1.3.5. Обгрунтування вибору допоміжних робіт і операцій

Підготовка миючих речовин. При культивуванні M. purpurea ТСС 31849 застосовується крохмаль, соєве борошно та крейда, які наприкінці процесу культивування залишається на стінках і патрубках ферментера, то для видалення забруднень необхідно використовувати миючі засоби [4].

Миючі засоби повинні бути дешевими та ефективними, це головні критерії за якими обирають миючі речовини.

Для підготовки обладнання, а саме для миття фільтрів, комунікацій та біореакторів різного типу і ємностей доцільно застосовувати розчин каустичної соди. Він є дешевим засобом, та ефективно відмиває забруднення різного типу, також каустична сода легко розчиняється у різних пропорціях [22].

На ринку України ціна каустичної соди коливається в діапазоні від 5 до 7 грн/кг. Це робить її однією з найдешевших миючих засобів.

Проте, вона є токсичною і при потраплянні на шкіру у персоналу можуть з’явитися опіки та подразнення. Тому при роботі використовують захисні засоби: захисні окуляри, гумові рукавички, прорезинений хімічностійкий одяг [23].

Також задля дотримання санітарно-гігєнічного стану виробництва необхідно проводити генеральне та щоденне прибирання. Для щоденного та генерального прибирань необхідно застосовувати універсальний миючий засіб який дозволить обробляти і мити різні поверхні на підприємстві з високою ефективністю. На ринку України представлений широкий вибір миючих засобів для таких цілей. Керуючись співвідношенням ціна–якість необхідно обрати один із оптимальних миючих засобів. Таким засобом є "Азираль АС" [24]. Це рідкий лужний миючий засіб, який має наступні переваги :

• Добре видаляє неорганічні і органічні відкладення (жири, масла, денатурований білок, дріжджі, цукор, рослинні пігменти і інше);

• Низька концентрація робочого розчину : від 1 до 5 %, залежно від ступеня забруднення і жорсткості води;

• Необмежена розчинність;

• Піноутворення: незначне [24].

Вартість миючого засобу є помірною, 30 л коштують менше 400 грн, тобто 1 л миючого засобу коштує трохи більше 10 гривень, що сприяє економічності і доцільності використання його на підприємстві. Миючий засіб не несе прямої загрози персоналу на виробництві, що, також, суттєво покращує його конкурентність в порівнянні з іншими миючими засобами.

Отже, для миття обладнання та виробничих приміщень застосовують розчин каустичної соди, через низьку вартість та ефективність миття. Для щоденного та генерального прибирань використовують миючий засіб «Азираль АС». Вибір миючих та дезінфікуючих засобів заснований на порівнянні цін та ефективності речовин.

Підготовка аераційного повітря.

M. purpurea ТСС 31849 є аеробом, тому для розвитку і синтезу цільового продукту необхідною умовою є подача до ферментеру стерильного аераційного повітря. Підготовка повітря проводиться з метою очистки повітря від механічних часток, джерел контамінації та стабілізації термодинамічних показників.

Одним зі способів стерилізації повітря є опромінення ультрафіолетовими променями. Цей метод використовується для знезараження повітря в боксах. Проте в нього є ряд недоліків, які не дозволяють використувати його для підготовки аераційного повітря, це, перш за все, утворення молекул озону з кисню [25].

Технологічно й економічно виправданим є очищення повітря за допомогою волокнистих і пористих матеріалів. Таким способом вдається отримати повітря з дуже високим ступенем очистки, що дозволяє його використання для керування культуральної рідини. Завислі в повітрі частки затримуються волокнистим матеріалом завдяки інерційному та дифузійному механізму осадження.

Для очищення повітря застосовується головний та індивідуальний фільтри. Індивідуальні фільтри встановлюються безпосередньо перед кожним ферментером. Головні фільтри заповнюються грубішим волокном і на цих фільтрах видаляється близько 98 % мікроорганізмів-контамінантів. Використання ж індивідуальних фільтрів, які заповнюються надтонкими мембранами чи волокнами, дозволяє отримати повітря зі ступенем очистки 99,95% [18].

