биотехнологических производств

Глава 1. Классификация технологического оборудования

Биотнхнологическая или микробиологическая промышленность – одна из самых молодых отраслей промышленности в нашей стране. Основа её - получение биологически активных веществ способом микробного синтеза. В настоящее время организовано крупнотоннажное производство различных веществ на основе биотехнологии. Можно смело утверждать, что это технология будущего. В пользу такого положения дел свидетельствуют ряд реально существующих предпосылок:

- с помощью генной инженерии разработаны методы конструирования штаммов бактерий и дрожжей с чужими генами и заранее заданными наследственными качествами;

- появилась возможность использовать высокоактивные штаммы продуцентов;

- микробная клетка способна вырабатывать необычайно широкий комплекс биологически активных веществ;

- разнообразное и дешевое сырьё: отходы пищевых производств, сельскохозяйственных и химических производств, которое содержит белки, полисахариды, углеводороды, спирты, кислоты, азотистые соединения;

- количественная неограниченность получения микробной биомассы;

- скорость производства и возможность получения любого необходимого продукта.

Вышеизложенные предпосылки свидетельствуют о преимуществах получения продуктов путем микробного синтеза, по сравнению с продуктами растительного и животного происхождения или получения их с помощью химического синтеза.

Наряду с развитием технологии получения продуктов путем микробного синтеза развивались и совершенствовались машины и аппараты, задействованные в этом производстве. В настоящее время созданы новые высокоэффективные виды оборудования, создаются и комплектуются полуавтоматические и автоматические линии для производства того или иного биологически активного вещества.

Аппаратурное оформление технологических процессов производства продуктов микробного синтеза имеет много общего с другими смежными отраслями, особенно пищевой промышленности, но во многом и специфично. Основные специфические требования к оборудованию связаны с рядом факторов:

- с санитарно-гигиеническими вопросами и с соблюдением стерильности, особенно на стадии культивирования. Обеспечивает стерильность герметичность аппаратов. Правильно выбранные условия проведения процесса способствуют получению стандартного продукта и повышают выход его из единицы сырья;

- материал, из которого изготовлено оборудование, может оказывать активизирующее действие на биосинтез биологически активных веществ (БАВ) или ингибировать эти процессы;

- оборудование должно быть высокопроизводительным. Чем выше производительность аппарата, тем меньше требуется приборов автоматического контроля и регулирования технологических процессов, арматуры, трубопроводов. Конечно, это должно быть в разумных пределах с учетом технологических, конструктивных и экономических расчетов.

В микробиологической промышленности применяют широкий спектр разнообразного оборудования. Классифицировать его можно по нескольким признакам. Например, по характеру воздействия на обрабатываемый материал. В одних видах оборудования материал подвергается механическому воздействию, при этом свойства материала не изменяются, а изменяется его форма и раз­меры. В других видах оборудования материал может подвергаться физико-химическим, биохимическим, тепловым и другим воздействиям. В этом случае свойства материала и его агрегатное состояние может изменяться.. Иногда в одном виде оборудования совмещаются механические, физико-химические, тепловые и другие процессы.

По рабочему циклу оборудование делится на аппараты периодического действия и аппараты непре­рывного действия.

По степени автоматизации и механизации оборудование подразделяют на аппараты с ручным управлением, полуавтоматические и автоматические. По мере развития технологии и техники оборудование по­следовательно заменяется на полуавтоматическое и автоматиче­ское.

Наиболее развито деление технологического оборудования по функциональному признаку. В этом случае технологическое оборудование делят на группы. Каждая группа объеди­няет принципиально одинаковые по характеру воздействия на материал и конструктивному решению аппараты. Условно все технологическое оборудование микробиологической промышлен­ности можно объединить в следующие группы:

1. Для хранения сыпучих материалов.

2. Для хранения жидких материалов.

3. Для измельчения различных видов сырья.

4. Для экстракции из сырья веществ, являющихся необходи­мыми компонентами питательных сред.

5. Для экстракции из культуры ферментов.

6. Для растворения твердых веществ в жидкости (реакторы).

7. Для фильтрации (грубое отделение твердых включений от жидкой части).

8. Для стерилизации жидких сред.

9. Для стерилизации сыпучих сред.

10. Для стерилизации воды.

11. Для приготовления посевного материала на твердых средах.

12. Для приготовления посевного материала на жидких пита­тельных средах поверхностным способом.

13. Для приготовления посевного материала на жидких пита­тельных средах глубинным способом.

14. Для культивирования микроорганизмов на жидких питательных средах.

15. Для культивирования микроорганизмов на твердых питательных средах.

16. Для отделения биомассы от культуральной жидкости.

17. Для осветления культуральной жидкости.

18. Для стерильной фильтрации культуральной жидкости.

19. Для концентрирования БАВ методом флотации.

20. Для концентрирования БАВ методом ультрафильтрации.

21. Для концентрирования БАВ методом вакуум - выпаривания.

22. для плазмолиза.

23. Для сушки растворов БАВ распылением.

24. Для сушки паст и осадков с БАВ.

25. Для осаждения ферментов из растворов органическими растворителями и нейтральными солями.

26. Для отделения осадков с БАВ из растворов.

27. Для концентрирования растворов БАВ путем сорбции и десорбции на ионообменных смолах.

28. Для кристаллизации БАВ.

Используя такую классификацию и зная принципиальную схему выработки необходимого продукта, легко составить аппаратурно-технологическую схему его выработки. Необходимое оборудование для выработки основных групп продуктов на основе микробиологического синтеза приведено в таблице 1.1.

В настоящее время наблюдается тенденция к внедрению новых принципов подхода к проектированию технологических линий биотехнологических производств. Особенностью такого подхода является выяснение на стадии проектирования возможно большего числа альтернативных вариантов схем линий, возможных типов оборудования. На основе сравнения их между собой отбирается наиболее оптимальный вариант. В основу отбора положено функционально-целевое назначение системы, особенностей технологии продукта, совокупности ограничений, налагаемых спецификой, как самого продукта, так и технологией его выработки.

Таблица 1.1 – Оборудование, используемое при выработке продуктов микробиологического синтеза

Примечание. Знаком «+» обозначены группы машин и аппаратов, применяемых для производства указанных групп продуктов.

Контрольные вопросы

1. Предпосылки, позволяющие отнести биотехнологию к технологиям будущего.

2. Специфические требования к оборудованию биотехнологических производств.

3. Основные группы оборудования по функциональным признакам.

4. Новые принципы подхода к проектированию технологических линий биотехнологических производств.