Контроль производства продуктов микробиологического синтеза
Понятие контроль производства включает весь комплекс химических, биохимических и микробиологических анализов и измерений по учету качественных и количественных показателей технологического режима на всех этапах производства, начиная с определения качества сырья и кончая оценкой качества готовой продукции. Весь указанный объем работ выполняется сотрудниками центральной заводской лаборатории (ЦЗЛ) и цеховых лабораторий. Контроль за производством осуществляется путем отбора проб и проведения соответствующих анализов, а также при помощи контрольно-измерительных приборов.
Проследим основные этапы производства, подлежащие контролю:
анализ сырья и вспомогательных материалов, поступающих на завод, с целью определения соответствия их требованиям стандартов и сопроводительной документации;
проверка исправности, надежности, герметичности и других показателей оборудования, аппаратуры и коммуникационных линий перед началом технологического процесса.
На каждом участке производства ведут оперативный контроль за соблюдением установленных технологическим регламентом параметров процесса. Контроль проводится путем выполнения экспресс-анализов и постоянного наблюдения за показаниями контрольно-измерительных приборов.
Приведем несколько примеров использования контрольно-измерительных приборов на стадии культивирования микроорганизмов. Одним из важнейших факторов, влияющих на биосинтез и рост клетки, является pH среды. Этот показатель особенно резко изменяется в процессе выращивания микроорганизмов глубинным способом. В зависимости от состава среды и продуктов метаболизма pH может сдвигаться как в кислую, так и в щелочную сторону.
С появлением стерилизуемых электродов появилась возможность непрерывно и автоматически осуществлять в ферментаторе контроль за изменением pH среды (рис. 2.24). При изменениях pH возникающий сигнал передается на прибор самописца-регулятора 3, после чего срабатывает клапан 2, обеспечивающий корректировку pH среды. Практически всегда оказывается, что достаточно добавить кислоту или щелочь для получения нужного pH среды. Электроды 5 и 7 рН-метра могут размещаться в выносном устройстве или непосредственно в корпусе ферментатора.
Для успешного выращивания микроорганизмов большое значение имеет предотвращение образования пены. Наиболее часто пенообразование наблюдается в процессах ферментации, в которых используются естественные питательные среды, например содержащие кукурузный экстракт и соевую муку. Интенсивное пенообразование увеличивает скорость растворения кислорода воздуха в среде (образуется большая поверхность массообмена), вызывает увлажнение воздухоочистительных фильтров, нарушает герметизацию и стерильность процесса, затрудняет максимальное использование емкости ферментатора и тем самым снижает выход конечного продукта. Для предотвращения выброса пены из ферментатора применяют механические, химические, физические, комбинированные и другие методы пеногашения. В настоящее время все ферментаторы снабжают специальными автоматическими устройствами для введения пеногасителя и контроля высоты пены в аппарате.
В системе автоматического пеногашения, разработанного Всесоюзным научно-исследовательским институтом антибиотиков (ВНИИА), высота подъема пены в ферментаторе контролируется на трех заданных уровнях, т. е. применяются три контактных электрода, которые соединяются с электронно-механическим программным устройством.
При достижении пеной нижнего электрода происходит импульсная подача химического пеногасителя. Когда пена достигает среднего электрода, перекрывается выхлопная воздушная линия, при этом давление в аппарате повышается и пенообразование резко уменьшается. Если пена достигнет верхнего электрода, то отключится электродвигатель мешалки. При спаде пены система приводится в первоначальное состояние.
Хорошо зарекомендовала себя комбинированная система пеногашения, разработанная в Институте микробиологии им. А. Кирхенштейна АН Латвийской ССР (рис. 2.25).
Сигнал от электрода приводит в действие усилитель У, который замыкает контакты реле времени Р1 для включения первого регулятора, приводящего в действие исполнительный механизм М (механический пеногаситель).
При срабатывании первого регулятора импульс поступает также на реле времени Р2, которое по истечении заранее установленного промежутка приводит в состояние готовности второй регулятор ИГ1 (усилитель и импульсный генератор), предназначенный для запуска исполнительного механизма химического пеногашения Х1, Х2 (соленоидный клапан или перистальтический насос). Если уровень пены не снижается ниже контрольного электрода, то сигнал вызывает повторное действие второго регулятора. При срабатывании этого регулятора сигнал поступает в следующий, третий, регулятор СП и ИГ2 (следящий повторитель, импульсный генератор), который в случае необходимости запускает другой, более эффективный в действии механизм Х2 (соленоидный клапан) химического пеногашения.
В значительной степени эффективность микробиологического производства зависит от постановки микробиологического контроля. Контролируются музейная культура микроорганизма-продуцента, посевной материал, питательные среды, воздух, культуральная жидкость, а также готовая продукция. В зависимости от назначения микробиологической продукции (для пищевой, медицинской промышленности, сельского хозяйства) предъявляются различные требования к ее обсемененности. Например, продукты, используемые в медицинской промышленности, должны быть практически свободны от микроорганизмов.
Одна из главных задач службы микробиологического контроля - поддержание в активном состоянии производственного штамма. В процессе неоднократных пересевов микроорганизмов, а также длительного воздействия условий культивирования с течением времени могут возникнуть спонтанные мутации, которые приводят к снижению продуктивности производственной культуры. В связи с этим периодически, два раза в год, а в отдельных случаях и чаще, проводят рассев производственного штамма и отбор вариантов с наиболее высокой продуктивностью.
Биохимический контроль количества и специфической активности продуктов микробиологического синтеза позволяет проследить за выходом промежуточных и конечного продуктов. Этот вид контроля обеспечивает выпуск продукции, отвечающей требованиям стандартов.