Технологія виробництва вітаміну В12 (ціанкобаламіну)

Апаратурно-технологічна схема отримання концентрату вітаміну В₁₂ представлена ​​на малюнку (Додаток 1), а також принципова технологічна схема (Додаток 2). Ацетоно-бутилова барда з нижньої частини бражної колони надходить у збірник барди і насосом подається в декантатор 3. Відстій барди збирається в збірнику 4 і використовується на корм худобі. Декантат, охолоджений до температури 55-57° С, метанол і хлористий кобальт надходять в ферментер 12. Скинуту масу з верхньої частини ферментера відбирають і направляють в реактор 19, де здійснюють стабілізацію вітаміну B₁₂ шляхом додавання сульфіту натрію і соляної кислоти, змішаних в змішувачі 18. З стабілізованої бражки видаляють гази в сепараторі газів 22, бражку упарюють в випарній установці 24 і збирають в збірниках 26. Згущена метанова бражка перекачується насосом 27 у збірник метанової бражки 28, а від туди насосом 29 в розпилювальну сушарку 31. В якості теплоносія для сушіння використовують гази бродіння, що спалюються в печі 39. Сухий порошок надходить в бункер 33 і розфасовується в поліетиленові мішки, вкладені в крафт-пакети. Відсутність промислових відходів, доступність сировини, безперервність методу, що не вимагає стерильних умов, роблять його економічним [1].

Українським науково-дослідним  інститутом спиртової та лікеро-горілчаної промисловості розроблена технологія одержання кормового концентрату вітаміну B₁₂ шляхом зброджування мелясного-спиртової барди змішаної культурою метаноутворюючих бактерій. Попередньо на мелясно-спиртовій барді вирощують кормові дріжджі. Після сепарування дріжджів отримують культуральну рідину, що містить 7-8% сухих речовин. На цій рідині вирощують метаноутворюючі бактерії і отримують з 1 м³ вихідної барди 1,5-2 г вітаміну В₁₂ [1].

2.7.Ферментер для  вітамін-продукуючих мікроорганізмів

Ферментер – апарат для глибинного вирощування (культивування) мікроорганізмів у живильному середовищі в умовах стерильності, інтенсивного перемішування, безперервного продування стерильним повітрям і постійної температури. Ферментер забезпечений барботером для подачі стерильного повітря і мішалкою з електроприводом. Усередині ферментера уздовж його корпусу і перпендикулярно до нього закріплюють вузькі металеві смуги – відбійники для підвищення ефективності перемішування. Об’єм ферментера, призначеного для напівзаводських експериментів – 0,05-5 м³, промислового використання – 50-100 м³. Лабораторні ферментери можуть виготовлятися з термостійкого скла (їх стерилізують в автоклавах), ферментери великих розмірів – з нержавіючої сталі (вони мають парову сорочку для стерилізації та підтримки температури). Ферментери, як правило, обладнуються пристроями для вимірювання і регулювання температури, кількості продуваємого повітря і тиску всередині ферментера. У разі потреби ферментер додатково забезпечується пристроями для виміру й регулювання pH середовища, концентрації розчиненого кисню в культуральній рідині, вуглекислого газу у вихідному повітрі, сигналізатором рівня піни і пристосуваннями для механічного або хімічного піногасіння. При безперервному процесі культивування мікроорганізмів ферментери додатково обладнуються стерилізуємими резервуарами для зберігання компонентів живильного середовища і насосами для їх безперервної подачі в ферментер. Використовують ферментери в промисловості при мікробіологічному синтезі антибіотиків, ферментів, вітамінів, амінокислот, нуклеотидів, білково-вітамінних концентратів і т.д.

Для даного конкретного виробництва  використовується ферментер наступного типу:

Рис. 10. Ферментер: 1 – корпус, 2 – парова рубашка, 3 –  барботер, 4 – мішалка, 5 - відбійник, 6 – електропривід, 7 – завантажувальний люк.

