Управление бизнесом
Маркетин
R&D
GLP
GCP
Проектирование (GEP)


GMP по разделам:
Персонал

Документация

Контроль качества
Аутсорсинговая деятельность
Самоинспекция
Логистика
GSP
GDP
GAMP
GPP
GACP
Терминология GMP
Экологический менеджмент
Forum
Ссылки
О проекте

Для содержимого этой страницы требуется более новая версия Adobe Flash Player.

Получить проигрыватель Adobe Flash Player




Министерство науки и образования Украины

Национальный технический университет Украины

‘КПИ'

Факультет биотехнологии и биотехники

Курсовой проект

по курсу “Оборудование биотехнологических производств и основы проектирования”

Тема проекта: Технология производства ферментного комплекса “Стерилаза”.

Расчет ультрафильтрационного аппарата для концентрирования.

Руководитель

Поводзинский В.Н.

Защищено с оценкой:

____________________

Выполнил: Островной Д.В.

Студент 4 курса, ФБТ,

Группа БТ-81

Зачетная книжка:

№ БT-8133

 

РЕФЕРАТ

 

Курсовой проект по курсу “Оборудование биотехнологических производств и основы проектирования” “Проект Технология производства ферментного комплекса “Стерилаза”. Расчет ультрафильтрационного аппарата для концентрирования. / Вып.: Островной Д.В. Руковод.: В.Н.Поводзинский. - К.: НТУУ “КПИ”, 2002. - 41 с., 2 рис., 8 табл., 27 ссылок.

 

 

Рассмотрена технология производства ферментного комплекса “Стерилаза”, обоснована целесообразность выбораной технологической схемы и оборудования применительно к производству; определены пути практической реализации технологии в виде технологической и аппаратурной схем производства; рассмотрена методика расчета и расчет ультрафильтрационной установки.

Для определения экономического эффекта и лимита экономической эффективности проведено краткое технико-экономическое обоснование.

Рассмотрены основные физико-химические свойства готового продукта, а также другие его характеристики (предназначение, описание внешнего вида).

Описаны культуральные и морфолого-физиологические показатели биологического агента – Streptomyces recifensis var. lyticus .

Ключевые слова: БИОТЕХНОЛОГИЯ, ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА, АППАРАТУРНАЯ СХЕМА.

 

Оглавление

1. Введение

3

2.Нормативно-техническая документация.

16

3.Технико-экономическое обоснование

17

4.Состав предприятия и режим его работы

19

5.Характеристика конечной продукции производства.

20

6.Обоснование выбора технологической схемы.

27

7.Характеристика биологических агентов.

33

8. Выбор ультрафильтрационного оборудования

37

9. Расчет ультрафильтрационного аппарата

44

10. Описание технологического процесса

51

11. Контроль производства

53

12. Литература

55


1. Введение

Биотехнология на сегодня определяется как удовлетворение потребностей человека с помощью живых организмов (клеток микроорганизмов, растений, животных, и т.п.) – естественных и генетически измененных, или продуктов их деятельности.

Современное состояние биотехнологических исследований в Украине нельзя оценить однозначно. С одной стороны, Украина имеет мощный кадровый научный потенциал, способный решить сложнейших проблемы биотехнологии и создать все необходимые для народа Украины продукты с применением сложнейших и наиболее современных методических подходов (генетики, генетической инженерии, клеточной инженерии). Научные работники Украины только за годы ее независимости разработали несколько конкурентоспособных биотехнологий, которые сегодня уже готовые к внедрению (дрожжи и микроорганизмы надсинтетики аминокислот, антибиотиков, факторов роста; технологии получения лекарства и биотехнологии получения новых пищевых и кормовых препаратов; естественных экологически чистых консервантов; биотехнологии очистки сточных вод и ликвидации антропогенных загрязнений; биотехнологии создания принципиально новых лекарственных препаратов, интерферонов, и т.п.). Несколько из этих биотехнологий введено на предприятиях Украины:  производство пробиотиков лекарственного и ветеринарного назначения на ОАО Днепрофарм (г. Днепропетровск); (- каротина - на Верхнем-Днепровском крохмало-патоковому комбинате; производство клея на полисахаридной основе на Ирпенском комбинате "Прогресс"; ферментов и полисахаридов - на Ладижинском комбинате "Энзим". Тем не менее, внедрение новых биотехнологий было бы намного больше, если бы промышленность Украины была способна воспринять их. Одной из причин, которая тормозит внедрения разработок, является консерватизм мышления руководителей министерств и предприятий, их нежелание наладить производство отечественных продуктов и препаратов. Второй причиной есть неспособность руководителей предприятий принять условия рыночной экономики, их абсолютная безинициативность. Примером может служить опыт внедрения в Украине, молочнокислого продукта "Геролакт" с четко выраженным антирадиационным и витаминным действием. После неудачных попыток внедрить этот препарат в Украине, лицензия на его изготовление была продана Дании, и этот продукт под названием “Гайо” пленил почти все страны мира. Нет его только в Украине и странах СНГ.

Но главнейшая причина невосприимчивости промышленности Украины к новым биотехнологиям - это отсталость производственной базы ее предприятий. Необходимое срочное переоснащение существующих заводов и создания новых, с принципиально новым идейным подходом к организации производств.

Сейчас, несмотря на экономические трудности, к внедрению готовы десятки новых биотехнологий. К сожалению, ни микробиологическая, ни пищевая, ни химико-фармацевтическая промышленность неспособны сегодня внедрять их. Разработчикам приходится продавать лицензии на эти разработки за границу на довольно кабальных условиях. Украина тратит десятки миллионов долларов на закупку за границей этих продуктов, в то время как эти средства можно было бы затратить на модернизацию упомянутых областей промышленности. Практически даже те лекарства и продукты, которые до этого времени выпускались в Украине, перестали вырабатываться, а заводы, которые их выпускали, перепрофилированные на фассовку пуловых количеств закупленных за границей лекарства, реактивов и, даже, кисломолочных продуктов и сухих заквасок. Закупка за границей которые товаров, что Украина может сама выпускать, это путь к переходу от высоко - прибыльного, высококапитализированого, наукоемкого биотехнологического производства, к малоприбыльным, экологически - опасным производствам, которые будут принадлежать иностранным корпорациям.

На сегодняшний день биотехнология развивается в следующих направлениях:

­         пищевая промышленность;

­         медицина;

­         сельское хозяйство;

­         металлургия;

­         приборостроение;

­         экология;

­         кибернетика;

­         ферментная промышленность;

Все вышеперечисленные направления биотехнологии не есть самодостаточными, то есть все направления биотехнологии тесно интегрированы с другими не только направлениями биотехнологии, но и с другими науками и технологиями. Как пример интеграции с другими науками  можно привести пример интеграции с физикой (например, использование ЯМР, ЭМР спектров для анализа химических субстанций), химии, информатики, математического моделирования, астрономии, менеджмента, маркетинга и прочих. Как пример внутренней интеграции направлений биотехнологии можно привести пример интеграции ферментной промышленности с пищевой промышленностью, медициной, сельским хозяйством, металлургией, приборостроением, экологией, кибернетикой (создание элементов памяти в качестве запоминающего элемента используется измененный при помощи ферментов бактериорадопсин, пурпурные мембраны [1]), прочие. Во всех выше перечисленных направлениях биотехнологии необходимо проводить высококачественную стерилизацию, а также разрушать отходы биотехнологических производств.

Подавление роста или уничтожение патогенных бактерий осуществляют с помо­щью различных химических или физических факторов. Они оказывают неизбирательное (ис­пользуются для обеззараживания помещений, бытовых предметов и медицинского инструмента­рия и т.д.) или избирательное (применяются в качестве химиотерапевтических средств) противомикробное действие. Основу профилактики и борьбы с инфекциями составляют методы прямого (непосредственного) и косвенного (опосредованного) воздействия. Прямые методы включают комплекс физических и химических воздействий, направленных на уничтожение патогенов с помощью непосредственно повреждающих воздействий. В частности, дезинфекция позволяет значительно уменьшить число патогенных микроорганизмов на объектах внешней среды, а стерилизация - полностью их элиминировать. Дезинфекцию можно проводить по­стоянно с определённой периодичностью (профилактическая дезинфекция). Наиболее распространённые типы дезинфектантов приведены в табл. 1.

Таблица 1.  

Тип

Определение

Гермицид

Физический или химический агент, уничтожающий большинство вегетативных форм микроорганизмов, но не их спор (обычно применяют для обработки различных объектов)

Стерилянт

Химический агент, эффективно уничтожающий микроорганизмы и их споры

Спороцид

Обычно химический агент, уничтожающий споры бактерий и грибов

Фунгицид

Химический агент, уничтожающий грибы

Вирулицид

Химический агент, уничтожающий вирусы

Бактерицид

Химический агент, уничтожающий бактерии

Бактериоста-тик

Химический агент, ингибирующий рост бактерий

Санатор

Агент (обычно детергент), поддерживающий численность микроорганизмов на определённом уровне

Физические методы подавления жизнедеятельности

Термическая обработка. Имеется множество вариантов, но термическая обработка при­менима лишь в отношении термоустойчивых материалов. Наиболее простые и доступные методы - прокаливание и кипячение.   Термическая обработка не может быть использована для  термолабильных медицинских инструментов.

Пастеризация. Метод позволяет эффективно уничтожать микроорганизмы инкубацией материала при 71,7 0С в течение 15с с последующим быстрым охлаждением (быстрая пастеризация). Медленная пастеризация подразумевает более длительную экспозицию (30 мин) при 60 0С. Пастеризация не является стерилизующим методом, т.к. не все микроорганизмы чувствительны к подобным воздействиям, по этому ее нельзя использовать в медецине и биотехнологическом производстве, однако её широко при­меняют при обработке пищевых продуктов.

Стерилизация сухим жаром. Проводят в сухожаровых шкафах при 160 °С в течение 2 ч; метод позволяет эффективно уничтожать не только вегетирующие клетки (погибают в течение нескольких минут), но и споры микроорганизмов (необходима экспозиция в течение 2 ч). Подобные воздействия разрушают структуру большинства органических соединений и ведут к значительному испарению жидкостей. Стерилизация сухим жаром не может быть использована для  термолабильных медицинских инструментов.

Стерилизация текучим паром (автоклавирование) включает обработку влажным па­ром (121 °С) под давлением (1,2-1,5 атм.); наиболее эффективна для стерилизации тер­мостабильных жидкостей. Термоустойчивые споры микроорганизмов в подобных услови­ях погибают за 15 мин. Обработка значительных объёмов (более 500 мл) требует более длительной экспозиции. В бактериологических лабораториях для этих целей используют автоклавы с горизонтальной или вертикальной загрузкой. Текучий пар нельзя приме­нять для стерилизации сред, содержащих углеводы, молоко и желатин. Стерилизация автоклавирование не может быть использована для  термолабильных медицинских инструментов.

Тиндализация — метод дробной стерилизации при низких температурах (предложил Тиндэлл) — включает ежедневное прогревание сред при 56-58 °С в течение 5-6 сут; основан на поочерёдном уничтожении вегетативных клеток, проросших спор. Основной недостаток — невозможность полной элиминации микроорганизмов, т.к. некоторые спо­ры не успевают прорастать в указанных временных интервалах, а некоторые вегетатив­ные клетки успевают образовать термостабильные споры. Метод используют для стери­лизации сыворотки, асцитической жидкости и т.д.  Метод не дает 100% гарантии уничтожения микроорганизмов и вирусов и не может быть применен в медицине.

Облучение электромагнитными волнами разной длины используют для дезинфекции, а также стерилизации термолабильных материалов.

Ультрафиолетовые (УФ) лучи (в первую очередь длиной 250 и 270 нм) воздействуют на нуклеиновые кислоты. Микробицидное действие основано на разрыве водородных свя­зей и образовании димеров тимина в молекуле ДНК, что приводит к появлению нежиз­неспособных мутантов. Применение УФО для стерилизации ограничено его низкой проникаемостью и высокой поглотительной активностью воды и стекла.

- и рентгеновское излучение эффективно используется для стерилизации большин­ства материалов, но требует строгого соблюдения правил безопасности. Облучение вызы­вает образование свободных радикалов, денатурирующих нуклеиновые кислоты и белки, что и приводит к гибели клетки. Метод широко используют для стерилизации пластмасс, перспективно применение для стерилизации пищевых продуктов.

Микроволновое излучение используют для быстрой повторной стерилизации дли­тельно хранящихся сред. Стерилизующий эффект достигается за счёт быстрого подъёма температуры.

Ультразвук вызывает деполяризацию органоидов микробных клеток и денатурацию со­ставляющих их молекул (в результате местного нагревания).

Стерилизация фильтрованием через различные природные (например, каолин, инфу­зорная земля) или искусственные материалы обеспечивает эффективную элиминацию бак­терий и эукариотических микроорганизмов в жидкостях и газах. Мембранные фильтры с диаметром пор 0,2 мкм эффективно задерживают бактерии, но не их споры и вирусы, т.е. они не обеспечивают полной стерилизации жидкостей и газов.

На практике широкое применение метода фильтрации ограничивается вязкостью различ­ных жидкостей, определяющей скорость их прохождения через фильтры. Стерилизующая фильтрацыя не применима для дезинфекции твердых предметов.

Химические методы подавления жизнедеятельности микроорганизмов включают:

1)      примене­ние дезинфектантов и антисептиков, дающих неспецифический бактерицидный эффект;

2)      ис­пользование антибиотиков и синтетических антимикробных препаратов, проявляющих избира­тельное противомикробное действие.

Химические средства неспецифического действия, применяемые для обработки поме­щений, оборудования и различных предметов, обозначают термином «дезинфектанты», а вещества, используемые для обработки живых тканей, - «антисептики». Дезинфицирую­щие средства оказывают в используемых концентрациях бактерицидное действие, а антисеп­тики в зависимости от концентрации - бактериостатическое или бактерицидное. Подобные препараты обычно действуют быстро, легко растворимы в воде, при правильном применении не оказывают вредного воздействия на организм человека и достаточно дёшевы. 

Алкоголи, или спирты (этанол, изопропанол и др.). Как антисептики наиболее эффек­тивны при использовании в виде 60-70% водных растворов. Спирты осаждают белки и вымывают липиды из клеточной стенки. При правильном применении эффективны в от­ношении вегетирующих форм большинства бактерий. Следует помнить, что к их дей­ствию резистентны споры бактерий, грибы и вирусы.

Галогены и галогенсодержащие препараты (препараты йода и хлора) широко при­меняют как дезинфектанты и антисептики.

Йода спиртовой раствор (5% в этаноле) применяют как антисептик для обработки неповреждённой кожи, а также при порезах и ссадинах. Взаимодействует с гидро-ксильными группами белков, нарушая их структуру.

Йодинол (1% водный раствор содержит 0,1% йода, 0,3% калия йодида и 0,9% поливинилового спирта, замедляющего выделение йода) применяют при хроническом тонзиллите, гнойном отите, озёне, гнойных хирургических заболеваниях, трофичес­ких язвах, ожогах.

Йодонат (водный раствор комплекса поверхностно-активного вещества с йодом) при­меняют в качестве антисептика только для обработки операционного поля как замени­тель спиртового раствора йода.

Газообразный хлор, взаимодействуя с водой, образует хлорноватистую кислоту (НСlO). Хлор оказывает выраженное бактерицидное действие на многие микроорга­низмы; в присутствии органических веществ его противомикробное действие значи­тельно уменьшается. Хлорная известь (5,25% NaCIO) при растворении образует хлорноватистую кислоту; применяют для дезинфекции.

ХлораминБ (содержит 25-29% активного хлора) обладает антисептическими и дезодорирующими свойствами. Используют для обработки инфицированных ран (1,5-2% раствор), дезинфекции рук (0,25-0,5%) и неметаллических инструментов. Для дезинфекции предметов ухода за больными и выделений при кишечных и воздуш­но-капельных инфекциях применяют 1-3% раствор, при туберкулёзной инфекции — 5% раствор.

Хлоргексидина биглюконат (гиббитан) выпускается в виде 20% водного раствора; обладает сильным бактерицидным свойством. Для обработки операционного поля, а также для стерилизации инструментов (в течение 5 мин) применяют 0,5% водно-спиртовой раствор, для обра­ботки ран, ожогов - 0,5% водный раствор, для дезинфекции рук - 0,5% спиртовой или 1% водный растворы. Для дезинфекции помещений и оборудования применяют 0,1% водный раствор. 0,05% раствор в специальной упаковке из полимерного матери­ала по 100 мл применяют для индивидуальной профилактики венерических заболева­ний. Мазь «Сибикорт» (содержит 1 % хлоргексидина и 1 % гидрокортизона) приме­няют при экземе, дерматитах в качестве противовоспалительного и антибактериального средства.

Альдегиды алкилируют амино-, сульфгидрильные и карбоксильные группы белков и более низкомолекулярных органических соединений, вызывая гибель микроорганизмов.Их широко используют как консерванты. Наиболее известные — формальдегид (8%) и глутаровый альдегид (2-2,5%) — проявляют раздражающее действие (особенно пары), что ограничивает их широкое применение.

Раствор формальдегида обладает дезинфицирующим и дезодорирующим свойства­ми. Применяют для мытья рук, дезинфекции инструментов, спринцеваний, обработки кожи ног при повышенной потливости. Входит в состав препаратов: формидрон, мазь формалиновая.[2]

Лизоформ — мыльный раствор формальдегида. Применяют для спринцеваний в ги­некологической практике, для дезинфекции рук и помещений[3].

Борная кислота обладает антисептической активностью. Наносят в виде растворов или порошка на кожу и слизистые оболочки, однако хорошее всасывание препарата и медленное выведение из организма ограничивают его применение.

 Бензойная кислота оказывает противомикробное и фунгицидное действие и нахо­дит применение в качестве антисептика, а также в качестве пищевого консерванта (0,1% раствор).

Уксусная кислота в виде 0,25-2% раствора находит применение как антисептик для обработки наружного уха и орошения нижних отделов мочевыводящих путей; особенно активна в отношении аэробных грамотрицательных бактерий (например, Pseudomonas).

Салициловая кислота — антисептик, применяемый в спиртовых растворах (1-2%), присыпках, мазях, пастах (например, для лечения дерматомикозов в областях, подвер­женных трению); оказывает также в зависимости от концентрации отвлекающее, раз­дражающее и кератолитическое действие.

Раствор аммиака [(нашатырный спирт (NН4ОН), содержит 9,5-10,5% аммиака] относят к антисептикам из группы щелочей. Применяют для обработки рук хирурга (0,5% раствор)

Тяжёлые металлы. Их антимикробный эффект основан на способности осаждать белки и прочие органические соединения. В качестве антисептиков широко используют нитрат серебра (ляпис), сульфат меди (медный купорос) и хромат ртути (мербромин). Не реко­мендуют применять для дезинфекции соединения свинца, мышьяка и ртути, т.к. они спо­собны аккумулироваться в организме человека.

Ртути дихлорид (сулема). Высокотоксичный препарат, всасывается через кожу. Иногда используют для дезинфекции белья, одежды, предметов ухода за больными, не применяют для дезинфекции металлических предметов.

Фенолы и их замещённые производные широко применяют как дезинфектанты, в меньших концентрациях — как эффективные антисептики. Препараты денатурируют белки и нарушают структуру клеточной стенки. От применения непосредственно фенола отказа­лись достаточно давно, но его производные (например, резорцин, хлорофен, тимол, са­лол) применяют сравнительно часто. Гексахлорофен наиболее активен в отношении ста­филококков.

Фенол (карболовая кислота) применяют для дезинфекции помещений, дезинсекции. Легко всасывается через кожу и может вызвать токсические явления: головокруже­ние, слабость, нарушение дыхания, коллапс.

Катионные детергенты оказывают бактерицидное действие, связанное с изменением проницаемости цитоплазматической мембраны. Их эффект уменьшают анионные поверх­ностно-активные вещества (следовательно, они несовместимы с мылами), низкие значения рН, некоторые органические соединения и ионы металлов. Катионные детергенты также адсорбируются в значительной степени пористыми и волокнистыми материалами. При нанесении на кожу они образуют плёнку, под которой могут оставаться живые микроор­ганизмы.

Этоний обладает бактерицидным и бактериостатическим свойствами, оказывает инак-тивирующее действие на токсин стафилококка, местноанестезирующее действие, сти­мулирует заживление ран. Применяют при трофических язвах, трещинах сосков, зудя­щих дерматозах, язвах роговицы, кератитах.

Роккал применяют в качестве антисептика для обработки рук хирурга, операционно­го поля и ран, дезинфекции инструментов и помещений.

В качестве антисептиков давно и эффективно применяют различные красители (напри­мер, бриллиантовый зелёный, метиленовый синий, риванол или основной фуксин).

Окислители. Механизм антимикробной активности связан с окислением метаболитов и ферментов микроорганизмов либо денатурацией последних.

Раствор перекиси водорода концентрированный (пергидроль). Содержит 27,5-31% H2O2. Применяют в виде раствора для-полосканий и смазываний при ангинах,стоматитах, для лечения гнойных ран. В дерматологии применяют в качестве депиг-ментирующего средства.

Раствор перекиси водорода содержит 3% Н202. Применяют в основном для полос­кания полости рта и очистки ран, можно использовать для дезинфекции контактных линз. Препарат обладает также дезодорирующим свойством.

Гидроперит. Комплексное соединение перекиси водорода с мочевиной. Содержит около 35% H2O2. Для приготовления раствора, соответствующего приблизительно 1% раствору H2O2, 2 таблетки [1 таблетка соответствует 15 мл 3% раствора перекиси водорода (0,45 г)] растворяют в 100 мл воды.

Калия перманганат образует тёмно-фиолетовые водные растворы, способные окра­шивать ткани и одежду в коричневый цвет. Растворы калия перманганата в разведе­нии 1:5000-1:10000 в течение 1 ч вызывают гибель многих микроорганизмов. Приме­няют для промывания ран (0,1-0,5% растворы).

Вторым направлением использования Стерилазы является использование ее в качестве средства для гомогенизации. В биотехнолологическом производстве широко используются мутантные микроорганизмы, которые накапливают в себе ценные продукты. Для извлечения, которых необходимо разрушить клеточною стенку то есть гомогенизировать субстрат. Гомогенизацию проводят при помощи ножевых гомогенизаторов типа Уорринга или пестикового гомогенизатора Поттера-Эльвегейма. Для выделения ряда белков из плотных животных и растительных объектов часто используют валковые или шаровые мельницы. Успешно применяется также метод попеременного замораживания и оттаивания ткани, в основе действия которого лежит разрушение клеточной оболочки, вызванное кристаллами льда. Для дезинтеграции тканей используют также ультразвук, пресс методы (замороженный биоматериал пропускают через мельчайшие отверстия стального пресса под высоким давлением) и метод «азотной бомбы», при котором клетки (в частности, микробные) сначала насыщают азотом под высоким давлением, затем резко сбрасывают давле­ние - выделяющийся газообразный азот как бы «взрывает» клетки.[4]  Также используют БА разрушающие клеточную стенку, такие как лезоцым, стерелаза которые выгодно отличаются своим селективным воздействием на клеточную стенку.

Мы в нашем курсовом проекте занимаемся производством комплекса ферментов “Стерилаза”, а именно стадией концентрирования с использованием ультрафильтрационного оборудования.

Мы выбираем ферментный препарат “Стерилаза” так как он имеет следующие преимущества:

­         Средство обладает бактерицидными (в т. ч. в отношении микобактерии туберкулеза), вирулицидными (вт. ч. в отношении возбудителей гепатита В и ВИЧ-инфекции), фунгицидными (в орошении грибов рода Кандида), и спороцидными свойствами.

­         не содержит хлора и формальдегида;

­         воздействует при низких температурах

­         концентрированная форма позволяет кардинально сократить расходы, связанные с использованием препаратов этого класса;

­         разводится водой любой жесткости;

­         рН-нейтрально, не разрушает структуру материалов;

­         экологичность;

­         надежность в эксплуатации.

Актуальность использования ультрафильтрационной аппаратуры.

Значение мембранной технологии в последние годы резко возросло, прежде всего, как технологии, способной навести мост через пропасть, разделяющую промышленность и экологию. Необходимо отметить что процессы устойчивого развития общества и государства прямо связаны с решением основных глобальных проблем человечества - безопасностью проживания, обеспечением населения экологически чистыми продуктами питания и питьевой водой, созданием должного баланса между решением социально-экономических проблем и сохранением окружающей среды. Они зафиксированы в решениях Конференции ООН по окружающей среде и устойчивому развитию в Рио де Жанейро (1992г.) и на Специальной сессии Генеpальной Ассамблеи ООН по вопросам экологии и устойчивого развития в июне 1997 г.

Реализованные в последнее время современные технологические процессы получения различных веществ и материалов, а также обработки отходов и сточных вод, как это не покажется странным, увеличивают общий объем отходов. Существующая мировая статистика свидетельствует о том, что в настоящее время только 7-12% исходного сырья преобразуется в конечный продукт, а, примерно, 90% на разных стадиях производства и потребления переходят в отходы, которые в то же время могут быть ценным сырьем, представляющим собой полуфабрикат, переработка которого может быть в несколько раз рентабельней, чем стандартного сырья, конечно, при условии реализации экологически безопасных технологий и получения при этом высококачественных конкурентоспособных продуктов. В этой связи уже сегодня можно сделать предположение, что XXI век будет в значительной степени посвящен созданию экологически безопасных и, самое главное, мало затратных экономически и технологически обоснованных процессов переработки материалов, отходов и получения на их базе полезных и необходимых для общества продуктов.

Одной из первых среди таких технологических процессов следует отнести мембранные, другие нетрадиционные и комбинированные процессы обработки веществ и материалов. Мембранные методы разделения жидких и газообразных сред уже сегодня заняли прочное место в арсенале промышленных технологических процессов, хотя полное становление и отдача мембранной науки и технологии ожидается в ХХI веке. Существуют области, где мембранная технология вообще не имеет конкурентов. Здесь следует упомянуть аппарат "искусственная почка", создание сверхчистых веществ и зон в микроэлектронике, выделение термолабильных биологически активных веществ и др.

Решением Правительственной комиссии Российской Федерации по научно-технической политике от 21 июля 1996 г. мембранная технология получила статус критической технологии федерального уровня, также как катализ, молекулярный дизайн, новые материалы, генная инженерия и другие мировые приоритеты. К этому необходимо добавить взаимосвязь или, если так можно выразиться, взаимопроникновение, взаимообеспечение этих технологий, причем, в отличие от ряда других, мембранная технология обслуживает не только все критические технологии федерального уровня в рамках своего приоритетного направления развития науки и техники "Новые материалы и химические продукты", но и еще несколько десятков критических технологий федерального уровня в рамках всех 7, утвержденных Правительством приоритетных направлений развития науки и техники и, в первую очередь, такие как "Экология и рациональное природопользование", "Топливо и энергетика", "Информационные технологии и электроника", являясь одной из крупнейших проблем межотраслевого характера. К этому необходимо добавить полное исключение возможных негативных последствий ее использования, что невозможно гарантировать, например, при неконтролируемой реализации генной инженерии.

Глобальный характер воздействия и влияния мембранной технологии на реализацию других российских и мировых научно-технологических приоритетов в последнее время получил свое дальнейшее подтверждение. Критическая технология федерального уровня "Мембраны" вошла в 17 приоритетных для российской науки направлений, в которых российские ученые опережают мировой уровень, причем, без использования мембранных процессов невозможно обеспечить поддержание необходимого научно-технического уровня в 12 приоритетах. К этому необходимо добавить серьезные возможности мембранных процессов в решении важнейшей задачи современного этапа развития нашего общества - технологического обновления отечественной промышленности, что особенно актуально в период последствий резкого обострения известных кризисных явлений 1998 года.

Жизненная необходимость широкомасштабного внедрения мембранных процессов определяется многими факторами и, прежде всего, их прямым влиянием на обеспечение национальной безопасности, решение наиболее острых социально-экономических проблем и в перспективах их практического использования.

Основные направления развития мембранной техники и мембранных технологических процессов

1. Мембранные процессы очистки сточных вод с выделением ценных компонентов в машиностроении, целлюлозно-бумажной, текстильной и пищевой промышленности, коммунальном хозяйстве и других отраслях.

2. Экологически безопасные и ресурсосберегающие процессы получения ценных нефтепродуктов из природного газа и газового конденсата, отходящих газов нефтепереработки, селективное выделение биогаза при переработке органических отходов,

3. Переработка вторичного пищевого сырья с выделением ценных компонентов (в т.ч. продуктов детского и диетического питания) из молочной, сырной и творожной сыворотки, кукурузного и картофельного крахмала, рапса, сои и других пищевых продуктов, очистка пищевых масел от фосфолипидов и следов металлов.

4. Катион проводящие полимерные мембраны для электрохимических генераторов.

5. Мембранные сенсоры и биосенсоры для компактных высокочувствительных систем управления и приборов.

6. Мембранные дозаторы и пролонгаторы лекарственных препаратов с контролируемой скоростью дозировки в ткани и органы, покрытия на раны и ожоги, искусственная поджелудочная железа.

7. Мембранные процессы для бактериологического контроля воды, анализа сыворотки крови, аппараты для плазмофереза и оксигенации крови.

8. Процессы селективного массопереноса с использованием жидких мембран для извлечения и концентрирования химических продуктов из различных сред (мембранная экстракция, пертракция, курьерный механизм).

9. Научные основы получения мембранных катализаторов и мембранных каталитических реакторов, методы исследования проницаемости и дефектности мембранных систем для разделения и концентрирования компонентов. Мембранные реакторы для безотходных процессов получения продуктов при минимальных энергозатратах без сбросов сточных вод и выбросов в атмосферу.

10. Научные основы получения новых классов термически и химически стойких мембранообразующих полимеров с функциональными группами разной природы (ароматических полиамидов, полиимидов, полиамидоимидов, полигетероариленов и др.).

11. Принципы направленного конструирования керамических и композиционных высокотемпературостойких, химически стойких и высокоселективных мембран для микро-, ультра- и нанофильтрации, первапорации и газоразделения.

Анализ завершенных и выполняемых в рамках приоритетов Миннауки России НИОКР в сопоставлении с наработками фундаментальной науки еще раз подтвердил, что без использования мембранной науки и мембранных процессов реализация многих критических технологий потребует больших материальных и временных затрат. Так, например, из 15 критических технологий федерального уровня, получивших высокий рейтинг по показателям состояния и перспективам развития ("Известия" от 15 августа 1998 г.) мембранные процессы необходимо использовать в 11, а из 21 критической технологии (по результатам экспертного опроса Миннауки России) - 16. Перечисленные факты еще раз подтверждают глобальный и межотраслевой характер мембранных процессов, что дает нам основание говорить о мембранной науке и технологии как авангардном направлении исследований XXI века, реализующим структурообразующие и социальнозначимые технологии и обеспечивающим инновационный характер развития отечественной промышленности  [5].

Чрезвычайно перспективна разработка мембран новых поколений с целенаправленно формируемой структурой, что позволит при выборе определенных режимов разделения повысить проницаемость и избирательность мембран по целевым компонентам с достижением стабильности функциональных характеристик мембран. При этом предполагается также осуществить широкий поиск новых возможностей мембранных технологий как по разработкам новых мембранных процессов для решения актуальных прикладных проблем, так и по оптимизации технологических схем существующих процессов.


2.Нормативно-техническая документация.

Конечной продукцией производства является гидролитический ферментный препарат стерилаза (ТТР 64-00479824-123 –99).

Гидролитический ферментный препарат, изготовленный по данному регламенту должен отвечать таким требованиям представленным в таблице № 2.

По параметрам острой токсичности по ГОСТ 12.1.007-76 концентра средства “Стерилаза” относится к 3 классу умеренно-опасных соединений.

При дезинфекции эндоскопов и инструментов к ним используют технологию обработки, изложенную в "Методических рекомендациях по очистке, дезинфекции и стерилизации эндоскопов" (№15-6/33 от 17.07.90) и в "Методических рекомендациях по дезинфекции, предстерилизационной очистке и стерилизации медицинских инструментов к гибким эндоскопам" ("28-6/3 от 09.02.88).

Качество предстерилизационной очистки изделий, в том числе совмещенной с их дезинфекцией, оценивают путем постановки азопирамовой или амидопирамовой пробы на наличие остаточных количеств крови согласно методикам, изложенным соответственно в методических указаниях "Контроль качества предстерилизационной очистки изделий медицинского назначения с помощью реактива азопирам" (№28-6/13 от 25.05.88) и в "Методических указаниях по предстерилизационной очистке изделий медицинского назначения (№28-6/13 от 08.06.82).

Перечень инструктивно-методических документов, отражающих вопросы дезинфекции:

1.        ОСТ 42-21-2-85 “Стерилизация и дезинфекция изделий медицинского назначения. Методы, средства и режимы”.

2.        Приказ Минздрава СССР от 12 июля 1989 г. № 408 “О мерах по снижению заболеваемости вирусными гепатитами в стране”.

3.        Методические указания по классификации очагов туберкулезной инфекции, проведению и контролю качества дезинфекционным мероприятий при туберкулезе (утверждены Минздравом СССР 4 мая 1979 г., № 10-8/39.

4.        Методические рекомендации по дезинфекции, предстерилизационной очистке и стерилизации медицинских инструментов к гибким эндоскопам (утверждены Минздравом СССР 9 февраля 1988 г., № 28-6/3).

5.        Методические рекомендации по очистке, дезинфекции и стерилизации эндоскопов (утверждены Минздравом СССР 17 июля 1990 г., № 15-6/33).


3.Технико-экономическое обоснование

Чтобы успешно  работать,  нам необходимо разрешить несколько проблем:

·        Каких характеристик ждут потребители от Средства стерилизации “Стерилаза”?

·        Какие группы потребителей и какой именно спрос фирме следует стремиться удовлетворить?

·        Какими должны быть дизайн и цена товара?

·        Какую гарантию и какой сервис следует предложить?

·        Услугами, каких оптовых и розничных торговцев следует вос­пользоваться?

·        Какие меры в области рекламы, личной продажи, стимулирования сбыта, и пропаганды могли бы способствовать продаже товара?

При подготовке к выходу на рынок со своим предложением нам предстоит принять ряд сложных решений. Рынок очень требователен, и для разработки предложения, привлекающего и удовлетворяющего клиентов, нужно мыслить категориями современного маркетинга.

Нам необходимо определить спрос на сегодняшний день и на перспективу.

Что человеку нужно, действительно нужно? Несколько фунтов еды каждый день, тепло, кров, шесть футов, где прилечь, и какое-нибудь рабочее занятие, которое дает чувство свершения. И это все - с материальной стороны. И мы знаем это. Но наша экономическая система непрерывно промывает нам мозги до тех пор, пока мы не оказываемся погребенными под могильным холмом из напоминаний о сроках оплаты, закладных, нелепых безделушек, игрушек, отвлекающих наше внимание от осознания полнейшего идиотизма,    решаемой всю жизнь шарады[Sterling Hayden. “Wanderer”, N. Y., “Knopf”, 1963].

С другой стороны есть высказывания J. William.

Агрессивные политика и практика в области высоких технологий как раз и ответствен­ны в основном за высокий материальный уровень жизни в Америке. Сегодня, благодаря массовому выпуску высокотехнологичных товаров, не требующих больших издержек мы пользуемся товарами, которые некогда считалис предметами роскоши и до сих пор считаются таковыми во многих зарубежных странах[William J. Stanton. “Fundamentals of Marketing”, 5-th ed. N.Y., “McGraw-Hill”, 1978,  p.7.].

Высоко технологические продукты вскармливают потребительские способности производителей. Они порождают потребности в более высоком уровне жизни. Она ставит, перед человеком  цель  обеспечить  себя  и  свою  семью  лучшим жилищем, лучшей одеждой, лучшей пищей. Она стимулирует его усердие и производительность. Она объединяет в плодотворный брачный союз такие вещи, которые в других обстоятельствах просто не сошлись бы друг с другом [Sir Winston Churchill].

Какова же истинная цель выпуска стерилизующего ферментного комплекса “Стерилаза”? Предлагается четыре альтернативных варианта ответа:

­          достижение максимально возможного высокого потребления;

­          достижение максимальной по­требительской удовлетворенности;

­          представление максимально ши­рокого выбора;

­          максимальное повышение качества жизни.

Ответить на этот вопрос нельзя, так как любой ответ будит субъективным и зависит от ценностей каждого человека.[9]

Учитывая широкое применение продукта и низкую капитализацию отечественного рынка можно задаться 10т. спросом на выпускаемую продукцию.


4.Состав предприятия и режим его работы

Для бесперебойного обеспечения предприятия энергоресурсами на предприятии должна находится следующие вспомогательные производства:

­       котельная  будет обеспечивать предприятие водяным паром;

­       бойлерная будет обеспечивать предприятие горячей водой;

­       если предприятие будет выпускать шырокую гаму продуктов с большыми обемами выпуска то целесообразно использовать ТЭЦ которая будет обеспечивать предприятие водяным паром, горячей водой и электроэнергией.

­       цех подготовки питательной среды

­       цех водоподготовки

Ультрафильтрационная установка на предприятии будет работать 220 дней в году, в одну смену на предприятии устанавливается 5 дневная рабочая неделя с 8 часовым рабочим днем. Подготовительно заключительные работы длятся 2 часа, время работы ультрафильтрационной установки 6 часов в день.  Эффективный годовой фонд рабочего времени ультрафильтрационной установки 1320 часов в год.  


5.Характеристика конечной продукции производства.

Конечной продукцией производства является гидролитический ферментный препарат стерилаза (ТТР 64-00479824-123 –99).

Препарат предназначен для лизиса грамотрицательных и грамм положительных микроорганизмов, а также дрожжевых клеток. Препарат может быть использован для получения ферментолизатов биомассы - отходов микробиологических производств. Может быть применен в аналитических целях для выделения клеточных структур, получения протопластов. Препарат может быть использован в медицинских целях, как антибактериальный препарат поверхностного применения, эффективный в отношении к антибиотико-стойких возбудителям, а также в составе моющих средств антисептического действия.

Удельная активность 1 г препарата должна быть 250- 300 тыс. единиц (по отношению к тест культуре Lactobacillus bulgaricus 51). Оптимум действия ферментного препарата: рН 6,0-7,0 , температура 45-50 С. Препарат стабильный в диапазоне рН от 5,0 до 9,0 и температуре до 60 °С.

Гидролитический ферментный препарат, изготовленный по данному регламенту должен отвечать таким требованиям представленным в таблице №2.

Таблица №2.    

№ п/п

Наименования показателя

Норма

Метод испытания

1.

Внешний вид

мелкий порошок

ГОСТ 20264.1-74

2.

Цвет

светло-бежевый, или кремовый

ГОСТ 20264.1-74

3.

Содержимое основного вещества

15-20%

Методика определения белку по Лоури

 ГОСТ 20264.1-74

4.

Массовая часть влаги

не более 5 %

 

5.

Общая загрязненность бактериальная колоний/г

не более 1х104

ГОСТ 20264. 1-74

6.

Показатель активности водородных ионов (рН) 1% раствора

6,9±0,3

ГОСТ Р 50550

7.

Плотность при 20оС, г/см3

1,064±0,015

ГОСТ 18995.1


Методические указания по применению средства “Стерилаза” для дезинфекции и стерилизации изделий медицинского назначения

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

1.1. Средство обладает бактерицидными (в т.ч. туберкулоцидными), фунгицидными (в отношении грибов рода Кандида) свойствами.

Средство хорошо растворяется в воде.

1.2. По параметрам острой токсичности по ГОСТ 12.1.007-76 концентра средства “Стерилаза” относится к 3 классу умеренно-опасных соединений при введении в желудок, нанесении на кожу и при воздействии паров действующих веществ в насыщающих концентрациях; оказывает выраженное местно-раздражающее действие на кожу и слизистые оболочки глаз (возможно повреждение роговицы). Средство оказывает слабое сенсибилизирующее действие.

1.3. Средство “Стерилаза” предназначено для дезинфекции изделий медицинского назначения из различных материалов, поверхностей в помещениях, санитарно-технического оборудования при инфекциях бактериальной (включая туберкулез), изделий медицинского назначения (включая хирургические и стоматологические инструменты, гибкие и жесткие эндоскопы, инструменты к ним) в лечебно-профилактических учреждениях.

2. ПРИГОТОВЛЕНИЕ РАБОЧИХ РАСТВОРОВ

2.1. Рабочие растворы средства готовят в стеклянных, эмалированных (без повреждения эмали), пластмассовых емкостях, снабженных крышками, путем добавления соответствующих количеств концентратов средств к питьевой воде табл.3.

Таблица 3.

Ингредиенты для приготовления рабочих растворов

Назначение рабочего раствора

Концентрация рабочего раствора

%

Количество ингредиента для приготовления 1 литра рабочего раствора

 мл

   

Концентрат средства

Вода

Дезинфекция поверхностей в помещениях, санитарно-технического оборудования

0,5

5

995

Дезинфекция и предстерилизационная очистка, в том числе совмещенные в одном процессе, изделий медицинского назначения; дезинфекция поверхностей в помещениях, санитарно-технического оборудования

1,5

15

985

Дезинфекция изделий медицинского назначения

2,0

20

980

Дезинфекция, совмещенная с предстерилизационной очисткой, изделий медицинского назначения, включая хирургические и стоматологические инструменты, жесткие и гибкие эндоскопы, инструменты к ним

2,0

20

980

3. ПРИМЕНЕНИЕ СРЕДСТВА

3.1. Средство “Стерилаза” применяют для дезинфекции при бактериальных (включая туберкулез), грибковых (кандидозы) инфекциях.

Средство “Стерилаза” используют:

­         для дезинфекции поверхностей в помещениях и санитарно-технического оборудования;

­         для дезинфекции, в том числе совмещенной с предстерилизационной очисткой, изделий медицинского назначения, включая хирургические и стоматологические инструменты;

­         для дезинфекции, совмещенной с предстерилизационной очисткой, жестких и гибких эндоскопов, инструментов к ним.

3.2. Режимы дезинфекции различных объектов рабочими растворами средства “Стерилаза” при инфекционных заболеваниях различной этиологии представлены в табл.4.

3.3. Поверхности в помещениях и санитарно-техническое оборудование протирают ветошью, смоченной раствором средства, из расчета 100 мл/м2.

3.4. Изделия медицинского назначения в разобранном виде полностью погружают в рабочий раствор, заполняя им с помощью вспомогательных средств (шприцы, пипетки) каналы и полости, избегая образования воздушных пробок. Инструменты, имеющие замковые части, погружают раскрытыми, предварительно сделав ими в растворе несколько рабочих движений для лучшего проникновения раствора в труднодоступные участки инструментов.

После окончания дезинфекционной выдержки изделия извлекают из рабочего раствора, удаляя его из каналов, и отмывают от остатков средства либо проточной питьевой водой в течение 5 минут, обращая особое внимание на промывание каналов, либо последовательно в двух емкостях с питьевой водой по 5 минут при полном погружении изделий в воду (при соотношении объема воды к объему, занимаемому изделиями, не менее, чем 3:1), каждый раз пропуская воду через каналы изделий с помощью шприца или электроотсоса в течение 1 минуты, не допуская попадания пропущенной воды в емкость с отмываемыми изделиями.

Таблица 4

Режимы дезинфекции объектов растворами средства “Стерилаза”

Объект обеззараживания

Время обеззараживания

мин

Способ обеззара-живания

 

Концент-рация

вирусные инфекции

Бакте-риальные инфекции (кроме туберку-леза)

Тубер-кулез

Кан-ди-дозы

 

Поверхности в помещениях (пол, стены и др.), жесткая мебель

0,5

1,5

--

60

30

--

--

60

--

60

Проти-рание

Санитарно-техническое оборудование

0,5

1,5

--

60

60

--

--

90

--

90

Проти-рание

Изделия медицинского назначения из стекла, пластмасс, металлов, резин

1,5

2,0

60

30

60

30

60

--

60

--

Проти-рание

3.5. Дезинфекцию изделий медицинского назначения можно совместить с их предстерилизационной очисткой.


3.5.1 Средство “Стерилаза” используют для дезинфекции, совмещенной с предстерилизационной очисткой, изделий медицинского назначения, включая хирургические и стоматологические инструменты, в соответствии с режимами, приведенными в табл.5.


3.5.2 При проведении обработки выполняют следующие манипуляции.

­         Изделия погружают в рабочий раствор сразу же после их использования (не допуская подсушивания). Кроме того, обеспечивают удаление видимых загрязнений с поверхности с помощью тканевых салфеток; у изделий, имеющих каналы, последние тщательно промывают рабочим раствором с помощью шприца. Примечание: при проведении указанных выше манипуляций соблюдают противоэпидемиологические меры: работу осуществляют, применяя резиновые перчатки и фартук.

­         Очищенные от видимых загрязнений изделия оставляют в рабочем растворе на время дезинфекционной выдержки, после чего моют каждое изделие в той же порции раствора, в которой выдерживали изделия; во время дезинфекционной выдержки одновременно осуществляется этап замачивания для процесса предстерилизационной очистки.

­         Изделия ополаскивают проточной питьевой, а затем дистиллированной водой.

3.6. При дезинфекции эндоскопов и инструментов к ним используют технологию обработки, изложенную в "Методических рекомендациях по очистке, дезинфекции и стерилизации эндоскопов" (№15-6/33 от 17.07.90) и в "Методических рекомендациях по дезинфекции, предстерилизационной очистке и стерилизации медицинских инструментов к гибким эндоскопам" ("28-6/3 от 09.02.88).


Таблица № 5.

Этапы обработки

Режим обработки

 

Концентрация рабочего раствора (по препарату), %

Температура рабочего раствора, оС

Время выдержки  мин

Удаление видимых загрязнений с поверхности изделий с помощью тканевых салфеток при погружении в рабочий раствор; тщательное промывание каналов рабочим раствором с помощью шприца или иного приспособления

1,5

не менее 18

не регламентируется

Замачивание изделий, в том числе стоматологических и хирургических инструментов, при полном погружении в рабочий раствор и заполнении им полостей и каналов:

­         изделий из стекла, пластмасс, металлов;

­         изделий из любых материалов, в том числе резин

1,5

не менее 18

90

Мойка каждого изделия в том же растворе, в котором осуществляли замачивание, с помощью ерша, ватно-марлевого тампона или тканевой салфетки, каналов с помощью шприца:

­         изделий, имеющих замковые части, каналы и полости;

­         остальных изделий

1,5

не менее 18

1,0

Ополаскивание проточной питьевой водой (каналы - с помощью шприца или электроотсоса)

не нормируется

не нормируется

5,0

Ополаскивание дистиллированной водой (каналы - с помощью шприца или электроотсоса)

не нормируется

не нормируется

0,5

Качество предстерилизационной очистки изделий, в том числе совмещенной с их дезинфекцией, оценивают путем постановки азопирамовой или амидопирамовой пробы на наличие остаточных количеств крови согласно методикам, изложенным соответственно в методических указаниях "Контроль качества предстерилизационной очистки изделий медицинского назначения с помощью реактива азопирам" (№28-6/13 от 25.05.88) и в "Методических указаниях по предстерилизационной очистке изделий медицинского назначения (№28-6/13 от 08.06.82). Контролю подлежит 1% одновременно обработанных изделий одного наименования (но не менее трех изделий).

При выявлении остатков крови (положительная проба) вся группа изделий, от которой отбирали изделия для контроля, подлежит повторной обработке до получения отрицательного результата.

4. МЕРЫ ПРЕДОСТОРОЖНОСТИ

4.1. К работе допускается Персонал не моложе 18 лет, не имеющий медицинских противопоказаний к данной работе, не страдающий аллергическими заболеваниями.

4.2. Следует избегать попадания средства в глаза и на кожу. Особенно осторожно работать с концентратом средствам.

4.3. Работы со средством необходимо проводить с защитой кожи рук резиновыми перчатками.   

4.4. Работы со средством нужно проводить в отсутствие больных.

4.5. Емкости для обработки изделий медицинского назначения средством должны быть закрыты крышками.

4.6. Средство следует хранить отдельно от лекарственных препаратов в темном месте, не доступном детям.

5. МЕРЫ ПЕРВОЙ ПОМОЩИ ПРИ СЛУЧАЙНОМ ОТРАВЛЕНИИ

5.1. При разливе концентрата средства на большой площади и при несоблюдении мер предосторожности возможно местно-раздражающее действие на слизистые оболочки глаз (жжение, резь, слезотечение) и верхние дыхательные пути (першение в горле, насморк, кашель); головокружение, тошнота; могут быть аллергические реакции.

5.2. Пострадавшего следует немедленно вывести на свежий воздух. Показан прием теплого молока с пищевой содой (1 чайная ложка на стакан молока). При необходимости обратитесь к врачу.

5.3. При попадании средства в глаза немедленно промыть их под струей воды в течение 10 мин, при раздражении слизистых оболочек глаз закапать 1-2 капли 30% раствора сульфацила натрия. Показаться окулисту.

5.4. При попадании средства на кожу немедленно промыть пораженное место большим количеством воды с мылом.

5.5. При попадании средства в желудок выпить несколько стаканов воды и принять адсорбент (10-20 измельченных таблеток активированного угля на стакан воды, или 1 стакан молока).[7]


6.Обоснование выбора технологической схемы.

При выборе технологической схемы этапа отделения и концентрирования комплекса ферментов препарата “Стерилаза” нам необходимо руководствовадся главной доктриной биотехнологии: регулируемое получение максимального количества биологически активных веществ или биомассы с заданными характеристиками при полном использовании биологического потенциала биологического агента.

Так как наш продукт накапливается экзогенно, то нам в первую очередь необходимо отделить клетки Streptomyces recifensis var. lyticus IMB Ac-5001, а также продукты их распада. Это можно осуществить при помощи центрифугирования, стерилизующей фильтрации, ионообменной хромотографии, биоафинной хроматографии, имуносорбции.

Рассмотрим кратко недостатки и преимущества каждого метода.

Центрифугирование.   Метод центрифугирования заключается в том, что под действием центробежной силы частицы с большей плотностью и размерами (такие как клетки, продукты распада клеток) будут отделяться от раствора. При этом важно не допустить отделения белков целевого продукта. Дабы не допустить отделения белков необходимо рассчитать константу седиментации:

где R - универсальная газовая постоянная;

T - абсолютная температура;  

 - плотность растворителя;

 - парциальный удельный объем молекулы белка

 - массовая доля белка в растворителе

D – коэффициент диффузии

Полученное значение константы седиментации намного меньше константы седиментации клетки, а также константы седиментации ее арганел, таких как рибосома (70s), а также составных частей рибосомы [50s;30s]. Это говорит о том, что осаждение белка будет наблюдаться крайне незначительно.

Все выше сказанное говорит о высокой эффективности центрифугирования. Метод позитивно отличается экологичностью, высокой интенсивностью процесса, низкой энергоемкостью и дешевизной.

Стерилизующая фильтрация через различные природные (например, каолин) или искуственные материалы обеспечивает эффективную элеминацию бактерий и эукариотических микроорганизмов в жидкостях и газах. Мембранные фильтры с диаметром пор 0,2 мкм эффективно, задерживают бактерии, но не споры и вирусы, то есть они не смогут обеспечить полного отделения спор, которые образуются при развитии микроорганизма, а также продукты лизиса клеток. Так как объемы производства невелики то не целесообразно использовать саморазгружающиеся фильтры, так как начальные капиталовложения на саморазгружающиеся  фильтры намного больше, чем на фильтры периодического действия. Однако периодические фильтры малоинтенсивны, и их эксплуатация требует дополнительного персонала для разгрузки. При использовании фильтров отсутствует инактивация ферментов, достигается высокая экологичность. Однако фильтр имеет очень важное примучество: фильтр гарантирует, что через него не пройдет частица с d > dпор , что является критическим параметром для использования ультрафильтрационной  установки.

Ионообменная хроматография. В ионообменниках белки связываются с помощью электростатических сил. Ионный обмен можно рассматривать как химическую реакцию, в ходе которой происходит обмен между ионами раствора и ионита. В ионообменниках белки связываются с ионообменной смолой. Однако с ионообменной смолой могут связываться клетки (поверхность клеток заряжена),продукты жизнедеятельности и распада клеток. По сему Мы не можем использовать ионообменную хроматографию для отделения целевого продукта от клеток, продуктов их распада и питательной среды.

Аффинная хроматография (хроматография по сродству). Основана аффинная хроматография на принципе избирательного взаимодействия белков с закрепленными (иммобилизированными) на носителе специфическими веществами – лигандами, которыми могут быть субстраты или коферменты (в нашем случае),антигены (или антитела). Благодаря высокой специфичности белков к иммобилизированому лиганду, связанному с носителем, присоединяется только один какой-либо белок из смеси.  Несомненным достоинством метода является возможность одноэтапного выделить заданный белок или другой биополимер высокой степени чистоты. Безусловно, что использование аффинной хроматографии позволит выделить чистый белок в одну стадию, однако мы имеем дело не с белком, а с комплексом ферментов. Следовательно, нам необходимо иметь целый комплекс колонок для комплексного решения проблемы связывания комплекса ферментов с комплексом легандов, что, безусловно, негативно отразится на себестоимости препарата и позитивно на качестве продукта.

Иммуноадсорбция. Суть метода заключается в следующем. Абсолютно специфическим адсорбентом для фермента является антитело к этому ферменту, которое связано с нерастворимой матрицей. Антитела обладают высокой избирательностью только к тем белкам, против которых они были получены. Поэтому при использовании иммуноадсорбента можно получить препараты фермента более чистые, чем на любом другом типе аффинного адсорбента. Высокая стоимость получения антител является существенным недостатком данного метода.

На базе преведенных данных приведем сравнительную характеристику различных методов отделения раствора белка от биомассы представлена в таблица № 6.

Таблица № 6.

Метод

Критерий

оценки

Центрифу-гирование

Стерили-зующая филь-трация

Ионо-обменная хромато-графия

Аффинная хромато-графия

Иммуно-адсорб-ция

Влияние на сибестоимость

+

-

- -

- - -

Влияние на экологию

Не значитель-ное

Не

значи-тельное

-

Высокая интенсивность

-

-

-

-

Влияние на выход и качество продукта

+

+

-

+ +

+ + +

Отсутствие инактивации

+

+

+

+

Исходя из приведенных выше данных мы выбираем центрифугирование как оптимальное решение для этапа отделения комплекса ферментов препарата “Стерилаза”.

Полученный фугат содержит 2% раствора комплекса ферментов.   Нам необходимо получить сухой продукт, то есть сконцентрировать раствора в 50 раз. В принципе это можно осуществить с помощью распылительной сушилки, барабанной сушилки и лиофильной сушки. Затраты на удаление 1м3 воды с использованием лиофильной сушилки составляют 60-90$, распылительной сушилки - 15$, в то время как затраты на удаление 1м3 воды с использованием ультрафильтрационной установки составляют 0,15-0,30 $.  Для уменьшения себестоимости продукции нам необходимо использовать те технологии в которых минимальна стоимость удаления 1м3 воды. Исходя из приведенных стоимостей удаления 1м3 воды, можно сделать вывод о перспективности использования  ультрафильтрационного оборудования для удаления влаги не только локально (в данной технологии), но и глобально. Однако применение ультрафильтрационного оборудования ограничивается таким явлением как концентрационная поляризация, гелеобразование которые наблюдаются при высоких концентрациях. По этому наиболее оптимальным будет провести процесс концентрирования в две стадии. На первой стадии раствор будет концентрироваться от 2,3% до 8,3%, на второй от 8,3 до 96%.  Для проведения первой стадии концентрирования можно использовать не только ультрафильтрационное оборудование, но и: осаждение органическими растворителями, ионообменную хроматографию, аффинную хроматографию, иммуноадсорбцию, гельхроматографию.

Рассмотрим кратко недостатки и преимущества каждого метода.

Осаждение органическими растворителями.

Осаждение органическими растворителями основано на том, что органические растворители имеют высокую полярность и изменяют гидратный слой вокруг молекулы белка. Образование новых связей между молекулами белка и органического растворителя меняет минимальную энергию Гиббса системы белок-растворитель. Это приводит к изменению конформации молекулы белка согласно принципу минимальной энергии. Изменение конформации приводит к агрегации молекул белка, что приводит к увеличению константы седиментации, нарушению седиментационного равновесия и выпадению белка в осадок. Необходимо отметить, что изменение конформации белка является частично необратимым процессом, что приводит к частичной потери активности. Так как белок достаточно мал (до 70kD) нам необходимо будет использовать большое количество органического растворителя.  

Осаждение нейтральными солями (высаливание). Основано на том, что при растворении соли изменяются свойства раствора, что приводит к осаждению белков. Растворимость белков в солевых растворах подчиняется эмпирическому уравнению Кона

 

где S, S0 – растворимость белка соответственно в растворе соли и чистой воде, ks – константа высаливания, - ионная сила раствора. Для успешного осуществления процесса высаливания необходимо, чтоб величина  была как можно больше. Величина  ks зависит от природы соли, изменяется в широких пределах: для сульфата амония – ks = 0,84, сульфата магния – 0,62 , для цитрата натрия.

Ионная сила раствора вычисляется по формуле:  

Так как  прямо пропорционально квадрату валентности ионов то мы заинтересованы в использовании ионов с максимальным зарядом. Однако использование ионов металлов с высокой валентностью затруднено в связи с их свойствами образовывать устойчивые химические соединения, то есть происходит необратимое ингибирование фермента.

В технологии для высаливания наиболее часто используют сульфат аммония как наиболее дешевый и хорошо растворимый реагент. К преимуществам относится то, что осадки, полученные при высаливании, имеют однородную структуру, содержат небольшое количество органических балластных веществ. Их легко сушить, измельчать, они слабо окрашены и хорошо растворяются. Однако необходимо удалять из этих препаратов соль путем диализа или последующего растворения и осаждения органическими растворителями.

Гель хроматография. При очистке белков от примесей, широко используют метод молекулярных сит, или гель хроматографию. При обработке эпихлоргидрином полисахарида декстрана образуется различной степени выраженности поперечные связи, приводящие к формированию крупных гидрофильных зерен, нерастворимых в воде и называемых сефадексами. Благодаря большому сродству к воде зерна сильно набухают в водной среде с образованием геля, которым заполняют хроматографическую колонку.  Разделение веществ этим методом основано на том, что большие молекулы не проникают во внутреннюю водяную фазу геля, являющуюся стационарной, и остаются снаружи, двигаясь вместе с подвижной фазой вниз вдоль колонки; небольшие молекулы, напротив, свободно диффундируют внутрь зерна, образуя равновесную систему между подвижной и стационарной фазами, и соответственно с меньшей скоростью двигаются вдоль колонки.

На базе приведенных данных приведем сравнительную характеристику различных методов отделения раствора белка от биомассы представлена в таблица № 7.

Не значитель-ное
Исходя из приведенных выше данных мы выбираем ультрафильтрацию как оптимальное решение для первой стадии концентрирования комплекса ферментов препарата “Стерилаза”.

Использование ультрафильтрации возможно только при полном удалении твердых веществ. Это означает, что перед ультрафильтрацией нам необходимо установить микрофильтрационную установку.

Полученный фугат содержит 8,3% раствора комплекса ферментов.   Нам необходимо получить сухой продукт, то есть сконцентрировать раствора в 11,5 раз. Это можно осуществить с помощью распылительной сушилки, барабанной сушилки и лиофильной сушки. Затраты на удаление 1м3 воды с использованием лиофильной сушилки составляют 60-90$, распылительной сушилки - 15$.  Для уменьшения себестоимости продукции нам необходимо использовать те технологии в которых минимальна стоимость удаления 1м3 воды. Исходя из приведенных стоимостей удаления 1м3 воды, можно сделать вывод о эффективности использования распылительной сушилки.


7.Характеристика биологических агентов.

Общие сведения.

Способность к образованию гидролитических ферментов широко распространена среди микроорганизмов, в том числе актиномицетов, которая является биологическим приспособлением в борьбе за существование с микроорганизмами, которые имеют более короткий цикл развития. Лучевые грибы синтезируют, как правило, сложные комплексы ферментов с разной субстратной специфичностью. Это обуславливает широкий спектр их литической активности и большую перспективность их практического использования.

Культура актиномицета Streptomyces recifensis является продуцентом литического ферментного комплекса, который способный лизировать клетки многих гр.(+) и гр.(-) микроорганизмов, в том числе патогенных (Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa, Salmonella и др.). Высокая активность ферментного комплекса рядом с широким диапазоном условий ее проявления (t 37-50°C, рН 5,0-9,0) дает возможность использовать препарат как основу антисептических, моющих средств.

Ферментные препараты аналогичной направленности применяются для получения ферментолизатов клеточной биомассы, в медицине, в аналитических исследованиях - для выделения клеточных структур, получения протопластов.

Актиномицеты являются прокариотными мицелиальными организмами, которые принадлежат к порядку Actinomycetales. По основным структурным компонентам и строениям клеток они могут быть отнесены к грампозитивным бактериям. Актиномицеты образовывают разветвленные клетки, которые у многих представителей порядка развиваются в мицелий. На мицелии могут образовываться специальные репродуктивные структуры - споры.

Морфология актиномицетов, даже представителей одного роду, чрезвычайно разнообразная и зависит от стадии развития культуры условий выращивания ( глубинная, поверхностная культура), и т.п..

Характеристика культуры продуцента

Продуцентом гидролитического ферментного препарата есть штамм Streptomyces recifensis var. lyticus IMB Ac-5001, полученный методом индуцированного мутагенеза и депонированный в Национальной коллекции микроорганизмов Института микробиологии и вирусологи НАН Украины.

Морфологические признаки культуры. Диаметр гиф воздушного мицелия 0,7-0,9 мкм. Спороносцы короткие, не спиральные, почти прямые, у молодой культуры едва волнистые с часто размещенными разветвлениями. Споры овальные, образовываются путем фрагментации.

Исследуемая культура на поверхности твердой среды, как правило, образовывает плотные кожистые колонии круглой формы, которые проникают в среду и покрытые первичным воздушным мицелием.[8]

Необходимо отметить, что воздушный мицелий представляет собой свободные гифы, имеющие гидрофобную оболочку и растущие вертикально вверх от поверхности колонии. Эти гифы первоначально не окрашены, но когда начинается созревоние спор, они приобретают различную окраску. На этой стадии колонии стрептомицетов становятся порошковидными или  бархатистыми, и их легко отличить от типичных колоний.

На богатой агаризованой среде образуются бледные, блестящие, плотные колонии, а при пересеве на более подходящую среду, такую как овсяный агар или крахмальный агар с миниральными солями, можно получить ярко-желтые колонии с обильным белым воздушным мицелием и спиральными спороносцами. [6]

Представители г. Streptomyces относятся к полиспоровым актиномицетам, которые на стадии репродукции формируют споры в цепочках разной формы и длины. Споры формируются на гифах воздушного мицелия (при выращивании на твердой среде), что быстро распадается на отдельные споры и вегетативные клетки шарообразной и палочковидной формы. Схема вертикального среза спорообразующей культуры р. Streptomyces при выращивании на твердой среде можно подать в виде:

Субстратная часть колонии состоит из пласта гиф, которые растут, вертикально вниз от поверхности агара и образовывают прослойку “столбообразного” мицелия. Ниже наблюдается пласт с сеткообразным размещением гиф и еще ниже - пласт гиф, который растет горизонтально.

Надсубстратная часть колонии в центральной части состоит из четверых - пяти генераций вегетативного и спорулируещего мицелия, которые размещаются этажами один над другим. Нижний пласт гиф, который прилегает к агару, автолизуется, образовывая пробелы.

При выращивании в жидкой среде культура образовывает более стойкие разветвленные формы гиф, которые однако, с течением времени, также фрагментируются.

Культурально-морфологические особенности штамма. Штамм выращивают при 28°С на протяжении 48-60 часов на модифицированной жидкой среде Чапека и подобранной ферментационной среде. В конце роста образовывается хлопьеобразный мицелий, который заполняет 2/3 объема среды. Культуральная жидкость легко разделяется при отстаивании, имеет запах дуста.

Физиологическая характеристика. Штамм хорошо растет на средах для актиномицетов: Красильникова СР-1, Гаузе-минеральна №1, модифицированное Чапека и некоторые другие. Окраска субстратного мицелия колеблется от светло-желтого к светло-коричневому. Хорошо развитый воздушный мицелий появляется на упомянутых средах на 2-3 сутки, на МПА позднее. Штамм синтезирует литические ферменты на 2-3 сутки, протеолитические - на 3 - 4 сутки, разрежает желатин, створоживает молоко; умеренно проявляет амилолитическую активность, слабо растет на клетчатке без заметного ее разрушения; восстанавливает нитраты в нитриты; не имеет тирозиназной активности. Сбраживает: глюкозу, галактозу, ксилолу. Не сбраживает: сорбит, инозит, раффинозу, рамнозу. Слабо ассимилирует дульцит, лактозу.

Оптимальная температура роста 28°С. Оптимальное значение рН среды 7,5-8,2. штамм сохраняется в виде лиофилизированой споровой суспензии при 0-4°С и на твердой среде Чапека.

Штам способен расти в жидкой среде, но для этого нужны специальные условия. Стрептомицеты растут в пробирках с жидкой средой (если нет перемешивания) в виде пленки на поверхности и иногда образуют пушистый осадок, оставляя среду совершенно прозрачной. Чтобы получить в жидкой среде рост в виде гомогенной суспензии, а это необходимо при хемотаксономических исследованиях, требуется интенсивная аэрация и перемешивание. Пробирки и колбы следует инкубировать на качалке в режиме 200-250 об/мин, чтобы снабжение культуры кислородом и перемешивание обеспечивали максимальный рост. Иногда для получения роста мицелия в виде гомогенной суспензии необходимо более интенсивное перемешивание за счет внутренних отбойников или пружин в сосуде, однако прежде всего нужен пригодный посевной материал. В отличие от типичных делящихся бактерий, образующих при длительной инкубации однородную суспензию клеток, споры актиномицетов или обрывки мицелия прорастают, удлиняются и переплетаются с образованием шаровидных структур. Для получения обильного роста в виде суспензии в колбу нужно внести большое количество зачатков роста – спор или фрагментов гиф. Итак, в первую очередь нужна среда, обеспечивающая споруляцию, либо, если ее нет, потребуется метод гомогенизации вегетативного мицелия, чтобы в посевном материале содержалось множество зачатков роста.


10. Описание технологического процесса

 

Процесс выделения комплекса ферментов из  культуральной жидкости состоит из следующих стадий:

§         Отделение биомассы сепарацией

§         Микрофильтрация осветленной жидкости

§         Ультрафильтрация

§         Стандартизация

§         Сушка

§         Выделение продукта.

§         Упаковка маркировка отгрузка

ТП4 Отделение биомассы сепарацией.

После культивирования в ферментере позиция Р1 культуральная жидкость подается на сепаратор позиция Ц2. На сепараторе культуральная жидкость разделяется на биомассу и осветленную жидкость. Биомасса идет на обеззараживание отходов (ОО 12). Осветленная жидкость поступает в сборник культуральной жидкости позиция С3.

ТП5 Микрофильтрация осветленной жидкости

В целях предупреждения забивания пор полупроницаемой мембраны ультрафильтрационной установки и развития микрофлоры ферментный раствор перед поступлением на стадию ультрафильтрования насосом Н4 подается на фильтр. На фильтре происходит отделение твердых частиц с d > 2 мкм. Микроконцентрат поступает на обеззараживание отходов (ОО 12).Фильтрат подается на насос Н6.

ТП6 Ультрафильтрация.

Насос Н6 подает фильтрат с микрофильтрационной установки Ф5 на ультрафильтрационную установку позиция Ф7.Ультрафильтрат сливается в канализацию. Концентрат подается в сборник ультраконцентрата С8.

ТП7 Стандартизация (Стабилизация ультраконцентрата). 

Стабилизация ультраконцентрата осуществляется путем добавления крахмала и  Na2HPO4 в сборник ультраконцентрата позиция С8. Сборник оборудован мешалкой для перемешивания и уменьшения grad(C). Объем сборника 0,3м3. Мощность двигателя мешалки 3,5кВт.

ТП8 Сушка.

Из сборника ультраконцентрата стандартизированный раствор подается в распылительную сушилку позиция СШ 10 при помощи насоса позиция Н9. В распылительную сушилку подается сушильный агент (воздух) с Т= 170-180 0С.

ТП9 Выделение продукта.

Выделение продукта осуществляется в осадительном позиция Ц11 и разгрузочном позиция Ц12 циклонах. В циклонах  отделение частиц происходит под действием центробежной силы,  которая действует на частицы. Необходимо отметить, что F прямо пропорционально квадрату угловой скорости, которая в свою очередь прямо пропорциональна расходу воздуха, который подается тангенциально. По этому необходимо контролировать поток воздуха.

УМО 10 Упаковка маркировка отгрузка

Полученный комплекс ферментов после разгрузочного циклона поступает на расфасовку. Расфасовка осуществляется в полиэтиленовые мешки по 5 кг.


11. Контроль производства

Для обеспечения соответствия готовой продукции требованиям нормативно-технической документации (ТТР 64-00479824-123 –99) на предприятии обеспечивается постоянный контроль процесса. Система контроля качеством на предприятии зависит от многих факторов таких как: стандарт организации труда, стандарт контроля качества на предприятии, стандарт контроля качества на предприятии контрагенте. В общем случае на предприятии контролируется качество сырья, вспомогательных материалов, полупродуктов и продуктов требованиям нормативно-технической документации, санитарное состояние цехов, оборудования и рабочих мест, выполнение регламентированной технических операций и выполнение технологических режимов работы. Для решения данных задач нам необходимо определить перечень контрольных мест в производстве.

 Литература

2.      Медицынская микробиология. /акад. В. И.Покровский  -М. ГЭОТАР МЕДИЦИНА 1999.

3.      www.lysoform.ru

4.      Т.Т.Березов, Б.Ф.Коровкин Биологочестая химия; М. “Медецина ” 1998

6.      Определитель бактерий Берджи акад. РАН Г. А. Заварзина М. “Мир”1997

7.      www.vitapool.ru/vitapool.html

8.      Методичні вказівки да виконання лабораторих работ з курсу “Загольна технологія мікробіологічних виробництв” Тодосійчук Т.С. Київ НТУУ “КПІ” 1999р.

9.      Филип Котлер Основы маркетинга Ростинтэр М. 1996

10.  Брок Т. Мембранная фильтрация / Пер.  с англ. под ред. Б.В.Мчедлишвили.-М.: Мир, 1987. - 464с.

11.  Черкасов А.Н., Пасечник В.А. Мембраны и сорбенты в биотехнологии. -Л.: Химия,1991.-240с.

12.  Брик М.Т., Голубев В.Н., Чагаровский А.П. Мембранная технология в пищевой промышленности К.: Урожай, 1991.- 222 с.

13.  Дытнерский Ю.И. Мембранные процессы разделения жидких смесей. - М.: Химия.-1975.-232 с.

14.  Дытнерский Ю.И. Обратный осмос и ультрафильтрация. - М.: Химия.-1978.-35 с.

15.  Дытнерский Ю.И. Баромембранние процессы. Теория и расчет. - М.: Химия, 1986.-272с.

16.  Брик М.Т., Цапюк Е.А., Ультрафильтрация. -К.: Наукова думка,1989. - 288с.

17.  Начинкин О.И. Полимерные микрофильтры. - М.: Химия, 1985. -216 с.

18.  Дубяга В.П., Перепечкин Л.П., Каталевский Е.Е. Полимерные мембраны. - М.:. Химия, 1981. -231 с.

19.  Яровенко В. В. Концентрирование ферментных растворов методом ультрафильтра­ции / Обзор.-М.: ОНТИТЕИмикробиопрма, 1978.-36с.

20.  Гуцалюк В.М. Обладнання для оброблення розчишв харчових продукпв мем­бранними методами.- В кн.: Обладнання гадприемств переробнї та харчової промисловості / За ред. 1.С.Гулого.- Київ; Нова книга,2000.- С.536-566.

21.  Гуцалюк В.М., Гулий I.C., Рябцев Г. Л. Первапорацшне роздшення органічних сис­тем.- В кн.: Харчова промисловість, додаток до вип. №45,- К.: УДУХТ.- 2000.- 41 с.

22.  С.- Т. Хванг.,К. Каммерейер. Мембранные процессы разделения / Пер. с англ. под ред. Ю.И.Дытнерского.-М.:Химия,1981.- 464с.

23.  Кестинг Р.Е. Синтетические полимерные мембраны. Структурный аспект./Пер. с англ. под. ред.В.К.Ежова.- М.:Химия,1991.- 336 с.

24.  Тимашев С.Ф. Физико-химия мембранных процессов.- М.: Химия, 1988.- 240с.

25.  Технологические  прцессы  с  применением  мембран  /  Пер.   с   англ,   под.ред. Ю.А.Мазитова.- М.: Мир, 1976.- 370 с.

26.  Гуцалюк В.М. Вариационные методы в решениях задач мембранной технологии.-К.: Выща школа, 1991.- 59 с.

27.  ГребенюкВ.Д. Электреодиализ. -К.: Техніка,1976. -160 с.

28.  Биологические   мембраны.    Методы   /   Под.ред.    Дж.Финделея    и    У.Эванза.-М. Мир, 1990.-424 с.

29.  Бобровник Л.Д., Загородний П.П. Электромембранные процессы в пищевой про­мышленности.- К.: Выща школа, 1989.- 272 с.

30.  Брык М.Т., Цагаок Е.А, Твердый А.А Мембранная технология в промышленности.-Киев: Техшка, 1990.- 247 с. 22.

31.  Дытнерский Ю.И.Основныепроцесы и аппараты хим технологиию.:Пособие по проектированию [Для хим. –технол. Спец вузов] М.Химия 1991. –493с.

32.  Дытнерский Ю.И. Процессы и аппараты хим технологии: Учебник для студентов хим – техтол. Спец. Вузов. –М.: Химия 1995 г.

33.  М.І. Панів Математичний мінілексикон “Світ” Львів


Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100