Приготовление и стерилизации питательных сред

В промышленных условиях питательные среды обычно готовят в отдельном цехе, обеспечивающем потребности всех основных цехов завода. Для приготовления питательных сред используют деминерализованную воду. Среды готовят в емкостях, снабженных механическими мешалками, добавляя в определенной последовательности растворимые компоненты (соевая мука, кукурузная мука, мел). При необходимости отдельные компоненты подвергают дополнительной работке: измельчению, просеиванию, отвариванию, экстрагированию и т.д.; крахмалосодержащее сырье стерилизуют. Для лучшего растворения компонентов среду нагревают до 70-80°С острым паром.

При приготовлении питательных сред для глубинного культивирования особое внимание уделяют тщательной гомогенизации компонентов сред. Твердые частицы нерастворимых компонентов должны быть достаточно мелкими, это облегчает их потребление микроорганизмами и обеспечивает надежность стерилизации, т.к. крупные частицы медленнее прогреваются, резко повышается вероятность сохранения в них посторонней микрофлоры, особенно при непрерывной стерилизации.

Приготовленную питательную среду передают в цех культивирования, стерилизуют в установках непрерывной стерилизации (УНС) и заполняют его предварительно простерилизованные реакторы. В некоторых случаях среду стерилизуют непосредственно в биореакторе (обычно при небольших объемах среды). Биореактор заполняют на 0,7 его объема. Перед началом культивирования берут пробы среды с целью определения качества стерилизации. Это достигается путем высева из отобранных проб на МПБ, МПА, агар Сабуро или Чапека.

 

Биореакторы

Основным оборудованием для глубинного культивирования микроорганизмов является биореактор. Определение данного оборудования как биореактор больше соответствует его функциональному назначению - осуществление процессов биосинтеза. Основной функцией биореакторов является обеспечение условий для роста микроорганизмов, клеток животных и вирусов в заданных условиях. Следовательно, основной задачей при использовании биореакторов является обеспечение его надежности при культивировании в течение периода от нескольких часов до многих дней.

Конструкции биореакторов различны. Рабочий объем биореактора обычно не превышает 0,7 общего объема. Свободное пространство над поверхностью раствора используется как буферное, где накапливается пена и таким образом предотвращается потеря культуральной жидкости. Исследования показали, что в пенящейся жидкости условия аэрации лучше, чем в плотных растворах, при условии непрерывного перемешивания и циркуляции слоя пены, те при исключении длительного нахождения микроорганизмов вне культуральной жидкости.

Тип биореактора, металл и другие материалы, из которых он изготовлен, чистота обработки внутренних стенок аппарата и отдельных его узлов, емкость, коэффициент заполнения, поверхность теплопередачи и способ отвода тепла, тип перемешивающего и аэрирующего устройства, арматура и запорные приспособления, способ пеногашения, средства автоматизации технологических параметров процесса - вот далеко не полный перечень отдельных элементов, которые в отдельности и во взаимосвязи влияют на процесс культивирования микроорганизмов и клеток.

Хотя конструкция биореакторов для глубинного культивирования микроорганизмов и не поддается шаблону, однако можно предварительно сформулировать ряд следующих основных требований к аппаратам подобного типа:

- гомогенность культуральной среды;

- оптимальные массо- и теплообменные характеристики по потреблению питательных веществ и отводу продуктов метаболизма;

- обеспечение стерильности посева, взятия проб и процесса культивирования;

- простота наладки и обслуживания;

- стандартность блоков оборудования для культивирования;

- возможность осуществления масштабного перехода;

- возможность автоматического контроля и регулирования основных параметров культивирования.

В поисках оптимальной конструкции биореактора часто нецелесообразно останавливаться на наиболее дешевой, можно работать и на простом оборудовании, но необходимо иметь в виду, что на нем нельзя получить необходимой информации и высоких результатов.

При выборе конструкции посевного биореактора (инокулятора) следует учитывать некоторые технические требования:

- инокулятор должен быть максимально простым по конструкции и с минимальным числом штуцеров и передаточных устройств;

- в инокуляторе необходимо обеспечить оптимальные гидродинамические и массобменные условия.

Биореакторы изготавливают из высоколегированных марок сталей. Внутренняя поверхность биореактора для глубинного культивирования микроорганизмов должна быть отполирована.

Биореакторы должны быть достаточно простыми в обслуживании: работа отдельных узлов необходимо контролировать. Должны регулироваться отдельные физико-химические параметры культивирования (температура стерилизации и культивирования, рН, еН, рОг рС0₂, скорость вращения мешалки, давление, расход воздуха или газов на аэрацию, пенообразование). Соответствующая гидродинамическая обстановка в биореакторе, а следовательно и процессы тепло- и массообмена, поддерживаются с помощью специальной конструкции перемешивающих устройств, диспергаторов газа (барботеры) и наличия отражательных перегородок (отбойников). Кроме того, важное значение (особенно при масштабировании культивирования) имеют геометрические соотношения отдельных элементов биореактора.

В лабораторных и пилотных установках для глубинного культивирования часто корпус изготавливают из термостойкого и нейтрального стекла, а крышку - из нержавеющей стали с вводом через нее перемешивающего устройства, патрубков и датчиков.

Более подробно рассмотрим характеристики биореакторов, функционирующих с жидкой и газовой фазой, с механическим и барботажным диспергированием, которые часто используют для глубинного культивирования микроорганизмов при производстве биопрепаратов.