В якості піногасника використовується кашалотовий жир в кількості 2 % [5].

 

 

 

 

РОЗДІЛ 3. СТЕРИЛЬНЕ  ПОВІТРЯ

3.1.Забезпечення  виробничих приміщень чистим  повітрям

Повітря виробничих приміщень  — потенційне джерело забруднення  ліків, тому його очищення є одним із ключових питань технологічної гігієни. Рівень чистоти повітря приміщення визначає клас чистоти повітря.

Для постачання виробництва стерильних розчинів обезпиленим стерильним повітрям використовують як звичайні системи турбулентної вентиляції, що забезпечують стерильність повітря в приміщенні, так і системи з ламінарним потоком повітря по всій площі приміщення або у визначених робочих зонах.

При турбулентному потоці очищене повітря містить до 1000 часток у 1 л, при подачі повітря ламінарним потоком по всьому об’єму приміщення вміст часток у повітрі в 100 разів менший.

Приміщення з ламінарним потоком — приміщення, у яких повітря подається в напрямку до робочої зони через фільтри, що займають всю стіну або стелю, і видаляється через поверхню, протилежну входові повітря.

Розрізняють дві системи: вертикальний ламінарний потік, при якому повітря рухається вгору через стелю і виходить через ґратчасту підлогу, і горизонтальний ламінарний потік, при якому повітря надходить через одну, а виходить через протилежну перфоровану стінку. Ламінарний потік несе з кімнати всі завислі в повітрі частки, що надходять від будь-яких джерел (персонал, устаткування й ін.).

У «чистих» приміщеннях повинний створюватися ламінарний потік. Системи ламінарного повітряного потоку повинні забезпечувати рівномірну швидкість руху повітря: близько 0,30 м/с для вертикального і близько 0,45 м/с для горизонтального потоків. Підготовка і контроль повітря на механічні включення і мікробіологічне забруднення, а також оцінка ефективності роботи повітряних фільтрів повинна проводитися відповідно до нормативно-технічної документації.

 

Рис. 11. Схема передачі обезсиленого повітря: а) турбулентний потік; б) ламінарний потік

На рис. 11 показані різні схеми подачі обезпиленого повітря у виробниче приміщення.

Для забезпечення необхідної чистоти повітря в системах «вертикальний  ламінарний потік» і «горизонтальний  ламінарний потік» у вітчизняній  промисловості застосовують фільтруючі установки, що складаються з фільтрів попередньої грубої очистки повітря — вентилятора і фільтра, що стерилізує, (рис. 12).

Рис. 12. Установка для фільтрації і стерилізації повітря: 1) фільтр глибокої очистки; 2) вентилятор; 3) фільтр тонкої очистки.

Для остаточного очищення повітря від часток, що утримуються  в ньому, і мікрофлори застосовують фільтр типу ЛАЙК. Як фільтруючий матеріал у ньому використовується ультратонке волокно з перхлорвінілової смоли. Цей матеріал гідрофобний, стійкий до хімічно агресивних середовищ і може експлуатуватися при температурі не вище 60 °С і відносній вологості до 100%. Останнім часом широке поширення одержали високоефективні повітряні фільтри НЕРА (High-efficiency particulate air).

Висока чистота повітряного  середовища створюється фільтруванням  через фільтр попередньої очистки і далі за допомогою вентилятора — через фільтр, що стерилізує, з фільтруючим матеріалом марки ФПП-15-3, що являє собою шар ультратонких волокон з поліхлорвінілового полімеру. Усередині приміщення додатково можуть установлюватися пересувні рециркуляційні повітроочисники ВОПР-0,9 і ВОПР-1,5, що забезпечують швидке й ефективне очищення повітря за рахунок механічної фільтрації його через фільтр з ультратонких волокон і ультрафіолетової радіації. Повітроочисники можуть використовуватися під час роботи, так як не чинять негативного впливу на персонал і не викликають неприємних відчуттів [9].

