Тема 10 Технология получения питательных сред Учебные

Тема № 10 «Технология получения питательных сред» Учебные вопросы: 1. Общие сведения о питательных средах. 2. Технология приготовления питательных сред. 3. Процессы и аппараты в технологии питательных сред.

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПИТАТЕЛЬНЫХ СРЕДАХ Основные принципы конструирования ПС: • выбор сырьевых источников для конструирования ПС; • классификация ПС; • оптимизация ПС; • стандартизация ПС.

Удовлетворение питательных потребностей микроорганизмов Основные компоненты, формирующие клеточное веществ Углерод Азот Водород Кислород

Микроорганизмы подразделяются В зависимости от формы использования ими ПС: § 1. А в т о т р о ф ы — микроорганизмы, которые могут синтезировать вещества своей протоплазмы из простых неорганических соединений. § 2. Г е т е р о т р о ф ы — микроорганизмы, для которых источником углерода и азота служат органические вещества. В зависимости от типов используемых азотистых соединений: § 1. П р о т е о л и т и ч е с к и е, расщепляющие высокомолекулярные белковые вещества, и пептиды. § 2. Д е з а м и н и р у ю щ и е, требующие присутствия в среде готовых аминокислот, расщепление которых сопровождается выделением аммиака.

Состав питательной среды ПИТАТЕЛЬНАЯ СРЕДА Органические Неорганические Факторы роста компоненты витамины; аминокислоты; пуриновые и пиримидиновые основания и др. -гемин (фактор X); -путресцин; -олеиновая кислота; -козимаза (фактор Y). Ионы: К+, Mg 2+, Mn 2+ Fe 2+ или Fe 3+ PO 43 -, SO 42 Zn 2+, Сu 2+, Со 2+ Са 2+, Сl- и др.

Выбор сырьевых источников для конструирования питательных сред Синтезированные химическим путем Минерального происхождения Растительного происхождения Животного происхождения СЫРЬЁ

Основные виды сырья ВОДА Источники углерода Источники азота Источники микро- и макроэлементов Компоненты: свинец, цинк, мышьяк, медь, фтор. Глюкоза, лактоза, крахмал, гидрол, меласса, кукурузная мука, мелассная барда, ацетонобутиловая барда, древесное сырье. Кукурузный экстракт, соевая мука, мясо КРС, белки, пептиды и аминокислоты, тушки пушных зверей, картофель и др. К 2 СО 3, K 2 SO 4, KCI, Mg. SO 4, Mn. SO 4, Fe. SO 4, Zn. SO 4

Классификация питательных сред ПИТАТЕЛЬНАЯ СРЕДА По целевому назначению: По физическому состоянию: -микробиологические; -вирусологические. -жидкие; - жидкие концентрированные; -полужидкие; - твердые (плотные); -сыпучие; - сухие. По сложности: По происхождению и природе: -простые или обычные; -сложные, политропные или специальные. По набору питательных веществ: -минимальные среды; -богатые среды. -естественные (натуральные); -полусинтетические; -синтетические. В зависимости от назначения: -дифференциально-диагностические; -элективные; - селективные; -ингибиторные; - накопительные; -консервирующие; - контрольные. По масштабам использования: - производственные (технологические); - для научных исследований (лабораторные).

Этапы оптимизации питательной среды 1. Сбор предварительных данных о ПО и составе ПС. 2. Выбор критерия оптимизации. 3. Постановка эксперимента по матрице планирования. 4. Получение обобщающей зависимости (модели). 5. Проверка адекватности модели и значимости коэффициентов. 6. Оптимизация модели. 7. Экспериментальная проверка расчетных концентраций компонентов среды. 8. Получение прописи оптимальной среды.

Стандартизация питательных сред Под стандартностью ПС принято понимать постоянство показателям: их состава по биохимическим Øаминокислотному составу; Øминеральному составу; Øжирнокислотному составу; Øуглеводному составу; Øсодержанию витаминов; Øсодержанию углеводородов; Øсодержанию антибиотиков и др. компонентов.

2. Технология приготовления питательных сред. Требования к средам Питательная Изотоничная Стерильная С Р Е Д А Прозрачная Буферная Содержащая отдельные ингредиенты Обладающая окислительновосстановительным потенциалом

Этапы приготовления питательных сред v v v v 1. Загрузка сырья; 2. Гидролиз сырья; 3. Установление оптимального р. Н; 4. Осветление; 5. Фильтрация; 6. Розлив; 7. Стерилизация; 8. Контроль качества готовых сред.

