2.1.Апаратурно-технологічна схема отримання пеніциліну. Ферментатори

2.1.1.Підготовка інокуляту

Підготовка посівного матеріалу включає наступні стадії:

- вирощування посівного міцелію 1-й генерації в апаратах малої місткості (інокуляторах);

-вирощування посівного міцелію 2-й генерації в апаратах великої ємності.

Спорова культура, яка використовується для засіву інокулятора, вирощується на пшоні в скляних флаконах, висушується і в такому вигляді зберігається при кімнатній температурі. Посів роблять сухими спорами з 2-3 флаконів. Основним завданням при культивуванні продуцента пеніциліну в посівних апаратах на стадії підготовки інокуляту є швидке отримання великої маси міцелію, здатного забезпечити при пересіві в ферментер інтенсивне зростання і високий вихід антибіотика. Для здійснення цього завдання продуцент необхідно вирощувати на середовищах, багатих легкозасвоюваними поживними речовинами, в умовах хорошої аерації, при оптимальній для росту мікроорганізму температурі.

2.1.2.Процес ферментації

Ферментація є основною стадією у виробництві пеніциліну, на якій формується цільовий продукт. У промисловості застосовується метод глибинної ферментації, при якому культура мікроорганізму вирощується в живильному середовищі, заповнюючи весь її обсяг. У різних штамів потреба в джерелах живлення неоднакова. У зв'язку з цим склад середовищ не є постійним і універсальним для всіх продуцентів, створюючих пеніцилін, і змінюється з появою нових штамів. Ферментаційна середу повинна бути складена таким чином, щоб розвивається культура, споживаючи живильні речовини і виділяючи продукти обміну, сама створювала необхідні умови і здійснювала перехід від фази росту міцелію до фази пеніцилін освіти. Бажано, щоб друга фаза була більш тривалою і щоб процес ферментації припинявся до настання автолиза. Для цього, як і при вирощуванні посівного матеріалу необхідно одночасна присутність в середовищі як легко-, так і трудноусвояемих вуглеводу. Легкозасвоюваний вуглевод забезпечує швидкий ріст і утворення рясної біомаси; трудноусвояемих вуглевод створює умови, сприятливі для біосинтезу антибіотика. Виключно важливу роль в обміні речовин клітини грає фосфор, який необхідний не тільки для нормального росту і розвитку гриба, але і для здійснення самого процесу біосинтезу пеніциліну. Для утворення пеніциліну потрібно значно більш висока концентрація фосфору в середовищі, ніж для росту гриба. Обов'язковим компонентом ферментаційної середовища є сірка, що входить до складу найважливіших амінокислот і ферментів. Сірка необхідна ще й тому, що вона входить до складу молекули пеніциліну. У поживні середовища сірка вноситься у вигляді солей сірчаної кислоти і гіпосульфіту. З інших елементів, необхідних для нормальної життєдіяльності гриба і освіти антибіотика, слід зазначити калій, магній, цинк, залізо, марганець, мідь.

Установкою для етапу ферментації є звичайний ферментер. Він являє собою закритий циліндричний резервуар, в якому механічно перемішуються середу і мікроорганізми. Через середу прокачують повітря, іноді насичений киснем. Температура регулюється за допомогою води або пари, що пропускаються по трубках теплообмінника. Такий ферментер з перемішуванням використовується в тих випадках, коли ферментативний процес вимагає багато кисню.

Рівень якості обладнання безпосередньо впливає на ефективність його експлуатації. Враховуючи ключове місце ферментеров в технологічному ланцюжку, їх якість визначає ефективність всього виробничого процесу. Якщо якість низька, то різко зростають простої обладнання у зв'язку з ремонтом, наступною налагодженням, ревалідації, очищенням і стерилізацією. У складних випадках, наприклад, при виході з ладу важливих вузлів і деталей ферментера, які потрібно закуповувати у постачальника, їх очікування може затягнутися на місяці. Відповідність вимогам GMP, як важливого показника якості, винятково важливо. Причому, воно повинно бути не по окремих елементах, а концептуальним. Це має бути і відповідність вимогам GMP всіх матеріалів, що контактують з продуктом, і застосування автоматичного миття і стерилізації на місці (CIP/SIP), і валідіруемость (IQ/OQ), і документування процесу ферментації, і багато іншого.