Приготування титрувальних розчинів

Титрувальні розчини необхідні для підтримки певного рН розчину. Так, розчин соляної кислоти необхідний для запобігання випадання осаду під час стерилізації компонентів. Розчин NaOH необхідний для стабілізації рН поживного середовища до 7.

Для приготування розчину соляної кислоти необхідно розвести 30% розчин до концентрації 6 % . Для отримання 10 л розчину кислоти необхідно розвести 2 л 30 %-ого розчину соляної кислоти до 10 л. До пустої ємності слід спочатку залити кислоту, а потім воду для розчинення.

Для приготування 10 л 1н розчину лугу нобхідно зважити 400 г NaOH та розчинити гранули у 10 л води.

Розрахунок стадій приготування посівного матеріалу.

Як наведено у розрахунках в розділі техніко-економічне обґрунтування виробничий біосинтез буде проходити у ферментері об’ємом 10 м³ з коефіцієнтом заповнення 0,7. Кількість культуральної рідини становить 7 м³.

Посівний матеріал вноситься у кількості 10 % від об’єму поживного середовища, тобто, 700 л. Посівний апарат матиме загальний об’єм 1 м³ з коефіцієнтом заповнення 0,7.

Кількість культуральної рідини для меншого посівного апарату становить 70 л, а геометичний об’єм інокулятора становить 100 л з коефіцієнтом заповнення апарату 0,7.

Кількість культуральної рідини для інокулятора становить 7 л, а геометичний об’єм інокулятора становить 10 л з коефіцієнтом заповнення апарату 0,7.

Необхідна кількість культуральної рідини для качалочних колб становить 700 мл. Їх можна буде отримати за використання 7 качалочних колб.

Процес підготовки інокуляту проходить у 4 стадії – на качалочних колбах, в інокуляторі та двох посівних апаратах. А сам процес біосинтезу відбувається у виробничому ферментері.

Обгрунтування способів стерилізації компонентів середовища.

Вибір способу стерилізації компонентів поживного середовища залежить від фізико-хімічних характеристик речовин і загального об’єму розчину компонентів. Склад поживного середовища наведений в попередньому підрозділі «Обгрунтування вибору складу поживного середовища».

З наведених вище розрахунків можна проаналізувати способи стерилізації поживного середовища для різних етапів підготовки інокуляту та для процесу біосинтезу.

Для приготування посівного матеріалу в колбах необхідно 700 мл поживного середовища, тому стерилізація компонентів проходитиме в автоклаві, аби зменшити затрати на процес та скоротити час стерилізації. Стерилізація компонентів проводиться в окремих колбах. Таким чином, гліцерин, крейду, натрійдиетилбарбітурат та солі будемо стерилізувати разом при однаковому режимі 131°С ,так як вони є термостабільними(фосфорні солі в окремій колбі), а розчин дріжджового екстракту при 120 °С.

Стерилізацію компонентів середовища для інокулятора та посівного апарату, з загальними об’ємами 36 л та 715 л відповідно, доцільніше проводити безпосередньо у самому апараті. Проте об’єм розчину дріжджового екстракту є невеликими, що дозволяє провести його стерилізацію в автоклаві. Це нівелює необхідність у ще одному реакторі для стерилізації. Концентрація розчину дріжджового екстракту становить 10 %, тобто для розчинення 751 г екстракту ( кількість екстракту в 1 л -1 г, 36 л + 715л) необхідно 7,5 літрів води, цей розчин цілком можна стерилізувати в автоклаві.

Загальний об’єм середовища для ферментера становить 14,3 м³.Це великий об’єм, тому доцільніше використовувати установку безперервної стерилізації, що суттєво скоротить час стерилізації та енергоносії. Також, використання УБС дозволяє розчинити і простерилізувати усі компоненти разом, за рахунок нетривалого часу контакту з нагрівальним агентом.

Розрахуємо продуктивність лінії, якщо потрібно простерилізувати 14,3 м³ поживного середовища, при цьому близько 1 години буде витрачено на завантаження компонентів, тоді: 14,3 / 1 = 14,3 м³/год.

Отже, потрібно обрати лінію зі стандартного ряду, УБС-20. Це дозволить пришвидшити процес підготовки поживного середовища та полегшити процес.