3. Процессы и аппараты в технологии питательных сред Смешение (перемешивание) компонентов Перемешивание — один из наиболее распространенных процессов химической технологии. диспергирование капель жидкости или пузырьков газа массообмен теплообмен Условия перемешивания распределение взвешенных частиц в объеме жидкости или предотвращение их оседания выравнивание температуры в объеме перемешиваемой среды смешение взаимно растворимых жидкостей

Оборудование для перемешивания Схема аппарата с мешалкой: 1 — привод; 2 — стойка привода; 3 — уплотнение вала; 4 — вал мешалки; 5 — корпус; 6 — опора аппарата (лапа); 7 — гладкая рубашка; 8 — отражательная перегородка; 9 — мешалка; 10 — труба передавливания.

Гидролиз сырья Кислотный гидролиз Щелочной гидролиз HCl, H 2 SO 4 Na. OH, KOH расщепление нерастворимых источников углерода и азота, а также белков Ферментативный гидролиз панкреатин, трипсин, -амилаза, аминоглюкозидаза, поджелудочная железа КРС расщепление белков до аминокислот

Расщепление белков Гидролиз целлюлозы (C 6 H 10 O 5)n + n. H 2 O n. C 6 H 12 O 6

Фильтрация Схема процесса фильтрования: Суспензия Осадок Фильтрующая перегородка Фильтрат

Фильтрующие перегородки Животного происхождения: -шерсть. Пористые керамические Минерального происхождения: -асбест. Вспомогательные материалы: -уголь, доломит, -асбест, перлит. ФИЛЬТРУЮЩИЕ ПЕРЕГОРОДКИ Свойства: -пористость -стойкость -прочность. Растительного происхождения: -бельтинг, -миткаль и др. Пористые металлические Синтетического Происхождения: Происхождения -капрон, нейлон, -капрон, лавсан и др.

Способы фильтрования Фильтрование фильтрование с образованием осадка. фильтрование с забивкой пор. Условия фильтрования: 1. При постоянном перепаде давления Δр; 2. С постоянной скоростью фильтрования ΔV/ΔT; 3. При одновременном изменении Δр и ΔV/ΔT. Осадок несжимаемый

Типы фильтров фильтры Периодического действия По способу действия Непериодического действия Работающие под вакуумом По способу создания разности давлений Работающие под давлением Для разделения суспензий По назначению Для очистки воздуха С тканевой перегородкой По роду фильтрующей перегородки С жесткой перегородкой С несжимаемой зернистой перегородкой

Рамный фильтр-пресс 5 2 1 3 6 Суспензия 7 8 Промывающая жидкость Фильтрат 9 4 1—рама; 2—плита; 3—фильтрующая ткань; 4—станина; 5—упорная плита; 6—подвижная концевая плита; 7 -горизонтальная направляющая; 8—зажимной винт; 9—сборный желоб для фильтрата или промывной жидкости.

3. 5. Стерилизация среды ТЕРМИЧЕСКИЙ МЕТОД Пастеризация Паром под давлением «Текучим» паром Дробная С Т Е Р И А Л И З А Ц И Я Способы: Химический Физический Биологический

3. 5. 1. Аппаратура для стерилизации непрерывным методом. 1 2 3 4 5 Нагревательная колонна для стерилизации питательной среды: — приемная емкость; — насос; — нагреватель; — выдерживатель; — холодильник.

3. 5. 2. Установка непрерывной стерилизации (УНС) состоит: 1. Нагреватель — аппарат предназначенный для быстрого нагревания среды до температуры стерилизации при наименьшей, затрате пара. (в виде колонны, парового инжектора, двухтрубные (труба в трубе) и пластинчатые). 2. Выдерживатель — аппарат для выдерживания питательной среды при определенной температуре стерилизации. (состоит из трех труб, соединенных последовательно переходными штуцерами - (стерилизатор)). 3. Холодильник — аппарат для охлаждения питательной среды после стерилизации. (пластинчатого типа и двухтрубные теплообменники (типа труба в трубе)).

3. 6. Кинетика отмирания микроорганизмов Выдержка Т е м п е р а т у р а 0 С Охлаждение II I III Нагревание В р е м я Рис. Изменение температуры элементарного объема жидкости при непрерывной и периодической стерилизации

3. 7. Функция описывающая процесс стерилизации Удельная скорость гибели микроорганизмов k = 1 / • ln (N 0/N) ln N = - k • + ln. N 0 ln (N 0/N) = k • d , 0 Уравнение Аррениуса , k = A • exp (-E/RT) (-E/RT где - продолжительность нагревания; N 0 -исходная концентрация микроорганизмов; N –конечная концентрация микроорганизмов; R -универсальная газовая постоянная; Т –температура, K; Е - энергия активации; А –const (константа).