Выделение и очистка продуктов биотехнологии (стр. 19 )

Однако молекулярная сушка имеет преимущества в более важном, чем экономический, показателе для антибиотиков медицинского парентерального применения - качестве препаратов. Сушка при отрицательной температуре под вакуумом обеспечивает гарантию сохранения качества - растворимости, бесцветности, апирогенности, отсутствию опалесценции растворов и пр. Отсутствие последующей фасовки обеспечивает сохранение стерильности.

При распылительной сушке 7% антибиотика, возвращаемые со второй ступени на первую, сушатся повторно. Этот и некоторые другие технические особенности процесса (например, полидисперсность распыла) снижают качество продукта. По мере освоения распылительной сушки качество сухого продукта будет повышаться.

В производстве антибиотиков перспективны оба рассмотренных метода сушки растворов антибиотиков.

ОСНОВНАЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА ВЫДЕЛЕНИЯ

И ОЧИСТКИ АНТИБИОТИКОВ

Большинство стадий выделения - очистки антибиотиков осуществляется в обычной химической аппаратуре: реакторах, теплообменниках, фильтрах, центрифугах, сборниках и прочих. Своеобразно лишь аппаратурное оформление некоторых начальных стадий - ионообменной сорбции и жидкостной экстракции - в заключительной стадии - сушки растворов антибиотиков. Аппаратура этих стадий подробнее описывается выше. Вместе с тем на режимы работы аппаратуры и на набор применяемых конструкций оказывают влияние свойства антибиотиков и культуральных жидкостей.

Лабильность антибиотиков, требующая тонких методов воздействия, исключает применение высоких температур, давлений, больших концентраций кислот и щелочей, и это в большинстве случаев упрощает и удешевляет аппаратуру. Исключение составляют экстракция и сушка растворов антибиотиков, характерные довольно сложной и дорогостоящей аппаратурой. Необходимость выделения антибиотиков из разбавленных растворов и получения их в довольно чистом виде требует многих стадии и разнообразия применяемой аппаратуры. Как правило, выделение антибиотика из смеси в виде новой фазы чередуется с очисткой этой фазы от сопутствующих веществ также путем фазового переноса. Многократные фазовые переходы должны быть обеспечены соответствующей массообменной аппаратурой.

Материал, из которого изготовляют аппараты, выбирается в основном из соображений защиты перерабатываемых антибиотиков от продуктов коррозии (железа, тяжелых металлов), недопустимых в готовых продуктах даже в виде следов. Сохранность же аппаратуры - основной принцип защиты от коррозии, которым руководствуются в химической промышленности, - отступает на второй план. Требования к защите от коррозии возрастают от начала к концу технологической схемы. Таким образом, начало схемы характерно крупноемкостной аппаратурой (десятки кубических метров) в основном из недорогих материалов (сталь), подверженных некоторой коррозии, а конец, схемы - аппаратами малой емкости, изготовленных из высоколегированных нержавеющих сталей или эмалированных.

На рис. 29 изображена универсальная технологическая схема выделения, очистки и сушки большинства антибиотиков. Хотя она в действительности не существует и не целесообразна, она удобна для общего обзора аппаратуры производства антибиотиков. На схеме показаны только основные аппараты.

Схема отражает различные способы предварительной обработки и фильтрации культуральных жидкостей актиномицетов, грибов и бактерий с целью получения нативного раствора.

Из нативного раствора антибиотики выделяются либо двух-трехстадийной жидкостной экстракцией (пенициллин, эритромицин, олеандомицин), либо ионообменной сорбцией (преимущественно катионы: стрептомицин, группа неомицина), либо осаждением в виде не растворимых в воде солей со щелочноземельными металлами (хлортетрациклин). Наряду с методом осаждения окситетрациклин выделяют ионообменным методом, а тетрациклин выделяют или жидкостной экстракцией, или ионообменной сорбцией. В лабораториях разработаны и другие варианты. Не растворимые в воде антибиотики (нистатин, трихомицин и др.) подвергают экстракции из мицелия жидкостью. Отработанные нативные растворы иди твердые шламы с последующих стадий метода осаждений, а также в целом культуральные жидкости тетрациклинов после упарки и сушки могут использоваться в животноводстве.

На следующей этапе экстрагированный тетрациклин и осажденный окситетрациклин в реакторах в сочетании с центрифугами подвергаются двум переосаждениям, чередующимся с растворением. Элюаты из сорбционных колонн подвергаются деминерализации на малых ионообменных колоннах, а осажденный хлортетрациклин сушится и экстрагируется органическим растворителем в батарее экстракторов.

Полученные таким путем частично очищенные антибиотики подвергаются обработке активированным углем в реакторе и после фильтрации либо концентрируются и сушатся на распылительной или сублимационной сушилке, либо подвергаются осаждению и сушке в вакуумных, атмосферных или пневматических сушилках, распространенных в нашей промышленности.

7. ИСТОЧНИКИ ПОЛУЧЕНИЯ ЛИПИДОВ И ОСНОВНЫЕ СПОСОБЫ ИХ ВЫДЕЛЕНИЯ

Липиды - большая группа природных веществ, разнообразных по химической структуре и физико-химическим свойствам. Имеется несколько трактовок понятия липиды и различных схем их классификации, основанных на свойствах этих веществ. Общее свойство липидных соединений - способность растворяться в эфире, хлороформе и других органических растворителях (но не в воде).

