Лекция 4 ОСНОВЫ АСЕПТИКИ ПРОЦЕССОВ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКОГО СИНТЕЗА 1. 2. 3. 4. 5. 6. Основные методы обеспечения асептических условий Стерилизующая фильтрация Термическая стерилизация Стерилизация оборудования и коммуникаций Стерилизация жидкостей Стерилизация воздуха 1. ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ АСЕПТИЧЕСКИХ УCЛОВИЙ Методы основаны 1. 2. на задержке, на уничтожении микроорганизмов. Задержка микроорганизмов фильтрация воздуха и жидкостей (растворов питательных веществ) герметизация технологического оборудования и комуникаций. Метод уничтожения микроорганизмов Стерилизация термическая, химическая и радиационная (иоиизирующее излучение). Термическая стерилизация используют насыщенный водяной пар различного давления и температуры. Химическая стерилизация В качестве агентов используют формальдегид, оксид этилена, β-пропионолактон и др. Радиационная стерилизация основана на губительном воздействии ионизирующего излучения на клетки микроорганизмов. Способы стерилизации 2. СТЕРИПИЗУЮЩАЯ ФИПЬТРАЦИ Механизмы задержания частиц при фильтрации: 1. прямой перехват, 2. задержание при соударении частиц с волокнами фильтра. Фильтры для тонкой и стерилизующей фильтрации подразделяют на поверхностные и глубинные. К поверхностным фильтрам относятся плетеные сетчатые фильтры, а также мембраны, имеющие прямые сквозные отверстия. частицы удерживаются в основном на поверхности фильтра, что приводит к быстрому забиванию пор и прекращению фильтрации. такие фильтры можно использовать для обработки предварительно очищенных от большей части загрязнений жидкостей и газов. Поверхностные фильтры фильтры поры которых не увеличиваются при возрастании давления (мембранные фильтры) и у которых поры увеличиваются при увеличении давления (например, фильтры с набивкой из хлопчатобумажных нитей). 2. ТЕРМИЧЕСКАЯ СТЕНИЛИЗАЦИЯ Наибольшим бактерицидным эффектом обладает насыщенный водяной пар под давлением. При стерилизации паром время гибели спор наиболее устойчивых термофилов при 121о С – 25 мин, при 132 о С – 4 мин, тогда как при использовании сухого жара время гибели при 160о С – 60 мин и, при 180°С – 10 мин. Инактивация таких спор в кипящей воде при l000С происходит чрезвычайно медленно, они гибнут через 8-9 ч. Для характеристики эффективности процессов термической стерилизации при меняют следующие показатели: τс – время, необходимое для уничтожения всех микроорганизмов данной популяции (смертельное время), мин; τ10 – время, в течение которого концентрация микроорганизмов снижается в 10 раз, мин; k – удельная скорость гибели микроорганизмов, мин-1; п – фактор инактивации, определяемый«как десятичный логарифм отношения числа спор до и после стерилизации; V - критерий стерилизации, определяемый как натуральный логарифм того же отношения, V=2,3 п. Схема автоклава СТЕРИЛИЗАЦИЯ ЖИДКОСТЕЙ Термическая стерилизация Условия: 1. 2. гарантированное уничтожение микроорганизмов, минимальное разрушение полезных веществ, содержащихся в жидкости. На практике используют периодический и непрерывный способы стерилизации жидкостей. Периодический способ стерилизации жидкостей Среду стерилизуют непосредственно в аппарате (или в колбе), нагревая ее острым или глухим паром, а иногда электрическим нагревателем. Температура и продолжительность стерилизации от 100 до 1260С и от 15 до 60 мин. Недостатки периодического способа стерилизации: длительность, неоднородность температурного воздействия на среду. Применяют в основном при стерилизации сред для колб, лабораторных ферментаторов, а также для промышленных аппаратов, если среды не содержат термолабильных компонентов. Непрерывный способ стерилизации жидкостей Осуществляется в специальных установках непрерывной стерилизации (УНС), состоящих из трех основных секций: нагревания, выдерживания и охлаждения. Чаще все, это простейшие теплообменники типа труба в трубе. Преимущества непрерывного способа стерилизации: повышение производительности оборудования, сокращение затрат ручного труда, возможность обеспечить большую скорость нагревания и охлаждения среды. Это позволяет проводить кратковременную стерилизацию при более высокой температуре – от 130 до 1600С; продолжительность выдерживания 310 мин. Снижаются потери термолабильных компонентов среды При проведении непрерывной стерилизации большое значение имеют: наличие в среде твердых частиц и их размер, так как они прогреваются медленнее, чем жидкость; рН стерилизуемой среды. От этого параметра зависят скорость разложения термолабильных веществ, а также конечная величина рН стерильной жидкости. Принципиальная схема процесса приготовления и тепловой стерилизации питательной среды Стерилизация с использованием полупроницаемых мембран Достоинства: низкая энергоемкость, отсутствие вредного воздействия на термолабильные компоненты Недостатки: этот метод непригоден для обработки вязких питательных сред, содержащих твердые включения (частицы кукурузной или соевой муки, мела; и др.).. Комбинированная термомембранная стерилизация Технологическую воду и солевые растворы стерилизовать путем микрофильтрации, а концентрат, содержащий твердые частицы, – в УНС. Это позволяет снизить энергетические затраты на 73 % по сравнению с тепловой стерилизацией. 6. СТЕРИЛИЗАЦИЯ ВОЗДУХА 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. Атмосферный воздух очищается пыли в фильтре. Сжимается в компрессоре до необходимого давления и нагревается до 120-220°C. Воздух охлаждается в теплообменнике. Проходит через фильтры предварительной очистки. Охлаждается в теплообменнике. Поступает в каплеулавливотель . Осущенный воздух подогревается в теплообменнике. Проходит через фильтры тонкой очистки , где освобождается от посторонней микрофлоры. Стерильный воздух подается в ферментатор или на другие технологические нужды. Фильтры тонкой очистки Волокнистые фильтры глубинного типа, в которых фильтрация происходит по всей глубине материала. Полное задержание микроорганизмов в волокнистом фильтре невозможно. Ситчатые фильтры, имеющие поры размером менее 0,3 мкм (мембранные фильтры на основе эфира целлюлозы). Обеспечивают полное задержание всех микроорганизмов.