Для створення «надчистих» приміщень або окремих зон усередині нього розміщується спеціальний блок, у який подається автономно ламінарний потік стерильного повітря.

Рис. 13. «Чиста» камера типу М

Вітчизняною промисловістю  випускаються «чисті» камери типу М 825.000.000 (рис. 13), призначені для проведення робіт у стерильній атмосфері. Збірно-розбірна камера складається з уніфікованих елементів. Основний елемент камери — фільтрувальна комірка — містить вентилятор, фільтри грубого і тонкого очищення, освітлювальні лампи і світлорозсіюючі решітки. Конструктивні особливості камери дозволяють створювати з елементів камери блоки будь-якої довжини, можливе використання фільтрувальної комірки в якості самостійного пилезахисного пристрою, підвішеного над робочою зоною. Обезпилена атмосфера в камері досягається завдяки безперервному продуванню робочого об’єму камери вертикальним ламінарним потоком обезпиленого повітря.

3.2.Системи отримання,  тонкого очищення та стерилізації  аераційного повітря для процесу ферментації

Існуючий рівень розвитку техніки  не дозволяє отримувати в одному апараті великі маси стерильного аераційного повітря, що відповідає перерахованим вимогам.

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 14. Схема отримання, очищення та стерилізації аераційного повітря

Як перед-фільтри 1 грубого  очищення повітря використовуються фільтри Рекка або масляні  фільтри з насадкою з кілець Рашига і стружки, змоченою вісциновим, веретенним або трансформаторним маслом, а також фільтри, що самоочищаються (так звані циклофільтри). Щоб подолати опір системи очищення повітря і стовпа рідини в культиваторі застосовуються турбокомпресори 2. Після стискання повітря з нього видаляється волога, щоб виключити зволоження фільтрів тонкого очищення. Для цих цілей встановлюють холодильник 3 і вологовідділювач 4. При великій протяжності (сотні метрів) трубопроводів від компресорної до цеху-споживача перед головним фільтром встановлюється додатковий вологовідділювач або підігрівач 5, який захищає головний фільтр від зволоження. Головний фільтр 6 зазвичай розташовується в місці введення трубопроводу в цех-споживач. Перед індивідуальним фільтром тонкого очищення також встановлюють підігрівач 7 (рис. 14).

Надмірний перегрів аераційного  повітря може негативно вплинути на життєдіяльність мікроорганізмів  і викликати збільшення витрати  охолоджуючої води. Недоцільне і надмірне осушення аераційного повітря, оскільки це спричинює відповідне випаровування культуральної рідини. Визначальним параметром є відносна вологість повітря перед головним та індивідуальними фільтрами, при якій призупиняється конденсація вологи.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Висновки

В даній курсовій роботі розглянуто три основних продуценти вітаміну В₁₂, які найчастіше використовуються в промисловому синтезі:

• Propionibacterium shermanii;
• Methanosarcina barkeri;
• Pseudomonas fluorescens ВКМ У-2224Д.

Відповідно, продуктивність кожного штаму:

• Р. shermanii М-82 – 58 мг/л;
• Methanosarcina barkeri – 1,0-6,5 мг/г біомаси;
• Pseudomonas fluorescens ВКМ У-2224Д – 0,13-0,15 мг/мл;

Таким чином, найвища продуктивність у штаму Р. shermanii М-82, який можна визнати найкращим продуцентом. При чому це найкращий продуцент не лише з точки зору величини продуктивності, а й з точки зору того, що даний штам є анаеробним і тому не потребує додаткових економічних витрат на організацію аерації в ферментері, а також на закупку обладнання із стерилізації повітря.

Отже, в ході виконання даної курсової роботи були розглянуті різні продуценти вітаміну В₁₂ та визначено найкращого продуцента (штам Р. shermanii М-82). Також були вивчені та з’ясовані особливості біосинтезу даного вітаміну і виявлено, що в світі його можна отримати лише шляхом біосинтезу.

