ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 17.07.2019
Просмотров: 1189
Скачиваний: 4
1. Фізичні
1.1Температура
1.2Тиск
1.3Вакуум
1.4Потужність
1.5Швидкість обертання мішалки
1.6Швидкість використання газу
1.7Швидкість використання рідини
1.8Швидкість використання твердої речовини
1.9В’язкість рідини
1.10 Щільність рідини
1.11 Об’єм біореактору
1.12 Висота рідини у апараті
1.13 Оптична щільність рідини
1.14 Відносна вологість
2. Біофізичні параметри
2.1рН
2.2еН
2.3рО2
2.4 рСО2
2.5Концентрація вуглеводів (глюкоза)
2.6Вміст загального азоту
2.7Вміст амінного азоту
2.8Вміст амінокислот
2.9Концентрація мікроорганізмів
2.10 Інтенсивність піноутворення
Піноутворення та піногасіння.
Піноутворення під час глибинного культивування мікроорганізмів та клітин тварин пов’язано з:
Ø Гідродинамічними умовами культивування
Ø Введенням газової фази
Ø Вмістом поживних субстратів, солей, продуктів метаболізму
Ø ПАР, що стабілізують плівки пухирців піни.
Піна призводить:
Ø Утворення великої поверхні масообміну - це позитив.
Ø Ускладнює максимальне використання ємкості біореактору і може призвести до викиду з реактора надмірної піни з вмістимим – це негатив.
Стадії утворення піни:
При введенні у культуральну рідину пухирців газу на поверхні розділу з культуральною рідиною починається адсорбція ПАР Кожен пухирець піднімається на поверхню розчину, при цьому утворюється напівсферичний купол, якій є рідкою плівкою з двох адсорбційних шарів ПАР і внутрішнього прошарку розчину. Адсорбційні шари ПАР забезпечують тривале існування плівок. Збільшення числа пухирців на поверхні розчину призводить до їх зближення і деформації. На поверхні розчину утворюється моно шар газових пухирців, потім полі шар, що призводить до утворення обємної піни. Утворюється так звана поліедрична піна.
Основні параметри поліедричної піни:
Ø Кратність
Ø Дисперсність
Ø Стійкість – здатність зберігати незмінними у часі основні параметри - дисперсність пухирців, вміст рідини, об’єм піни (висота пінного стовбура).
Методи піногасіння:
Процеси глибинного культивування мікроорганізмів і клітин у високопоживних середовищах супроводжується інтенсивним піноутворенням. Для піно регулювання під час культивування та попередження викиду піни з біореактору використовують різні методи:
1. Дія на піну фізико-хімічних засобів (використання середовищ з низькою піноутворюючою здатністю; додавання ПАР, які зменшують міцність плівок; речовини, які зв’язують піноутворювачі у поверхнево-неактивні комплекси).
2. Руйнування піни механічними, гідро- та аеродинамічними методами (ударна дія твердих поверхонь; струмені рідини чи газу; сепарування піни; різка зміна тиску газу у піні; руйнування піни потоками рідини, що перемішується).
3. Фізичні методи піногасіння (ультразвук, термічне гасіння гострим паром, електропіногасіння).
4. Стабілізація рівня піни шляхом тимчасового зменшення повітря, припинення перемішування, відбір надлишку піни.
5. Комбіновані методи.
У біопромисловості використовуються переважно хімічні і механічні методи.
Антипіноутворювачі розрізняють ті, що гасять піну і ті що попереджують утворення піни.
Хімічні піногасники є більш поверхнево-активними ніж піноутворювач, тому вони замінюють останній шар поверхневого шару пухирців піни. Стінки пухирців витончуються і лопають. При додаванні великої кількості ПАР ефект піногасіння губиться, емульсії стабілізуються.
Синтетичні піногасники це ПАР з гідрофільною групою (кремнійорганічні полімери – силоксани, чотирьохзаміщені амонієві основи, складні ефіри, спирти).
