Tápanyag
A mikroorganizmusok gyors növekedését és a különböző biológiailag aktív anyagok maximális szintézisét befolyásoló egyik fő tényező a tápanyag. A tápközeg kiválasztásakor figyelembe kell vennie annak hasznosságát, vagyis egy ésszerű és kiegyensúlyozott, különböző tápanyagvegyületeket, amelyek ahhoz szükségesek, hogy a mikroorganizmus növekvő sejtet hozzon létre és szintetizálja a végterméket.
A mikroorganizmusok normális növekedéséhez és fejlődéséhez a tápközegben minden olyan elem, amelyből a sejt formái jelen vannak. Sok mikroorganizmusnak számos további feltételre van szüksége a tápközeg növekedéséhez: bizonyos koncentrációjú hidrogénionok, a tápközeg oxidációs redukciós potenciálja, különböző ionok szükséges aránya. Néhány örökletes tulajdonságú (auxotróf mutáns) mikroorganizmusoknak külön növekedési faktorokra van szükségük, amelyeket maguk nem tudnak szintetizálni: aminosavakat, purinokat, vitaminokat stb.
Mikrobiológiai szintézis termékek előállításához a mikroorganizmus-termelőtől és a gyártási technológiától függően kiváló összetételű tápközegeket használnak. Egy technológiai folyamatban a különböző összetételű tápközegek felhasználhatók a vetőmag termesztésére és szaporítására, valamint a termesztés szakaszára.
A tápközeg fő összetevői szén- és nitrogénforrások.
Széntartalmú nyersanyagok
A legkülönfélébb széntartalmú nyersanyagok a szénhidrátok. A szénhidrátok a tápközeg egyik legfontosabb összetevõi a mikroorganizmusok termesztéséhez. Ők arra használják, hogy szintetizálják a sejtszerkezeteket, és egyúttal energiaforrásként szolgálnak. Ipari bioszintézis esetén leggyakrabban glükóz vagy keményítő. A tenyésztőközegben bevittük a technikai glükózt vagy az anyalúgot (hidrolit), amely a kristályos glükóz izolálása után marad. A hidrolit kb. 50% redukáló cukrot tartalmaz (glükóz tekintetében).
A technikai termékeknek a közegbe történő bevezetésekor mennyiségüket a redukáló anyagok tartalmából számítják ki a tiszta szénhidrátok tekintetében. Így különösen a mezőgazdasági nyersanyagok feldolgozásának különböző hulladékai (napraforgó héjak, kukoricacsíra, faforgács stb.) Hidrolizátumok közegében jönnek be.
Keményítő, a 96-97,5% poliszacharidokat, amelyek alkotják a savas hidrolízis glükóz, is használható a mikroorganizmusok, amelyek képesek bioszintézisének amilolitikus enzimek.
Nitrogéntartalmú nyersanyagok
Számos biológiailag aktív anyag bioszintézisét komplex, és gyakran instabil kémiai összetétel tápközegén végezzük. A bennük különböző nitrogénforrások képviseltethetők fehérjékkel, peptidekkel vagy szabad aminosavakkal. Az ipari fermentáció kukorica kivonatot, szójalisztet vagy élesztőhidrolizátumokat használ. A kukorica kivonat tartalmazza az aminosavak egész komplexét, de mennyiségi összetétele jelentősen eltérhet a tételtől a tételig. A kukoricakivonat hozzávetőleges kémiai és aminosav-összetételét az alábbiakban mutatjuk be.
A fehérjeanyagok szója lisztben gazdagok. Mint a kukorica kivonat, az összes közös aminosavat tartalmazza, azonban leginkább fehérjékhez kötött. Amikor értékelésekor természetes anyagok (szójaliszt, kukoricalekvár, és így tovább. P.) Ahhoz, figyelembe kell venni, hogy azok hatását a irányított folyamatot mikroorganizmus anyagcsere miatt nem csak a jelenléte fehérjék és aminosavak, hanem a jelenléte velük együtt szénhidrátok, nukleinsavak, zsírok , mikroelemek, szerves savak és egyéb vegyületek.
