5. Промышленное производство антибиотиков.

Процесс промышленного производства антибиотиков включает в себя следующие стадии:

1. подготовка питательной среды (среда должна обеспечивать максимальное накопление клеток и синтез антибиотиков, содержать дешевые и доступные компоненты, обеспечивать экономичные приемы выделения и очистки, обладать хорошей фильтрующей способностью). В технологии получения антибиотиков путем культивирования микроорганизмов возможно применение твердых питательных сред: с этой целью применяют агаризованные или сыпучие субстраты (пшено, ячмень, пшеничные отруби и т.п.) и жидких питательных сред.

Условия синтеза антибиотиков:

Стерильность.

Отсутствие посторонней микрофлоры при культивировании продуцентов антибиотиков – важнейший фактор биотехнологического процесса. Для обеспечения стерильности процесса вся аппаратура и коммуникации герметизируются, стерилизуются и держится под давлением. Питательная среда и воздух для аэрации также стерилизуются. Засев ферментера, отбор проб на анализ проводится в асептических условиях.

Развитие посторонней микрофлоры опасно во многих отношениях:

1. Посторонняя микрофлора, развиваясь в питательной среде, видоизменяет ее и тем самым нарушает оптимальные условия биосинтеза, что уменьшает уровень накопления антибиотика.

2. Наличие посторонней микрофлоры затрудняет дальнейшую обработку культуральной жидкости, отделение ее от мицелия и приводит к получению некачественного нативного раствора.

3. Продукты жизнедеятельности посторонних микроорганизмов могут загрязнять получаемый антибиотик и снижать ее качество.

Питательная среда.

Условия синтеза антибиотиков заключаются в том, что в питательной среде должны присутствовать источники азота, углерода, фосфора, а также предшественники антибиотиков и витамины. К источникам азота относятся - аминокислоты, аммонийные соли и иногда нитраты; к источникам углерода – глюкоза и лактоза, также в питательной среде должны присутствовать такие элементы как сера, магний, марганец, железо, цинк, кобальт. Кроме того, при производстве антибиотиков в состав питательной среды должны входить соевая мука, кукурузный экстракт, жмых масленичных культур.

РН.

Для бактерий рH питательной среды составляет приблизительно 7, для грибов – 4,5 –5, для актиномицетов – 6,7 - 7,5.

Для большинства известных антибиотиков оптимальный рН близок к нейтральному. При значительном закислении или защелачивании среды процесс биосинтеза тормозится. Многие антибиотики в щелочных или кислых средах неустойчивы и легко инактивируются.

Для регулирования рН в питательные среды для получения антибиотиков часто добавляют некоторое количество мела, который вступает в реакцию с возникающими в ходе процесса метаболизма кислотами, образуя при этом нейтральные соли и углекислый газ, впоследствии удаляемый из среды.

Температура.

Для биосинтеза каждого антибиотика требуется определенная температура. Так, для биосинтеза пенициллина грибом рода пеницилиум оптимальной температурой является 25 – 26 С, в то время как при образовании антибиотиков актиномицетами обычно поддерживают более высокую температуру 27 – 29 С.

В процессе ферментации вследствие интенсивно протекающих процессов выделяется значительное количество тепла, поэтому для поддержания оптимальной температуры необходимо постоянное охлаждение среды.

Перемешивание и аэрация.

Так как продуценты антибиотиков являются аэробами, следовательно, требуется создать при их синтезе хорошую аэрацию. Во время ферментации происходит одновременно два процесса – растворение кислорода в питательной среде и потребление кислорода микроорганизмом. Микроорганизмы используют для дыхания только растворенный в среде кислород, поэтому обеспеченность микроорганизма кислородом определяется скоростью его растворения в культуральной жидкости.

При глубинном культивировании микроорганизмов в промышленных масштабах этот процесс осуществляется путем пропускания воздуха через питательную среду и культуральную жидкость с помощью специальных аэрирующих приспособлений – барботеров. При этом жидкость интенсивно перемешивается.

Основное назначение аэрации и перемешивания – это снабжение культуры кислородом, но одновременно эти процессы способствуют поддержанию мицелия в равномерно взвешенном состоянии и выравниванию концентрации питательных веществ и продуктов обмена в культуральной жидкости.

Вспенивание.

Питательные среды, применяемые при получении антибиотиков, содержат вещества, способные образовывать весьма стойкие пены. Эти вещества могут образовываться в процессе ферментации. Аэрация и перемешивание среды вызывают образование слоя пены на поверхности жидкости, что ухудшает условия развития продуцента.

Пеногашение осуществляется главным образом путем добавления поверхностно активных веществ, способствующих снижению стойкости пена и в дальнейшем ее разрушению.

2. Подготовка посевного материала (продуценты-мутанты колба на качалке первый инокулятор (10 л) второй инокулятор (100-500 л) ферментер),

3. Ферментация (для получения антибиотиков используют методы поверхностного и глубинного культивирования).

Промышленная ферментация – специализированный процесс получения различных веществ в химической или родственной отраслях промышленности с помощью микроорганизмов, включая процесс их размножения.

Современная ферментационная установка состоит из нескольких небольших емкостей ферментеров для инокуляции (получения посевного материала) и ферментера большого размера (от 1 л до 1000 м³) для проведения конечной стадии получения целевого продукта. Эти емкости соединены между собой с помощью фиксированных трубопроводов или гибких шлангов. В ферментерах часто используют механическое перемешивание. Кроме того, ферментационные установки могут включать в себя установки для обработки сырья, емкости для приготовления питательной среды, оборудование для непрерывной стерилизации или варочные котлы, установки для получения пара высокого давления и больших объемов стерильного воздуха для аэробной ферментации.

4. Выделение антибиотиков (методы выделения целевого продукта различаются в зависимости от локализации антибиотиков: экстракция органическими растворителями, осаждение в виде нерастворимого комплекса, сорбция на ионообменных смолах),

5. Очистка антибиотиков (данная стадия технологического процесса включает в себя следующие этапы: осаждение, сорбция, сушка),

6. Получение готового продукта (упаковка, фасовка).