Хімічні піногасники, хоча і є ефективними, викликають негативні побічні явища, тому їх слід використовувати у мінімальних кількостях і намагатися руйнувати піну механічними методами.
Використовують вмонтовані та виносні механічні піногасники. Механічні піногасники складаються з робочого органу та камери навколо нього. Робочий орган розміщують на одному валу з мішалкою для одночасного піногасіння та попередження утворення воронки.
БІОТЕХНОЛОГІЯ АНТИБІОТИКІВ
2. Основні відомості про антибіотики
3. Відбір мікроорганізмів – продуцентів
4. Технологія виробництва препаратів антибіотиків
5. Промислове виробництво гентаміцина сульфату
6. Технологія отримання препаратів тетрацикліну
Якщо першість у спасінні людства належить вакцинопрофілактиці, тоді антибіотикотерапії належить почесне друге місце. Традиційне уявлення про антибіотики пов’язано з широким застосуванням цих препаратів у медицині, ветеринарії та інших галузях народного господарства. Парадоксально, проте «антибіотик», що дослівно значить проти життя, асоціюється з життям.
Термін «антибіотик» був запропонований задовго до створення першого лікарського засобу під цією назвою, у 1889 році дослідником Вюіменом А., якій запропонував так називати речовину, що виділяється у процесі антагонізму.
Серед дослідників, що звернули увагу на цей процес та механізм дії речовин одних мікроорганізмів, які обумовлювали пригнічення інших, були:
Ø Манассеия В. та Полотебнов А.- відмітили затримку росту деяких збудників шкірних інфекцій під впливом грибів роду Penicillium ;
Ø Мечников І.І – можливість використання сапрофітів у боротьбі з патогенними мікроорганізмами;
Ø Госсіо Е. (1896) виділив з культуральної рідини Penicillium мікофенолову кислоту, що пригнічувала ріст Bacillus anthra с is .
Ø Еммерих Р. та Лоу О. (1899) виділили антибіотичну речовину з Pseudomonas pyocyanea , яку застосовували як місцевий антисептик;
Ø Blak O . and Alsherg U . (1910-13) виділили з гриба роду Penicillium пеніцилову кислоту.
Ø Флемінг О. (1929) звернув увагу на те, що ріст культури стафілококу пригнічується плісеннюPenicillium .
Не дивлячись на те, що речовина, яку назвали пеніцилін, була виділена та досліджена у 1929 році, отримати кристалічний порошок вдалося лише у 1940 році Флори Г. та співробітникам.
Паралельно розробкам Флорі та Чейна, у Радянському Союзі аналогічні дослідження проводилися колективом науковців під керівництвом Ермольєвої З.В., які успішно отримали аналог пеніциліну – крустозин. І американський препарат пеніцилін і радянський крустозин розпочали еру масштабного спасіння людства від важких інфекцій.
На сьогодні антибіотики посідають перше місце серед усіх препаратів фармацевтичної промисловості.
ОСНОВНІ ВІДОМОСТІ ПРО АНТИБІОТИКИ
Антибіотики (гр. а nti проти, bios - життя )- специфічні речовини життєдіяльності ряду мікроорганізмів (бактерій, актиноміцетів, плісеневих грибів), рослин або тваринних тканин, які пригнічують ріст та розвиток багатьох мікроорганізмів або призводять до загибелі окремих. Деякі антибіотики володіють протипухлинною дією. Запропонували Шемякін М.М. та Хохлов А.С. у 1961 р.
Антибіотики це низькомолекулярні речовини, які за походженням відносяться до вторинних метаболітів (ідіолітів) мікроорганізмів, що утворюються в наслідок антагонізму до інших мікроорганізмів. Синтез антибіотиків пов’язаний з певним характером обміну речовин, що виник та закріпився у ході еволюції. Впливаючи на сторонню мікрофлору, антибіотик викликає значні порушення у її розвитку.
