1.5. Получение товарных форм препаратов

Последней стадией технологического цикла в микробиологическом синтезе является получение товарной формы продукта. В зависимости от принятых на предыдущей стадии решений, товарные формы представляют собой либо сложную смесь, содержащую среди прочих некоторое количество основного вещества, определяемое техническими условиями или ГОСТ, либо достаточно высоко очищенный препарат.

Стадия фасовки препаратов кормового и технического назначения заключается в помещении их в тару, размеры и тип которой определяются потребностями заказчика и свойствами продукта.

Для препаратов медицинского назначения стадия упаковки усложняется тем, что препараты должны иметь высокую степень чистоты и очень часто абсолютную стерильность. Это заставляет использовать специальную технологию, позволяющую стерилизовать вещества и подготовленную для них тару, и произвести ее наполнение и укупорку в асептических условиях. Последнее достигается применением специальных автоматизированных линий фасовки и тщательным химическим и микробиологическим контролем производства.

2.Сырвевая база биотехнологии

Питательные среды для культивирования любого биотехнологического объекта содержат большое количество компонентов, основным из кото­рых считают тот, который является для него источником углерода и энер­гии. Это вещество называют субстратом, а все остальные - компонентами питания, без которых невозможно его нормальное развитие или его био­синтетическая активность.

Питательные среды готовят из различных видов сырья, которые услов­но делятся на две группы: синтетические и комплексные. Первые пред­ставляют собой индивидуальные соединения, для которых известен точ­ный химический состав, например глюкоза, сахароза (сахар), крахмал, этанол, низшие спирты и органические кислоты, углекислота, метан, н-парафины и пр. Вторые - сложную смесь органических веществ, в кото­рой, как правило, известно содержание одного «главного» ингредиента , влияющего на рост или биосинтетическую активность штамма-продуцента. Если первая - это очищенные продукты химической и пище­вой промышленности, то вторая — в основном те же химические соедине­ния, но не очищенные, а присутствующие в отходах пищевых произ­водств, сельского хозяйства, например глюкоза, гидрол, сахароза в мелас­се, аминокислоты в кукурузном экстракте или в белковых гидролизатах разного происхождения и т.д. У таких источников сырья есть только два преимущества. Это относительно низкая цена и наличие в составе росто­вых факторов, например витаминов, необходимых для нормального разви­тия штамма-продуцента и др. соединений, влияющих на рост и активность производственной культуры. В остальном им присущи только недостатки. Выпускаемые в жидком виде, они обсеменяются посторонней микрофло­рой, что требует сокращения времени их доставки и хранения. Наличие в них воды (не менее 50%) ведет к увеличению транспортных затрат. В су­хом виде - это, как правило, гигроскопичные продукты, требующие соответствующей упаковки и соответствующих условий их хранения на скла­де. При поступлении на биотехнологическое производство они подлежат обязательному для сырья входному контролю не только согласно паспорту (сертификату) изготовителя, но и микробиологическому и биохимическо­му контролю потребителем. Однако низкая стоимость таких источников сырья по-прежнему привлекает внимание многих потребителей как в России, так и за рубежом. Здесь также не следует забывать и о том, что отказ от их использования в сельском хозяйстве может привести к ослож­нению экологической обстановки в регионах, где эти отходы образуются.

В данной главе мы кратко охарактеризует основные источники сырья, используемые в биотехнологии.

Гидролизаты растительного сырья

Гидролизаты растительного сырья - это растворы Сахаров в виде смеси гексоз и пентоз, т.е. углеводов, содержащих соответственно 6 и 5 атомов углерода, образующиеся при кислотном гидролизе древесины, подсолнеч­ной и хлопковой шелухи, кукурузной кочерыжки, ботвы и т.п.

Гидролиз проводят разбавленной до 0.5% серной кислотой при повышен­ном давлении и температуре (160-170°С) в течение 2.5 часов. При гидро­лизе горячая серная кислота протекает через слой неподвижной твердой фазы (измельченного растительного сырья). В дальнейшем полученные гидролизаты очищают от вредных примесей, прежде всего содержащих фурфурол и его производные. Избыток серной кислоты удаляют в виде гипса фильтрованием после нейтрализации гидролизата известковым мо­локом.

