Предферментационная стадия

На этой стадии осуществляется хранение и подготовка культуры продуцента (инокулята), подготовка и получение питательных субстра­тов и сред, ферментационной аппаратуры, технологических и рецирку- лируемых воды и воздуха. Компоненты питательных сред подбирают на основании расчета материального баланса, связанного с трансформаци­ей того или иного источника питания в клеточную биомассу и/или мета­болит при учете расходуемой (выделяемой) энергии. Обычно качествен­ный и количественный состав питательных сред указан в регламентной документации.

Поддержание и подготовка чистой культуры является очень важным моментом предферментационной стадии для получения целе­вых продуктов: чаще всего это биомасса микроорганизмов - продуцен­тов. Таковыми являются бактерии и низшие грибы, однако иногда в ка­честве продуцентов могут выступать клетки высших эукариот (насеко­мых, млекопитающих, растений). Продуцент, его физиолого- биохимические характеристики и свойства определяют эффективность всего биотехнологического процесса. В отделении чистой культуры осуществляют хранение производственных штаммов и обеспечивают их реактивацию и наработку продуцента в количествах, требуемых для начала процесса. Промышленный штамм в идеале должен удовлетво­рять следующим основным требованиям:

1) стабильности структурно-морфологических признаков и фи­зиологической активности и эксплуатации в производстве;

2) повышенной скорости роста и биосинтеза целевого(-ых) про­дуктов);

3) достаточно широкому диапазону устойчивости к воздействию неблагоприятных внешних факторов (колебания температуры, рН, пе­ремешиванию, вязкости среды);

4) умеренной требовательности к ограниченному числу источни­ков питания; чем более широкий набор источников углерода, азота и других элементов может использовать производственный штамм, тем легче его культивировать, и с большей выгодой.

При выращивании посевных доз инокулята применяют принцип масштабирования, т. е. проводят последовательное наращивание био­массы продуцента в колбах, бутылях, далее в серии последовательных ферментаторов. Каждый последующий этап данного процесса отличает­ся по объему от предыдущего обычно на порядок. Полученный проду­цент по стерильной посевной линии направляется далее в аппарат, в ко­тором реализуется ферментационная стадия.

Приготовление питательных сред осуществляется в специаль­ных реакторах, оборудованных мешалками. В зависимости от раство­римости и совместимости компонентов сред могут быть применены от­дельные реакторы. Технология приготовления сред значительно услож­няется, если в их состав входят нерастворимые компоненты. В различ­ных биотехнологических процессах применяются разные по происхож­дению и количествам субстраты, поэтому процесс их приготовления ва­рьируют. Дозирование питательных компонентов подбирается и осу­ществляется индивидуально на каждом производстве в соответствии с технологическим регламентом конкретного процесса. В качестве дози­рующего оборудования при этом применяются весовые и объемные устройства, используемые в пищевой и химической промышленности. Транспорт веществ осуществляется насосами, ленточными и шнековы- ми транспортерами. Сыпучие компоненты подают в ферментаторы с помощью вакуумных насосов. Часто применяют принцип предвари­тельных смесей, т. е. соли предварительно растворяют и затем транс­портируют по трубопроводам, дозируя их подачу по объему.

В силу исключительного разнообразия биотехнологических про­цессов и применяемых для их реализации сред, методов и аппаратуры, рассмотрение данных элементов далее будет связано с конкретными биотехнологическими производствами.