На сьогодні відомо близько 6000 антибіотиків та антибіотичних речовин природного походження, але для реалізації на практиці виробляється не більше 150.
За хімічною структурою антибіотики класифікуються як:
Ø Ациклічні (ністатин,кандицин)
Ø Гетероциклічні (гризеофульвін)
-
Макроциклічні (макролідази, еритроміцини антиб і отики зі складною циклічною структурою та бактеріостатичною дією )
Ø Ароматичні (гігроміцин)
Ø Аміноглікозидні ( володіють високою токсичністю. Використовуються для лікування важких інфекцій)
Ø Поліпептази (граміцидін, поліміксин)
Ø Актиноміцети
Ø Стрептоміцини (тетрациклін використовуються для лікування важких інфекцій та володіють бактеріостатичною дією )
Ø Бета-лактамні:
• Пеницилліни ( продукти пл і с е невого грибка Penicillium )
• Цефалоспоріни ( володіють подібною структуро ю з пен і цилл і нами. Використовуються для боротьби з пен і цилл і н стійкими бактер і ям и)
Причини широкого використання антибіотиків пов’язані з тим, що антибіотики це:
Ø незамінні лікарські препарати, що використовують при лікуванні широкого спектру інфекційних хвороб (медицина та ветеринарія);
Ø необхідні речовини для сільського господарства (наприклад стимулятори росту) (різні галузі тваринництва та рослинництва);
Ø неконтрольоване використання антибіотиків призводить до появи антибіотикорезистентних мікроорганізмів і всою чергу вимагає заміни новими антибіотиками (фармація);
Ø речовини, що подовжують термін збереження продуктів харчування (харчові технології);
Ø речовини, вивчення яких спонукає до розвитку хімії природних сполук (органічна хімія);
Ø речовини, які використовуються у процесах вивчення метаболізму,, механізмів синтезу білка, функціонування мембран та інших процесів (молекулярна біологія).
Антибіотики з метою стимуляції росту макроорганізму використовуються у вигляді кормових препаратів. Такі препарати застосовують у неочищеному вигляді та являють собою біомасу продуцента, яка містить окрім чистої субстанції антибіотичної речовини ще і амінокислоти, ферменти, вітаміни групи В інші біологічно активні сполуки.
Антибіотики застосовуються як лікувальні препарати також у рослинництві. Серед таких препаратів можна виділити фітобактеріоміцин, трихотецин та полімицин. Джерела зараження рослин фітопатогенними мікроорганізмами є різні. Дія антибіотичної речовини полягає у затримці росту або загибелі фітопатогенної мікрофлори, яка знаходиться у насінні та вегетуючих органах рослин. Такі антибактеріальні речовини повинні бути:
Ø високоактивними проти збудника у навколишньому середовищі
Ø нешкідливими для рослин у запропонованих лікувальних дозах;
Ø здатними зберігати антибіотичну активність на протязі певного часу
Ø легко проникати у відповідні тканини.
ВІДБІР МІКРООРГАНІЗМІВ – ПРОДУЦЕНТІВ.
Основою сучасного біотехнологічного виробництва є мікробіологічний синтез, головною ланкою якого є клітина.
Основними продуцентами антибіотиків є актиноміцети, плісені, бактерії. Відбирають зразки з місцевості, де вірогідність продуцента найбільша. Зразки ґрунту (сотні) висушують до сухого стану (дисперсний пил) та висівають на спеціальні поживні середовища.
Наприклад, середовища для виділення основних продуцентів антибіотиків – актиноміцетів (середовище Чапека, агаризована витяжка грунту), використовують синтетичні поживні середовища, у яких джерелом вуглецю є крохмаль або гліцерин. У таких середовищах ріст інших мікроорганізмів пригнічується. Для кращого росту грибів вносять речовини, що підкислюють середовище.
Так отримують накопичувальні середовища мікроорганізмів.
