Подготовка воздуха

Одной из важных задач биотехнологии является получение большого количества стерильного воздуха. В наибольших масштабах стерильный воздух применяется в процес­сах культивирования для аэрации. Его также используют для венти­ляции участков цехов так называемой стерильной зоны, где в асептических условиях проводят, например, последние стадии очистки и фасовки готового продукта. В атмосферном воздухе, наряду с инертными газами, азотом, кислородом, диоксидом углерода, со­держатся пары воды и мелкодисперсные частицы. В состав дисперсных частиц, наряду с частицами пыли, копоти, входят клетки и споры микроорганизмов как в свободном, так и в сорбированном на пылевых частицах виде.

Температура и влажность наружного воздуха, количество в нем пылинок и микроорганизмов непостоянны и зависят от времен года (микроорганизмов летом в 10 раз больше, чем зимой), погодных условий - наибольшее количество пыли и, соответствено микроорганизмов приходится на сухую ветреную погоду, геогра- фического расположения предприятия, высоты забора воздуха т. д. Особенно много микробов у поверхности земли, с высотой концентрация их убывает и становится постоянной на уровне около 30 м над землей.

Очистку воздуха можно осуществить принципиально разными методами, основаными либо на уничтожении микроорганизмов, либо на удалении их. Одним из самых эффективных способов стерилизации воздуха, является облучение ультрафиолетовыми лучами. Этот метод используется для обеззараживания воздуха в боксах и технологических помещениях .

Отечественным и зарубежным опытом показано, что технически и эконо-мически оправданным в промышленности является способ очистки больших количеств воздуха на фильтрах с помощью волокнистых и пористых материалов. Таким путем удается получить воздух со степе чистоты 99,9999%. Взвешенные в воздухе частицы задерживаются волокнистым материалом благодаря инерционному и диффузионному механизмам осаждения. В общих чертах механизм инерционного осаждения основан на том, что когда воздушный начинает обтекать нить волокна на своем пути, взвешенные в этом потоке частицы движутся по инерции, отклоняются от потока воздуха и осаждаются на волокне. Эффект инерционного осаждения высок на сравнительно грубых волокнах для относительно крупных частиц и высоких скоростей воздуха. Малые частицы способны к броуновскому движению. Движущиеся вблизи волокна частицы диффундируют в случайных направлениях и могут задерживаться на поверхности волокон. Этот эффект осаждения увеличивается с уменьшением диаметра частицы, диаметра волокна и скорости воздуха.

Если очищенный воздух используют в процессе поверхностного культивирования то он должен быть дополнительно кондиционирован до необходимой температуры и влажности.

Подготовка и наработка продуцента.

Современные биотехнологические процессы характеризуются использованием аппаратов – ферментеров большого объема (50-500 м³). Запуск процесса культивирования и выведение его на рабочий режим (достижение оптимальной плотности клеточной культуры) является одной из самых сложных и длительных процедур. Часто процесс приходится останавливать в самый последний момент и начинать все сначала из-за попадания в аппарат посторонней микрофлоры или потери клетками, по разным причинам, частично или полностью своих продуктивных свойств. Поэтому приготовления посевного материала является одним из самых сложных, длительных и ответственных этапов всего процесса.

Для любого микробиологического производства всегда необходима исходная культура продуцента, которая, как правило, не отличается высокой стабильностью при хранении. Поэтому, обычно, предприятие один раз в 2-3 месяца получает чистую культуру в количестве 3 пробирок из специальной лаборатории профильной фирмы или НИИ, либо в условиях собственной заводской лаборатории организует ее хранение и контроль микробиологической чистоты используемого штамма. При этом обычно одну пробирку с исходным продуцентом используют на размножение исходного штамма, вторую используют для организации микробиологического контроля за исходным штаммом-продуцентом, третью оставляют в резерве.

Объем пробирки и количество клеток микроорганизма в ней ничтожно мало по сравнению с объемом ферментера и поэтому прямой пересев культуры потребует очень длительного времени, пока не будет достигнута необходимая плотность культуры во всем аппарате. С целью сокращения времени на запуск процесса в производственных условиях наработку необходимого количества биомассы осуществляют, как правило, в несколько стадий (не более 4-х) в специальных аппаратах.

Подготовку биообъектов проводят согласно прилагаемым к регламентам инструкциям. В этих целях исходный штамм микроорганизма или споровый материал (для грибов или актиномицетов), сохраняемый в условиях, близких к анабиозу или анабиоза (высушенным в стерильной почве, песке, на пшене, путем лиофилизации, или сублимационной сушки), оживляют после добавления стерильной жидкой питательной среды с последующим высевом на уплотненную питательную среду (агар). Убедившись в подлинности и чистоте культуры (культура называется чистой, если родительские и дочерние клетки в ней практически неразличимы и между ними нельзя установить родственные связи), операции по пересеву штамма на богатую питательными веществами среду возрастающих объемов (или площади) повторяют несколько раз в асептических условиях, переходя от пробирок к колбам различного объема, помещаемым на качалочные устройства (шюттель-аппараты).

Окончательную наработку биообъекта осуществляют в цехе, используя небольшие ферментаторы-инокуляторы (1-2 стадии), в которых наращивают посевной материал для промышленных ферментаций в количестве 5-20% от объема питательной среды в основном аппарате. При этом одноклеточные культуры чаще доводят до середины-окончания Log-фазы, что позволяет сильно сократить время адаптации клеток (Lag-фазу) при переносе их на питательную среду в производственный ферментер.

По своей конструкции и технологической оснастке инокулятор для аэробных микроорганизмов аналогичен основному ферментеру и снабжен системами аэрирования, перемешивания, термостатирования. В инокуляторах, как и в промышленных ферментерах целесообразно поддерживать незначительное избыточное давление воздуха, когда случайные утечки будут происходить только в направлении из системы, а не наоборот, что значительно облегчает поддержание асептических условий.