Az ásványi nitrogéntartalmú anyagok közül leggyakrabban kénsav, sósav vagy salétromsav ammóniumsói használatosak. Amint a gyakorlat azt mutatja, az ammónium-szulfát alkalmasnak bizonyult számos vegyület bioszintézisére.
Az ammónium-nitrogént tartalmazó anyagokban az ammóniumion egy sav valamely anionjával, például kénsavval vagy foszforsavval kombinálva van. A kénben és a foszforban lévő mikroorganizmusok iránti igény alacsonyabb, mint a nitrogénben, így amikor nitrogént használnak a közegben, az anionok felhalmozódnak és a táptalaj savanyúsága megnő. Ennek elkerülése érdekében a mikroorganizmusok termesztése során krétát adnak a táptalajhoz vagy az alkáliféléket alátámasztják.
A nitrogénforrások bioszintézisre gyakorolt hatása nemcsak a nitrogén forrásától, hanem a közeg összetételétől is függ. Az esszenciális a nitrogénben és a szénben jelenlévő mennyiségek aránya. A dózist az adott kultúra legfontosabb anyagaihoz tartozó optimális koncentráció-határértékeknek megfelelően kell beállítani. Minden gyártó törzs esetében ez az érték más lesz.
A táptalaj előkészítése és sterilizálása
A táptalaj előállításához a cukrokat és sókat előzetesen feloldjuk, az oldhatatlan komponenseket, például a szójalisztet vagy a krétát óvatosan feloldjuk. A keményítőtartalmú nyersanyag elő-zselatinizált. Hogy gyorsítsák fel ezeket a folyamatokat végeznek egy kis kevert reaktorban (reaktorok), majd az oldatokat összekeverjük egy belső keverő-reaktor egy lapos fenekű, ellátva buborékolás eszköz gőzbemenet. Koncentrátum közegben alkotó mintegy egyharmada a kívánt térfogat oldódási és a végső szuszpenziót melegítjük gőzzel 70-80 ° C-on Ezen a hőmérsékleten a közeg termolabile komponensei nem bomlanak. A koncentráltabb közegek előállítása kisebb kapacitású keverők használatát teszi lehetővé.
A tápközeg sikeres sterilizálásához szükséges feltétel a szilárd komponensek alapos homogenizálása. A sterilizálás során lassan felmelegedő nagy részecskék öregedésének időtartamát (sterilizációs hőmérsékleten) kisebb a számítottnál, és bennük megmarad egy idegen mikroflór, amely képes fertőzni a tenyészfolyadékot.
A keverési eljárás vizsgálati eredményei azt mutatják, hogy egy folyadékban lévő anyag oldódási sebessége arányos a keverő egységnyi térfogatú térfogatával. Ennek kapcsán a tápközeg előkészítésére szolgáló reaktorokat kellően erőteljes keverőkkel kell felszerelni, valamint olyan terelőlemezekkel, amelyek nem engedik meg a készülékben a folyadék turbulenciáját és forgását (2.1. Táblázat).
A táblázatban. A 2.1. Ábra bemutatja a keverőberendezések fő típusát és alkalmazási területeit. Összetevők gyártásához használt táptalaj teszi a használata bizonyos típusú keverő eszközök a készülékek előállítására bizonyos típusú nyersanyagok (híg melasz és keményítőelcsirizesedési), és a reaktorban (keverő) a főzés közepes. Ha a közeget sterilizálni kell, ez a művelet végrehajtható a fermentorban. Ebben az esetben a környezetet és a berendezéseket egyszerre sterilizálják (2.1. Ábra).
Az 1. ábrán. A 2.1. Ábra bemutatja a fermentor fűtését és hűtését. Leggyakrabban kombinált fűtést használnak forró gőzzel és inget vagy tekercset használva. A ciklikus sterilizáláshoz általában azt találtuk, hogy a legmegfelelőbb és gazdaságilag előnyösebb a hőmérséklete 121 ° C, amely 100 kPa telített gőznyomásnak felel meg. Normális körülmények között a táptalajt 30-40 perc sterilezési hőmérsékleten tartjuk. A hatalmas fermentorok (63 m3) teljes, fűtési, áztatási és hűtési ciklusa több óra alatt számít (2.2. Ábra).
A berendezésben a táptalaj ciklikus sterilizálásának módszere nagyon egyszerű. Azonban a folyamatos módszerhez képest jelentős hátrányai vannak. Először is, a tápközeg minősége romlik a hosszabb hőhatásnak köszönhetően, mint a folyamatos sterilizálással, amint az az 1. ábrából látható. 2.2. Másodszor, fokozott gőzfogyasztásra van szükség a közeg fűtése közben, és harmadszor, a ciklikus folyamatot nehezebb automatizálni. Ezért jelenleg csak kis térfogatú készülékek közepes sterilizálására használják.
A termikus sterilizáció bizonyos kémiai változásokhoz vezet a tápközeg összetételében. Ezek közül néhányat az instabil bomlásra redukálják a hővegyületekké, ami a mikroorganizmus táplálásához szükséges anyagok elvesztéséhez vezet. Más változásokkal a tápközeg különböző összetevői kölcsönhatásba lépnek, különösen az ammónium- vagy amin-vegyületek és a szénhidrátok között, ami a mikroorganizmusok növekedését gátló termékek keletkezéséhez vezet. A közeg kémiai összetevőinek legnagyobb változása a sterilizációs hőmérsékletnél magasabb hőmérsékleten történik.
Ennek következtében a hatékony sterilizálás minimális környezeti változásokkal kombinálva magasabb hőmérséklet, valamint gyors melegítés és hűtés alkalmazásával érhető el. A ciklikus rendszereket el van látva egy vak gőzzel áthaladó tekercsek vagy egy fűtőköpennyel, és gőz alkalmazásával injektáltuk a fúvókán át a vetés, a levegő és a mintavétel. Ennek eredményeképpen a fermentorhoz csatlakoztatott összes szerelvényt sterilizálják az átadó forró gőzzel. A fűszeres gőzzel történő feldolgozás kondenzáció kialakulásához vezet. E tekintetben figyelembe kell venni a közeg kondenzátummal való hígítását, és megfelelő korrekciót kell végezni az előkészített közeg kezdeti összetételénél. Ezután a sterilizálás végeztével a tápközeg az összes táplálékkomponens szükséges koncentrációjával rendelkezik. Ha a sterilizálás szénhidrátok végre külön-külön, majd hozzáadja azokat a többi aszeptikusan steril közeget előre, lehetőség van arra, hogy megakadályozzák a reakció közötti szénhidrátot és egyéb, a tápközeg összetevőinek komponenseket. Azok a komponensek, amelyek nagyon érzékenyek a hőre, külön is sterilizálhatók. Így sterilezéshez, besugárzás vagy szűrés alkalmazható szűrők alkalmazásával.
Mi már korábban megjegyeztük előnyeit a nagy hőmérsékletű, rövid idejű sterilizálás, mint a vétel, amely lehetővé teszi, hogy minimálisra csökkentsék a romlása tápértékét a környezet csökkentése nélkül a hatékonyságát a sterilizálás önmagában. Ez a technika a leghatékonyabban valósítható meg, folyamatos áramlású sterilizációs rendszer (ábra. 2.3). Közepes készítünk egy külön tartályban 1, 2 szivattyú, majd szivattyúzzák át a berendezést sterilizálás előzetesen sterilizált fermentorba. A folyamatos sterilizálása áll sorba kapcsolt szakaszok (egység): a fűtőelem 3, és a hűvösebb 4 vyderzhivatelya 5. Magasabb hőmérsékletek alkalmazhatók ebben a rendszerben, mint azok, amelyek lehetnek gazdaságos ciklikus sterilizálás. Ennek eredményeként, a hossza a közeg tartja maximális hőmérsékleten élesen csökken, és a fűtési és hűtési időtartam nem haladja meg néhány másodpercig (lásd. Ábra. 2.2).