Липиды по строению можно подразделить на две большие группы. 1. Простые липиды, или нейтральные жиры, представленные у большинства организмов ацилглицеринами, т. е. глицериновыми эфирами жирных кислот (свободные жирные кислоты встречаются в клетках лишь как минорный компонент). 2. Сложные липиды, к которым относятся липиды, содержащие фосфорную кислоту в моно - или диэфирной связи, - это фосфолипиды, в число которых входят глицерофосфолипиды и сфинголипиды. К сложным липидам относятся соединения, связанные гликозидной связью с одним или несколькими остатками моносахаридов, или гликолипиды, а также соединения стероидной и изопреноидной природы, в том числе каротиноиды.

До 20-х годов нашего столетия липиды, особенно нейтральные, рассматривались лишь как запасной материал, который возможно без особого ущерба для жизнедеятельности организма заменить другими, равными по калорийности веществами. Первое доказательство того, что липиды содержат физиологически необходимые для высших животных соединения, получено в 1926 г. голландскими исследователями Ивансом и Буром. Несколько позднее было установлено, что этими соединениями являются полиненасыщенные жирные кислоты (линолевая, линоленовая и арахидоновая) - физиологически необходимые для большинства живых организмов (витамин F).

В дальнейшем было установлено, что и в клетках микроорганизмов липиды выполняют самые различные биологические функции. Они входят в состав таких ответственных структур, как клеточная мембрана, митохондрии, хлоропласты и другие органеллы. Липопротеиновые комплексы играют важную роль в процессах метаболизма. С ними в значительной мере связаны активный перенос различных веществ через пограничные мембраны и распределение этих веществ внутри клетки. С составом липидов во многом связаны такие свойства организмов, как термотолерантность и термофильность, психрофильность, кислотоустойчивость, вирулентность, устойчивость к ионизирующей радиации и другие признаки. Кроме того, липиды могут выполнять функцию запасных продуктов. К таковым относятся поли-β-гидроксимасляная кислота, образуемая многими бактериями, и ацилглицерины, в частности триацилглицерин, накапливаемый в больших количествах некоторыми дрожжами и другими представителями грибов.

19. 5. ВОЗМОЖНОСТИ ПРОМЫШЛЕННОГО ПОЛУЧЕНИЯ ЛИПИДОВ

Вопросам промышленного получения липидов с помощью микроорганизмов уделяется пристальное внимание как в нашей стране, так и за рубежом. Микроорганизмы можно использовать для получения фосфолипидов, гликолипидов, незаменимых жирных кислот и препаратов на их основе, необходимых для использования в медицинской практике, сельском хозяйстве, пищевой и других отраслях промышленности.

Ряд дрожжей и мицелиальных грибов рассматривается как потенциальные продуценты липидов, в том числе липидов - аналогов некоторым типам растительных масел. Мировая практика пока не имеет производств с целевым назначением получать микробные липиды. Однако изменение конъюнктуры на мировом рынке не исключает целесообразности организации получения липидов путем микробиологического синтеза.

В настоящее время в небольших объемах получают липиды только с помощью дрожжей, причем липиды являются побочным продуктом основного производства (при получении белково-витаминных концентратов на углеводородах нефти). Получение липидов из мицелиальных грибов, а также бактерий, водорослей и простейших пока не вышло за рамки лабораторных исследований. Одной из причин медленного решения вопросов получения бактериальных липидов следует признать наличие в их составе соединений, токсичных для макроорганизма.

С помощью дрожжей возможно получение липидов на различных субстратах: гидролизатах растительного сырья, сульфитных щелоках, углеводородах нефти и др. Эффективность производства дрожжевого жира во многом связана с количеством основого сырья, необходимого для получения определенной единицы массы дрожжей, и его стоимостью. Кроме того, сырье, на базе которого готовится питательный субстрат для выращивания дрожжей, должно обеспечивать получение липидов, отвечающих требованиям, предъявляемым промышленностью, перерабатывающей липиды в различные продукты.

Наиболее отработаны технологические схемы получения липидов с помощью дрожжей на гидролизатах верхового торфа малой степени разложения и углеводородах нефти. Эти схемы различаются тем, что при получении липидов на гидролизатах торфа дрожжевой жир является основным продуктом, а при использовании углеводородов дрожжевой жир - побочный продукт, появляющийся в результате очистки дрожжевой биомассы от остаточных углеводородов. В связи с этим и фракционный состав получаемых этими путями липидов весьма различен: доминирующая фракция углеводородных дрожжей - фосфолипиды, основная фракция при получении липидов на гидролизатах торфа - триацилглицерины. В нашей стране процесс получения дрожжевых липидов в условиях специализированной установки осуществлен на Кстовском опытно-промышленном заводе белково-витаминных концентратов, вырабатывающем сотни тонн этого продукта биосинтеза. В ближайшие годы планируется ввод в строй нескольких установок по получению липидов из дрожжей способом, аналогичным кстовскому.