Описание процесса биосинтеза
Синтез глутамата натрия осуществляется из глутаминовой кислоты, произведенной бактериями Coryn. Glutamicum.
Поскольку биосинтез глутаминовой кислоты предполагает высокую активность дегидрогеназ цикла трикарбоновых кислот, производственное культивирование должно проводится при интенсивной аэрации.
Воздух, подаваемый в ферментатор, выполняет несколько функций:
1) снабжает микроорганизмы кислородом
2) отводит газообразные продукты обмена
3) отводит теплоту, выделяемую микроорганизмами
4) создает однородность суспензии массы микроорганизмов
5) увеличивает скорость массопередачи и перемешивания жидкой среды.
На первом этапе происходит очистка атмосферного воздуха от пыли и его сжатие.
Атмосферный воздух поступает через фильтр предварительной очистки 1 в компрессор 2, где сжимается до необходимого давления (350-500кПа).
На втором этапе сжатый воздух необходимо поддерживать в оптимальном термодинамическом состоянии. При сжатии воздух нагревается до 100-200 градусов, поэтому его охлаждают в теплообменнике 3 до 25-30 градусов. При охлаждении сжатого воздуха конденсируется имеющаяся в атмосферном воздухе влага, которую отделяют во влагоотделителе 4. После отделения воды воздух нагревают до температуры культивирования микроорганизмов в теплообменнике-нагревателе 5. Далее воздух поступает в головной фильтр 6, где поддерживается его оптимальная температура и влажность. В этом фильтре происходит также и холодная стерилизация воздуха, так как вместе с частицами пыли отделяются и клетки микроорганизмов.
На третьем этапе осуществляется окончательная стерилизация воздуха в индивидуальном фильтре тонкой очистки.
Рис. 6: Технологическая схема приготовления посевного материала: 1-выращивания посевного материала в заводской лаборатории; 2-выращивание в инокуляторах объемом 2м3; 3- выращивание в инокуляторах объемом 5м3; 4- выращивание в биореакторах объемом 50м3.
Первая стадия (рис.6) выращивания посевного материала осуществляется в заводской лаборатории. Исходную культуру размножают на скошенной агаризованной среде в пробирке в стерильных условиях при оптимальных составе питательной среды и режиме выращивания (рН, температура, длительность).
Выращенную культуру стерильно смывают водой с поверхности агаризованной среды в колбы Эрленмейера вместимостью 750 мл, содержащие 50-100 мл жидкой питательной среды. Для промышленных штаммов С. glutamicum питательные среды содержат следующие компоненты (в %):
Меласса 8
Кукурузный экстракт 0,3
Хлорид аммония 0,5
Калия фосфат двухзамещенный 0,05
Сульфат магния 0,03
Вода остальное
рН среды 7,0-7,2
Колбы с культурой помещают на качалку, которая находится в термостатируемом помещении. Продолжительность выращивания культуры в колбах на качалке составляет 24 ч. Эта стадия выращивания контролируется по морфологическим показателям микроорганизма. Наилучшие показатели дает культура, которая находится в стадии физиологической зрелости в конце логарифмической фазы роста.
На второй стадии выращивания посевного материала (рис.6) готовую культуру из колб стерильно переносят в посевной аппарат (инокулятор) объемом 2м3. Происходит накопление биомассы до 6-8 г АСВ на 1 л среды в аэробных условиях. Состав питательной среды такой же как и при выращивании в колбах Эрленмейера, но с добавление 0,1% стерильного синтетического пеногасителя. Посевную культуру выращивают при температуре 28-32С в течение 18-24 ч и расходе воздуха 1 объем на 1 объем жидкости в 1 мин. В течение всего процесса рН среды поддерживается на уровне 7,0-7,2.
Третья стадия (рис.6) культивирования посевного материала повторяет вторую стадию, но процесс уже осуществляется в инокуляторах объемом 5м3. Для этого все содержимое малого инокулятора перекачивается в аппарат большего объема, в котором находится пострерилизованная питательная среда того же состава, что и использовалась на предыдущей стадии. Посевную культуру выращивают при температуре 28-32С в течение 18-24 ч и расходе воздуха 1 объем на 1 объем жидкости в 1 мин. В течение всего процесса рН среды поддерживается на уровне 7,0-7,2. По завершении процесса ферментации в посевных аппаратах культура не должна содержать фагов, посторонней микрофлоры и иметь титр около 109 клеток на 1 мл. Полученный посевной материал в количестве 5-6% (от объема среды производственных аппаратов) стерильно передают в основные ферментаторы.
Посевные аппараты на второй и третьей стадии оснащены мешалкой, аэрирующим устройством, а также контрольно-измерительной аппаратурой для регулирования температуры, рН, уровня пены и т.д. Количество посевного материала, передаваемое в инокуляты, может варьировать в широких пределах от 1 до 20% по объему. Коэффициент заполнения посевного аппарата в зависимости от конструкции его отдельных узлов составляет 0,5-0,7. Перемешивание среды достигается либо в результате барботажа стерильного воздуха либо турбинной мешалкой со скоростью вращения 300об/мин.