Egy mentes tápközegben szuszpendált szilárd anyagok, miközben a hőmérsékletet 150-160 ° C-on rendelkezik a pillanatnyi sterilizálás. Ebben az esetben a létrejövő kémiai változások olyan környezetben, amely annyira jelentéktelen, hogy el lehet hanyagolni. Ha a közeg tartalmaz szilárd szuszpendált részecskék, az optimális hőmérséklet a sterilizálási kell egy alacsonyabb érték, mivel időre van szükség a penetráció A hő ilyen részecskék. Ezt az értéket az természete határozza meg a szuszpendált részecskék, és a megengedett minden esetben a változás mértéke a kezdeti táptalaj összetételére. A leggyakoribb ilyen esetekben tekinthető sterilizálási hőmérséklet egyenlő 135 ° C, és időtartama gazdaság 5 és 15 perc alatt. Minden esetben, folyamatos sterilizálási hűtőközeg a hőcserélőkben végezzük lényegében gyűrű alakú cső típusú vagy lemezes típusú ellenáramú, és a fűtés - befecskendezésével gőz.
Különböző típusú szakaszok használjuk a folyamatos sterilizálási rendszer, ábrán látható. 2.4. Gazdaságos gőzfogyasztást lehet elérni többek között a rendszer egy speciális regeneráló lépcsőben előmelegítő hideg steril környezetben. Folyamatos sterilizálás lehetővé teszi, hogy reprodukálja az azonos mértékű kémiai változások a közeg a különböző mértékű termelést. Ezen kívül a cég drámaian csökkent ingadozások a fogyasztás gőz és víz.
Ahhoz, hogy az egyes eszközök sterilizálására a rendszer hatálya alá tartozó különböző technológiai követelményeknek, és attól függően, módja és mértéke a termelés tervezés minden ilyen eszköz lehet eltérő.
A fő követelmény, hogy a fűtőelem - gyors felmelegítés sterilizálási hőmérséklet a legalacsonyabb kiadások gőz.
A fűtőelem (ábra. 2.5) jellemzően oszlopot két csőből. A külső cső burkolat. Gőzt a tetején a 3 belső cső a lamellák, amelyen keresztül a környezetbe kerül, és a 10-15 minden térfogatú felmelegíti. A tápközeg szállítjuk alulról a fúvókán át 4, hevített közeg, hogy a sterilizálási hőmérsékleten megy keresztül a kapcsolat közepes 2. A mozgás miatt előfordul, hogy a jelenléte a menetes csiga útmutató 1. Ha a megállási kondenzátum kisülési oszlopra vezetjük át nyitásakor a csap patrubok5 6. A készülék egyszerű, és a kis méretű, de működését kíséri hidraulikus fúj páralecsapódás és a kondenzátum veszteség.
A tintasugaras fűtő intenzív turbulencia a közeg és a gőz megakadályozza a hidraulikus sokkok és ülepedését.
A fő követelmény, hogy vyderzhivatelyu - állandóság tartózkodás időtartama ott minden egyes közeg térfogatát egy bizonyos hőmérsékleten sterilizálás. Ahhoz, hogy támasztás időtartama állandó volt, nem steril környezetben a készülékbe belépő nem keverhető steril közegben kilépés abból. Más szóval, vyderzhivatel kell dolgozni alapján a teljes csere. Ábra. 2.6 ábra egy csőszerű vyderzhivatel (sterilizáló). Meg van egy bemeneti csatlakozó 1 és a következő három cső 2, sorba kapcsolt átmeneti szerelvények 3. A kimeneti cső telepített nyomásszabályozó 5 összhangban vyderzhivatele sterilizálási hőmérséklet. Vyderzhivatel szerelve egy nyomásmérővel 4, és a hőmérőt 6. ürítőcső 7 biztosított dugók.
Hűtőszekrény - a legtöbb terjedelmes és költséges berendezés folyamatos sterilizálási rendszert. Hőmérsékletét a kívánt szinten csapvízzel, amely kering a kabát, ezért legcsekélyebb megsértése tömítő fal, amelyen keresztül hőátadás történik, fertőzést okozhatnak a tápközeg.
Jól lezárva megőrizve sterilitás össze egy iker-csöves hőcserélő (cső a csőben típusú) hegesztett szerkezet (ábra. 2.7). A nagyobb garancia a tömítő közeget vezetik keresztül egy belső csövet a hőcserélő. Plate-típusú hőcserélő ellentétben a kettős cső sokkal kompaktabb. Azt is jó vízállóság magas hőátadási tényező együtt van egy nagy hőcserélő felület térfogategységenként.