Також було запропоновано  ряд дешевих поживних середовищ для здійснення процесів ферментації:

• Ацетатно-бутилова барда;
• Метанова бражка;
• Меляса та інші, які є відходами інших виробництв [1].

 

Список літератури

1. Березовский В. М. Химия витаминов. М., 1973, 234 с.
2. Букин В. Н., Быховский В. Я., Панцхава Е. С. Биохимические и микробиологические основы промышленного получения витамина B₁₂ методом термофильного метанового брожения. Сб. Витамин В₁₂ и его применение в животноводстве. М., 1971, 458 с.
3. Букин В. Н. Микробиологический синтез витаминов. М., 1972, 615 с.
4. Воробьева Л. И. Пропионовокислые бактерии и образование витамина B12. М„ 1976, 218 с.
5. Гальцова Г. Д. Стеринообразование у дрожжевых организмов. М., 1980, 756 с.
6. Диканская Э. М. Биосинтез флавинов микроорганизмами//Итоги науки. Сер. Вирусология и микробиология. М., 1972. Т. 3, 345 с.
7. Робышева 3. Н. Эргостерин дрожжей//Итоги науки. Сер. Вирусология и микробиология. М., 1972. Т. 3, 345с.
8. Шавловский Г. М. Механизм регуляции бисинтеза рибофлавина у микроорганизмов//BicHHK АН УССР. Киев, 1976. № 5. с. 34.
9. Demain A. Z. Riboflavin oversynthesis. Ann. Rev. Microbiol. 1972, 285 с.

 

 

 

 

 

 

 

Додаток 1

Рис. 12.2. Апаратурно-технологічна схема одержання концентрату  вітаміну В₁₂ за допомогою змішаної культури метаноутворюючих бактерій:

1 - збірник барди; 2 - насос для  барди; 3 - декантатор барди; 4 - збірник  згущеної барди; 5 - збірник декантату  барди; 6 - насос для декантату  барди; 7 - холодильник для охолодження  декантату барди, 8 - збірник-мірник  метанолу; 9 - насос-дозатор метанолу; 10 - збірник-мірник розчину хлористого кобальту; 11 - насос-дозатор розчину хлористого кобальту; 12 - ферментатор для метанового бродіння; 13 - насос для метанової бражки; 14 - збірник-мірник соляної кислоти; 15 - насос-дозатор соляної кислоти; 16 - збірник-мірник розчину сульфіту натрію; 17 - насос-дозатор розчину сульфіту натрію; 18 - змішувач метанової бражки, соляної кислоти і розчину сульфіту натрію, 19 - реактор для стабілізації вітаміну В₁₂ в метановій бразі; 20 - насос для стабілізованої метанової бражки; 21 - підігрівач стабілізованої метанової бражки; 22 - сепаратор газів, що виділяються з метанової бражки; 23 - насос для подачі стабілізованої метанової бражки на випарну установку; 24 - підігрівачі метанової бражки; 25 - випарна установка для згущення метанової бражки (а-1 корпус, б-II корпус, а - III корпус, г - IV корпус, д - барометричний конденсатор, е - вакуум-насос); 26 - збірник згущеної метанової бражки; 27 - насос для згущеної метанової бражки; 28 - збірник згущеної метанової бражки (передавальний); 29 - насос для згущеної метанової бражки; 30 - підігрівач згущеної метанової бражки; 31 - розпилювальна сушарка з відцентровим розпиленням; 32 - циклони розпилювальної сушарки; 33 - бункер сухого концентрату; 34 - розфасовка в мішки; 35 - скрубер для очищення димових газів сушарки від порошку концентрату; 36 - установка для каталітичного спалювання газів, які виділяються при підкисленні і нагріванні метанової бражки; 37 - газгольдер для газів бродіння; 38 - холодильник для відділення води з газів бродіння; 39 - газова піч розпилювальної сушарки.