Биология в 3 томах. Tом 2 - Тейлор Д.
ISBN 5-03-003686-5
Скачать (прямая ссылка):
11. Иногда штаммы микроорганизмов, отобранные для использования в ферментативном процессе, легко ревертируют (за счет мутации) и снова становятся низкопродуктивными штаммами, которые растут гораздо быстрее. При расширении масштабов производства вероятность такого события существенно возрастает.
12. Порошкообразные вещества, используемые в работе в больших количествах, могут быть опасны для здоровья рабочих.
13. Материалы, используемые при конструировании ферментера, должны быть устойчивы к коррозии, чтобы исключить загрязнение следовыми количествами металла. Кроме того, они должны быть нетоксичными для микроорганизмов и устойчивыми к стерилизации паром под высоким давлением.
14. При крупномасштабной ферментации, в особенности когда используются генетически модифицированные организмы, возникают дополнительные опасности. Они обусловлены возможностью более мощного воздействия на людей как культивируемого микроорганизма, так и его биологически активного продукта, по сравнению с масштабом обычной лаборатории.
Д. Тейлор, Н. Грин, У. Стаут. БИОЛОГИЯ, т. 2
БОТАНИКА
12.10.4. Устройство ферментера и его использование
Ферментеры, или биореакторы, представляют собой камеры, в которых в жидкой или на твердой среде выращивают микроорганизмы. Процесс, происходящий в ферментере, называется ферментацией. Термин ферментация первоначально применялся только к анаэробным процессам, однако сейчас он используется более широко и включает все процессы, как аэробные, так и анаэробные. На рис. 12.16 изображен типичный ферментер. Это довольно сложное техническое сооружение, поэтому необходимо потратить некоторое время для изучения его устройства. Не забывайте также о проблемах, возникающих при расширении масштабов производства, которые были перечислены в предыдущем разделе. Содержимое ферментеров во время работы, как правило, тем или иным способом перемешивается. Например, при производстве белка одноклеточных прутина компанией ICI перемешивание достигается с помощью воздуха, подаваемого с высокой скоростью со дна сосуда. Продуктом являются либо сами клетки (биомасса), либо какой-то полезный клеточный метаболит. Все операции должны проводиться в стерильных условиях, чтобы избежать загрязнения культуры. Кроме того, необходимо обеспечить возможность поддержания в стерильном состоянии всех вводных и выводных отверстий ферментера. Ферментер и среду стерилизуют перед использованием вместе или раздельно. Исходные культуры организма, который должен использоваться в процессе ферментации, хранят в неактивной форме (например, в замороженном состоянии). Пробу активируют, наращивают в достаточном объеме с использованием асептических методов (наращивание) и затем добавляют в ферментер (инокуляция). В ферментере организм растет и размножается, используя питательную среду.
Обычно ферментер изготавливают из высококачественной нержавеющей стали, так что он не подвержен коррозии и не выделяет в среду токсичные соли металлов. Все используемое оборудование, материалы и воздух должны быть стерильными. Оборудование стерилизуют паром под давлением. Пар должен иметь доступ ко всем поверхностям, которые в свою очередь должны быть гладкими и отполированными, насколько это возможно, и не иметь трещин и
ММА им. И.М. Сеченова
неровностей, в которых могут скапливаться микроорганизмы. Среду стерилизуют перед инокуляцией, пропуская пар через систему охлаждения. Воздух стерилизуют путем фильтрации.
Из соображений безопасности воздух, который выходит из ферментера, тоже нужно стерилизовать, хотя бы для того, чтобы избежать распространения микроорганизмов, сконструированных методами генной инженерии.
12.10.5. Периодическое, периодическое с добавлением субстрата и непрерывное культивирование
Существуют два основных типа ферментации, периодическая ферментация (или закрытая система) и непрерывное культивирование (или открытая система). При периодической ферментации, все необходимые ингредиенты вносятся до начала процесса; в ходе культивирования питательные вещества не добавляются и параметры ферментации не меняются. Именно поэтому процесс называется закрытой системой. Когда образуется достаточное количество продукта, процесс останавливают. Затем содержимое ферментера выгружают, выделяют продукт, выбрасывают использованные микроорганизмы, чистят ферментер и загружают его для нового культивирования.
Непрерывное культивирование представляет собой продолжительную, долговременную операцию, занимающую много недель, в ходе которой питательные вещества добавляют в среду по мере их расходования, а излишек культуры отбирают. Несмотря на то, что такая ситуация наиболее близка к естественным условиям, таким, например, как в кишечнике, непрерывное культивирование имеет ограниченное применение. К примеру, компания ICI использовала этот подход для производства белка одноклеточных прутина (pruteen) из бактерии Methylophilus methylotrophus (разд. 12.12.3). Ферментер работал непрерывно в течение 100 дней и производительность достигала 150 тонн в день.