Основной летучей примесью в растительных гидролизатах является фурфурол. Он подавляет обмен веществ у микроорганизмов и замедляет их рост уже при концентрациях 0.02%. Поэтому из гидр'олизатов расти­тельного сырья сначала обязательно выделяют фурфурол. Для этого гид­ролизаты охлаждают до температуры 30-35°С в вакуум-охладительной ус­тановке. При этом летучие компоненты гидролизата конденсируются и далее в зависимости от количества фракции образовавшегося фурфурола поступают в цех по переработке летучих соединений в товарный продукт.

Гидролизаты торфа считаются перспективными источниками сырья для получения кормовых дрожжей. При этом наибольшее значение имеет вер­ховой торф, содержащий в своем составе до 50% полисахаридов.

Гидролиз торфа проводят разбавленной серной кислотой (0.5-0.7%) при температуре 160-170 С.

Торф, содержащий значительные количества азота и фосфора в легко­усвояемой форме, после предварительной подготовки может служить хо­рошим сырьем для производства кормовых дрожжей.

Сульфитный щелок - отход целлюлозо-бумажной промышленности. В современном производстве бумаги, осуществляемом на целлюлозо-бумажных комбинатах, образуются промышленные стоки в виде предгидролизатрв и сульфитного' щелока. Первичная обработка древесной щепы горячей водой удаляет из нее гемицеллюлозы. Их основу составляют при­родные полисахариды, построенные из остатков ксилозы и глюкозы с мо­лекулярной массой 10-40 тыс. При этом отщепляются содержащиеся в древесине ацетатные группы, образующие уксусную кислоту, которая в дальнейшем играет роль кислотного катализатора. Последний способству­ет протеканию частичного гидролиза гемицеллюлоз и накоплению в вод­ном растворе гексоз и пентоз. При варке целлюлозы из 1 т перерабатывае­мой древесины образуется до 6 м³ такого вида предгидролизатов, которые после предварительной подготовки могут быть использованы для культи­вирования дрожжей p. Candida -~ продуцентов кормового белка.

Для выделения целлюлозы как основы для производства бумаги из древесины широкое распространение получил сульфитный метод, при ко­тором древесное сырье подвергают вторичной обработке при повышенном давлении и температуре водным раствором солей сернистой кислоты. Не­целлюлозные компоненты древесного сырья, переходящие при такой об­работке в раствор (сульфитный щелок), можно после соответствующей обработки и подготовки использовать как субстрат для выращивания кор­мовых дрожжей. На 1 т получаемой целлюлозы образуется 6.5-8.0 куб.м сульфитного щелока. Состав последнего зависит от вида используемого сырья, режима переработки древесины и выхода целлюлозы.

Глюкоза (С _е Н-, О₆)

Глюкоза является продуктом пищевой промышленности. Идеальный субстрат практически для всех биотехнологических производств. Однако в чистом виде в крупнотоннажном производстве не используется из-за вы­сокой цены. Чаще всего она входит в состав комплексного сырья в виде гидрола - отхода крахмало-паточного производства.

Сахароза (Ci₂H₂20ii)

Сахароза-не менее идеальный субстрат, чем глюкоза,практачески для всех биотехнологических производств. В виде сахарного песка или сахара-сырца крайне ограниченно по причине высокой стоимости используется как субстрат для культивирования микробных клеток - продуцентов неко­торых аминокислот, когда содержащие сахарозу другие источники сырья

применить невозможно. В количестве до 40% входит в состав мелассы -отхода производства сахара из сахарной свеклы или тростника, приготов­ленных специальным образом гидролизатов растительного сырья, в том числе сульфитного щелока, торфа.

Меласса широко используется в производстве хлебопекарских дрожжей, в биосинтезе большинства L-аминокислот (глутаминовой, лизи­на и др.). Однако современные сахарные заводы, совершенствуя свои тех­нологии, могут выдавать мелассу, содержащую до 20-30% сахара. Естест­венно, такой отход представляет меньший интерес для биотехнологии.