Наступний етап – виділення чистих культур. Використовують щільні поживні середовища, на які засівають зразки з накопичувальних культур. Окремі клітини утворюють ізольовані колонії з яких отримують чисті культури.
Другий шлях. Мікроорганізми можна отримувати з колекцій мікроорганізмів. При цьому користуються знаннями фізіології та біохімії різних мікроорганізмів. Так, якщо ми знаємо, що продуценти антибіотиків частіше всього знаходять серед актиноміцетів, будемо шукати серед виділених та вивчених штамів у музеях мікроорганізмів.
Виділення культури мікроорганізмів-антагонистів вивчають за вмістом у них антибіотичних речовин. Якщо виявляють новий антибіотик, тоді спочатку виділяють його, очищують, визначають токсичність та хіміко-терапевтичні властивості на тваринах.
До основних продуцентів антибіотиків відносяться:
Ø Micromonospora purpurea var . violacca штам ВНІІ-7 R
Ø Penicillium crustosum
Ø Streptomyces griseus
Ø Actinomyces aurefasiens , Actinomyces rimosus
Ø Trichothecium roseum
Не зважаючи на те, що практично всі відомі антибіотики мають розшифровану хімічну будову їх молекул, хімічний синтез є надзвичайно дорогим та складним процесом отримання останніх. Тому мікробний синтез залишається основною технологією отримання антибіотиків.
Культивування є основною стадією технологічного процесу мікробного синтезу. Воно визначає кількісні та якісні характеристики виробництва біопрепаратів.
Під час культивування отримують 1. біомасу та 2. продукти метаболізму, які накопичуються у середині клітини та у культуральній рідині.
Поверхневе культивування –. відбувається у кюветах, які виготовлені з оцинкованої жесті або нержавіючої сталі з перфорованим дном. Заповнені поживним середовищем кювети розміщують на етажерках з невеликим нахилом. Кювети об’єднують у касети. Цей спосіб не є ефективним і використовується у разі відсутності альтернативного способу культивування.
Глибинне культивування - більш ефективний вид ферментації, дозволяє виробляти на одиницю часу та об’єму більшу кількість цільового продукту.
ТЕХНОЛОГІЯ ВИРОБНИЦТВА ПРЕПАРАТІВ АНТИБІОТИКІВ
Технологія виготовлення будь яких антибіотиків немедичного призначення (окрім антибіотиків, що використовуються у харчовій галузі) будується за єдиною системою, яка використовує усі стадії асептичного культивування, попередню обробку культуральної рідини, її вакуум-упарювання, сушку та стандартизацію готового препарату.
Динаміка накопичення антибіотика у культуральній рідині має типовий вид залежності, що характерний для біосинтезу вторинних метаболітів – максимум утворення біомаси з наступним максимумом синтезу антибіотиків. Тому на перших етапах культивування метою виробництва є накопичення необхідної кількості біомаси (при повній відсутності антибіотику). Біосинтез антибіотика відбувається на другій стадії культивування у основних ферментерах і займає часу у двічі більше ніж накопичення біомаси.
ПРОМИСЛОВЕ ВИРОБНИЦТВО ГЕНТАМІЦИНА СУЛЬФАТУ
Гентаміцина сульфат – це антибіотик, що відноситься до групи аміноглікозидів, пригнічує розвиток грам негативних та грам позитивних бактерій, не діє на гриби. Ефективний для лікування інфекцій сечостатевої системи, респіраторних та шлунково-кишкових захворювань.
Продуцентом гентаміцину є Micromonospora purpurea . Штам ВНІІ-7 R , що спочатку вирощується лабораторних умовах на агаризованому середовище Гаузе-1. Підготовка посівного матеріалу дуже відповідальна операція усхемі отримання гентаміцину.
При отриманні вегетативного матеріалу другої генерації використовують вегетативний посівний матеріал першої генерації за умов дотримання певним вимогам: