или посевные ферментаторы имеют сравнительно простые конструкции. Главное требование - это минимальное коли­чество штуцеров, смотровых окон, люков, отсутствие вращающихся деталей, надежные устройства для герметизации ферментатора. Пер­спективны посевные ферментаторы с пневматическим перемешивани­ем, где диспергирование достигается при введении в ферментатор воздуха через сопло с коническим расширением. Диаметр отверстий сопла от 1 мм в лабораторных до 10 мм в промышленных инокуляторах. Конструкция посевного ферментатора приведена на рис. 1.

Рис. 1. Сопло-конусный ферментатор ФСКА-3 с системой циркуляции и пенога-шеиия:

1 — ввод пены с воздухом в циклон; 2 — посевной штуцер; 3 — светильник; 4 — корпус ферментатора; 5 —манометры; 6 — пароводяная рубашка; 7 — подвод возду­ха; 8 — штуцера для воды, пара и конден­сата; 9 — пробоотборник; 10 и 11 — штуце­ра для термометра и отвода культуральной жидкости; 12 — опора аппарата; 13 — аэра­тор; 14 - обратная труба; 15 - коничес­кий барботер; 16 и 19 — смотровые окна; 17 — циклон; 19 — лопасти пеногасителя; 20 — стеклянная часть циклона; 21 — по­дача питательной среды.

При использовании этого аппарата можно обойтись без химического пено­гасителя.

Готовая посевная культура независимо от способа ее выращива­ния должна быть свободна от фага (для продуцентов из рода Вгеvibacterium), посторонней микрофлоры и иметь титр около 10⁹ клеток на 1 мл.

Приготовление и стерилизация питательной среды, аппаратов и коммуникаций

Промышленная технология лизина, разработанная в нашей стране, предусматривает использование питательной среды для выра­щивания продуцентов лизина, состоящей из мелассы, кукурузного экстракта или другого источника ростовых веществ, мела и пеногаси­теля. Однако в связи с дефицитностью мелассы и кукурузного экст­ракта в настоящее время проводится поиск новых дешевых компонен­тов для их частичной или полной замены, обеспечивающих сбаланси­рованность питательной среды для действующих лизиновых заводов.

В качестве заменителей кукурузного экстракта используют фер­ментативный гидролизат БВК, при этом ферментолизат БВК, внесен­ный в питательную среду вместо кукурузного экстракта, должен обес­печить концентрацию аминного азота 0,06 %. В этих условиях уровень биосинтеза лизина культурой Вгеvibacterium 22ЛД (промышленный штамм) на 60 % выше, чем с кукурузным экстрактом (при содержании мелассы по РВ 10 %).

Установлено также, что замена кукурузного экстракта в питатель­ной среде нативной молочной сывороткой (рН 4, РВ 2,5 %, СВ б, NH₂ 0,05 %) в количестве 0,04 % по аминному азоту обеспечивает выход на 10 % больше, чем регламентная среда. Использование выпаренной молочной сыворотки (рН 3,9, РВ 10,8 %, СВ 25, NH₂ 0,23 %) в количестве 0,05 % по аминному азоту вместо кукурузного экстракта способ­ствует повышению накопления лизина на 67 %, при этом сокращает­ся расход мелассы за счет молочного сахара, содержащегося в сыво­ротке.

В качестве стимулятора роста культур - продуцентов лизина возможно использование водорослей Fucus vusiculosus, в которых содержатся ростовые вещества группы В по классификации Н. Вильсо­на и В. Гартелиуса. Выход лизина при введении в питательную среду экстракта высушенных и размолотых водорослей увеличивается на 40-50 %.

В нашей стране разработана новая комплексная технологическая схема производства ферментного препарата глюкоамилазы при глу­бинном культивировании гриба Asp. awamoriF-122, отходы производ­ства которого используются в качестве питательной среды для произ­водства L-лизина: ультрафильтрат (источник углерода, азота и неор­ганических солей) и мицелий Asp. awamoriF-122 (источник органичес­кого азота). Ультрафильтрат после концентрирования ферментного раствора в количестве 964 л на 1 м³ раствора, поступающего на кон­центрирование, ранее сливался в канализацию, а биомасса (мицелий) направлялась на отвал. Состав ультрафильтрата следующий (в %): СВ 5,5-6, РВ 4-4,5, общий азот 0,18-0,2, аминный азот 0,03-0,04. Содер­жание сырого протеина 11 г/л. В биомассе, которая образуется в коли­честве 200-250 кг на 1 м³ культуральной жидкости (при влажности 70 %), содержится до 5 % белка, 0,4-0,5 углеводов, 0,15-0,25 % амино­кислот в большом ассортименте. Культивирование продуцентов лизина Согуn. glutamicum Т-3 и Brevibacteriumsp. 22L проводят на пи­тательных средах, приготовленных на основе стерильного ультрафиль­трата с рН 7-7,4, содержанием cахаров 8-12 %, аминного азота 0,08-0,1, общего азота 0,4-0,6 %. Туда же добавляют 2-3 % (по сухой массе) экстракта мицелия Asp. awamoriF-122. Выход лизина через 48-50 ч культивирования на такой среде 40-45 г/л.

Обычно питательную среду готовят и стерилизуют в две стадии с учетом свойств компонентов, входящих в ее состав. Стадия подготов­ки и стерилизации среды состоит из смешивания компонентов пита­тельной среды в определенной пропорции с помощью специальных дозаторов в реакторе, растворения солей при перемешивании, нагрева до температуры стерилизации, выдержки при этой температуре и охлаждения до температуры, при которой проводится культивирова­ние продуцента лизина.

В производстве лизина используют мелассу, содержащую термо­лабильный компонент - сахарозу. Поэтому ее стерилизуют отдельно. В реактор, снабженный мешалкой, подают мелассу, нагревают при пос­тоянном перемешивании до температуры 80 °С, разбавляют водой сог­ласно имеющейся рецептуре, затем быстро разогревают глухим паром до температуры 120-122 °С в специальном аппарате и выдерживают при этой температуре определенное время, необходимое для полной гибели микрофлоры. Остальные компоненты среды смешивают также в реакторе с мешалкой и растворяют в воде с подогревом, нагревают в специальном аппарате до температуры стерилизации, выдерживаютпри этой температуре и охлаждают. Длительность, стерилизации при этом значительно меньше, но температура выше.

Пеногаситель часто стерилизуют отдельно, особенно в том случае, когда им является масло или жир. Режимы стерилизации (температура и длительность) при обработке пеногасителя более жесткие, чем это принято для стерилизации любых питательных сред.

--> ЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ <--