1
2 1. Типовые стадии биотехнологического процесса Предферментационная стадия (хранение и подготовка культуры продуцента (инокулята), подготовка и получение питательных субстратов и сред, ферментационной аппаратуры, технологических и рециркулируемых воды и воздуха). Стадия ферментации, в ходе которой происходит взаимодействие продуцента с субстратом и образование целевых продуктов. Постферментационная стадия обеспечивает получение готовой товарной продукции, а также обезвреживание отходов и побочных продуктов.
3 Асептика – это комплекс технологических и гигиенических мероприятий, обеспечивающих защиту лекарственных средств от попадания в них микроорганизмов на всех этапах технологического процесса. Методы асептики: Очистка (устранение загрязнений, включая пыль, грязь, большое количество м/о и органических веществ). Дезинфекция (снижение количества микроорганизмов до уровня, безопасного для здоровья, но не бактериальных спор). Стерилизация – процесс полного уничтожения или удаления из объекта всех жизнеспособных форм микроорганизмов. 2.1
отношение объекта стерилизации к воздействию (термостойкость, радиационная стойкость). Разложение после стерилизации не более 1-2%, без образования токсичных веществ; эффективность воздействия на различные м/о или эффективность их удаления из объекта; максимальная безопасность для персонала и жителей близлежащих районов; наличие технологических установок для стерилизации; экономическая целесообразность. 4 2.1
оборудование, коммуникации, арматура; технологические среды (питательная среда, посевной материал, сжатый воздух); технологическая одежда; готовые лекарственные препараты; упаковка для стерильной продукции. 5 2.1
6 Методы стерилизации Действие всех стерилизующих агентов основано на инактивации важнейших внутриклеточных веществ, необходимых для роста и репродукции клеток. Для стерилизации потоков могут применяться тепловые и «холодные» методы стерилизации, осуществляемые в периодическом или непрерывном режиме 2.1
7 Тепловые методы стерилизации: водяным паром (глухим или острым, текучим); р=0,11 МПа (1 атм.), t =121 °С р=0,2 МПа (2 атм.), t =132 °С горячим воздухом ( сухожаровый способ: 160, 180, 200 °С) инфракрасными лучами ; высокочастотным и СВЧ нагревом. 2.1
денатурация (коагуляция) белков; пиролиз резкая активация окислительно-восстановительных процессов (клетка сгорает). 8 2.1
9 «Холодные» методы (не вызывающие нагрева среды): ионизирующее излучение (радиационный метод ) – изделия из полимерных материалов, чашки Петри; ультразвуковое воздействие ; воздействие химическими реагентами (растворы: перекись водорода, надкислоты ; газы: окись этилена или ее смеси с флегматизаторами (СН 3 Br, CO 2, фреоны и др.) –оборудование, упаковка); ультрафиолетовое облучение ; декомпрессионное воздействие (для жидких сред); стерилизующая фильтрация (для жидких сред); центрифугирование и электростатическое осаждение (для жидких сред). 2.1
удаление следов стерилизующего агента (промывка, дегазация); прямое и косвенное влияние на объект (токсичность, ); слабая проникающая способность УФ-лучей, фотохимическое воздействие; попадание волокон фильтрующего материала в фильтрат; адсорбция макромолекул на фильтрующем материале. 10 2.1
В фармацевтической промышленности вероятность нестерильности составляет 10 11 -6 Метод стерилизации Показатели эффективности Паром под давлением 10 -6 Сухожаровый 10 -12 Газовый 10 -2 Ионизирующее излучение 10 -2 Фильтрование 10 -3 2.1
12 Преимущества стерилизации водяным паром: легко транспортируется; хорошо проникает в труднодоступные места; обладает большой теплоотдачей при конденсации; не токсичен для персонала и микроорганизмов; относительно дешев; не изменяет состава питательной среды. 2.1
13 Приготовление и стерилизация питательных сред Состав питательных сред: - источники углерода и энергии : углеводы, спирты, органические кислоты, углеводороды, меласса, гидрол, крахмал картофельный или кукурузный, кукурузная мука, пшеничные отруби; - минеральные элементы: азот (соли аммония, мочевина, кукурузный экстракт, соевая мука, свекловичный жом), фосфор сера, калий; ростовые факторы: аминокислоты, витамины; вода очищенная : очистка воды проходит 4 стадии: удаление механических загрязнений на префильтре (пористое стекло, электрокоагуляция); очистка от органических загрязнений (активированный уголь); деионизация с использованием ионообменных смол (катиониты, аниониты); стерилизация на мембранных фильтрах с размером пор от 0,22 до 0,45 мкм. 2.2
14 Термическая периодическая стерилизация питательных сред Стерилизация в автоклаве – небольшие объемы среды Таблица 1 – Соотношение времени и температуры при стерилизации питательных сред Время, мин Температура, °С 30 116 18 118 12 121 8 127 2 132 2.2
15 По конструктивным особенностям автоклавы подразделяются на: паровые автоклавы; стерилизаторы оросительного типа на горячей воде (по принципу прямого орошения горячей водой и ее прямого охлаждения с использованием регулируемого давления); газовые стерилизаторы ( ЕТО-стерилизаторы ) используются в тех случаях, если материал стерилизуемого продукта не выдерживает термической стерилизации. комбинированные стерилизаторы (используют пар (формальдегид). ЕТО-газ (90 % этиленоксида и 10 % СО2, N 2) 2.2
16 Стерилизация питательной среды в биореакторе Недостатки: значительный градиент температуры по объему; « недостерилизация » в тупиках; продолжительность пребывания среды при высокой температуре, что снижает качество питательной среды; трудность автоматизации процесса, повышенный расход пара. 2.2
17 Таблица 2 – Время достижения равной стерилизации для биореакторов различной емкости Таблица 3 – Содержание витаминов в питательной среде в зависимости от температуры и времени стерилизации 2.2 Объем биореактора, м 3 Время цикла, мин при температуре стерилизации 105 °С Время цикла, мин при температуре стерилизации 127 °С 0,2 28,0 8,8 0,6 33,7 11,3 6 41,3 12,6 60 51,5 17,5 Температура, °С 127 147 155 163 172 180 Время, мин 24,8 4,1 0,72 0,14 0,029 0,0061 Сохранение витаминов, % 0 0 2,3 28,0 64,0 89,0
18 Непрерывная термическая стерилизация питательных сред Различные типы секций непрерывных стерилизаторов: с – стерилизуемая среда; п – пар; к – конденсат; в – вода 2.2
19 Схема установки для непрерывного приготовления питательной среды: 1 и 2 – резервуары для растворения исходных веществ; 3 – резервуар для смешивания растворов, приготовления питательной среды; 4 – насос для передачи среды; 5 – колонна или инжектор для нагрева среды паром; 6 – закрытый сосуд для стерилизации; 7 – холодильник; 8 – резервуар для спуска нагретой воды; 9 – биореактор 2.2
20 Конструкции колонн для непрерывной стерилизации питательной среды 5-10 атм 135 град 2.2
21 Выдерживатель – аппарат для выдержки среды при температуре стерилизации, тип которого (емкостной или трубчатый) определяется температурой стерилизации: при температурах стерилизации до 125 °С лучше использовать емкостной аппарат. Длительность пребывания ПС при постоянной объемной скорости протекания жидкости через аппарат равна длительности заполнения аппарата. если рабочий объем выдерживателя менее 2 м 3, либо при достаточно высоких температурах стерилизации целесообразно использовать трубчатые выдерживатели. 2.2
22 Выбор теплообменника для охлаждения среды до температуры ферментации обусловлен максимальным сохранением ее стерильности (наибольшая герметичность теплообменники типа «труба в трубе», хорошая герметичность пластинчатых теплообменников, наименьшая – кожухотрубчатый теплообменник ), вязкостью концентрата питательной среды (теплообменники типа «труба в трубе» можно использовать для любых сред, а пластинчатые – только для невязких сред). Если необходима большая производительность, устанавливают несколько параллельно работающих теплообменников. 2.2
23 испаритель Теплообменник-рекуператор
24 Дополнительные элементы УНС (не обозначены на схеме): испарительная камера жидкость расширяется, вскипает, давление уменьшается, и уже со сниженным давлением среда может проходить через теплообменник, в ферментатор. теплообменник-рекуператор, в котором в качестве теплоносителя используется стерильная питательная среда с температурой 130-140 °С, которая нагревает нестерильную питательную среду до температуры 115-125 °С. 2.2
25 Таблица 4 – Технические характеристики установок непрерывной стерилизации питательных сред Недостат ок: увеличение протяженности трубопроводов, что повышает вероятность вторичной контаминации. 2.2
26 Холодная стерилизация питательных сред. Стерилизующая фильтрация Проблема: сохранение биологической полноценности ПС – сохранение термолабильных компонентов (например, витаминов), исключение процессов образования ингибиторов (например, продуктов разложения углеводов). Применяются безасбестовые целлюлозные и мембранные фильтрующие элементы: размеры пор от 12 до 0,01 мкм, толщина около 80-150 мкм Фирмы-изготовители: « Millipor », « Владипор » и др. 2.2
Стерилизация технологического воздуха Оборудование для приготовления посевного материала 27
