Проектирование технологической линии производства лактобактерина с расчетом реактора культивирования

Размещено на http://www.allbest.ru/

Аннотация

Пояснительная записка выполнена на страницах, включая 10 таблиц, 1 рисунок. Для выполнения работы использовано … источников. Графическая часть представлена конструктивным чертежом реактора для культивирования с лопастной мешалкой и машинно-аппаратурной схемой производства препарата «Лактобактерин». В работе описано производство сухого пробиотическогопрепарата «Лактобактерин». Работа состоит из пояснительной записки и графической части. В пояснительной записке рассмотренспособ получения препарата и технологическая линия, обоснованы операции технологической системы, приведены технологические характеристики оборудования, рассмотрена характеристика сырья и готового продукта. Выполнен расчет реактора для культивирования.



Введение

Микрофлора человека составляет основу его микроэкологии, организм человека населяют около 500 видов бактерий.

Нормальную флору принято рассматривать как совокупность микробиоценозов различных частей тела, контактирующих с внешней средой. В основном это слизистые оболочки, которые нормальная флора выстилает в виде биопленки, и кожа. Для здорового человека характерно состояние равновесия микроэкологии организма.

В организме человека проживает 1014-1016 бактерий, т.е. бактериальных клеток значительно больше, чем клеток самого организма. Они составляют своеобразный хорошо организованный орган, который имеет свои функции, критерии, показатели функционального состояния, т.е. нормы и отклонения от нее.

Велика защитная роль нормофлоры в обеспечении здоровья, поэтому нарушение равновесия между отдельными видами микроорганизмов в местах их постоянного обитания за счет более интенсивного размножения или гибели какого-либо вида может повлечь нарушение гомеостаза с соответствующими последствиями патологического характера. Дисбиотические состояния приводят к изменениям количественного и качественного состава нормофлоры человека.

В профилактике и лечении дисбактериозовшироко используют про-, пре- и симбиотики.

Целью данной работы является проектирование технологической линии производства лактобактерина с расчетом реактора культивирования.

Задачами являются:

1. Рассмотреть основные физико-химические, биохимические и микробиологические процессы при производстве биологически активной добавки «лактобактерин»;

2. по имеющимся патентным источникам разработать технологическую линию производства препарата «Лактобактерин»;

3. произвести расчет реактора культивирования.



1. Литературный обзор

1.1 Получение готового продукта

Термин «пробиотики» впервые ввели в научную литературу в 1965 г. Lilley и Stillwell для обозначения соединений микробного происхождения, которые, в отличие от антибиотиков, не убивали, а стимулировали рост микроорганизмов. Пробиотики (эубиотики) имеют в своем составе живые клетки специально подобранных штаммов микроорганизмов растительного или животного происхождения; они выживают в условиях кишечного окружения, непатогенны, нетоксичны, стабильны в течение длительного срока хранения.

Пробиотик - это функциональный пищевой ингредиент в виде полезных для человека непатогенных и нетоксикогенных живых микроорганизмов, обеспечивающий при систематическом употреблении в пищу в виде препаратов или в составе пищевых продуктов благоприятное воздействие на организм человека в результате нормализации состава и (или) повышения биологической активности нормальной микрофлоры кишечника.

К основным пробиотическим микроорганизмам относят лактобациллы (Lactobacillus), бифидобактерии (Bifidobacterium), пропионовокислые бактерии (Propionibacterium), стрептококки вида Streptococcusthermophilus, бактерии рода Lactococcus.

Главной стадией в производстве любого пробиотического препарата является культивирование чистого штамма определенного микрооганизма. Для производства «Лактобактерина» используют молочнокислые бактерии Lactobacillusplantarum или Lactobacillusfermentum.

При производстве пробиотических препаратов основным методом является метод масштабирования. Он предполагает получение большого количества бактериальных клеток при последовательном наращивании биомассы продуцента в колбах, бутылях и в реакторах культивирования. При этом каждый последующий этап данного процесса отличается по объему от предыдущего обычно на порядок.

Необходимым условием массового производства препаратов пробиотиков является сохранение их стабильности в течение длительного времени. Бактерийные препараты, содержащие живые микроорганизмы, относятся к наименее стойким, их активность снижается за счет гибели клеток. Микроорганизмы, имея низкий уровень биологической организации, сохраняют жизнеспособность практически при полной потере воды, при этом в них обратимо замедляются или прекращаются обменные процессы. Для увеличения сроков жизнеспособности бактерий показана сублимационная сушка, проходящая в условиях низкой температуры и глубокого вакуума (незначительной концентрации кислорода). По причине гигроскопичности укупорку сухих биопрепаратов проводят под вакуумом или в токе инертного газа.

К факторам, оказывающим влияние на выживаемость микроорганизмов в препаратах сухих пробиотиков при хранении, относят:

· регламентированное содержание остаточной влаги;

· наличие защитных сред;

· хранение сухих препаратов в атмосфере, не содержащей кислород.

В целях защиты пробиотиков от кислой среды желудка на таблетированные и капсулированные формы наносят ацидорезистентные покрытия или проводят иммобилизацию бактерий на сорбенте. Производство должно быть организовано в соотвествии с ГОСТ Р 52249-2004 «Правила производства и контроля качества лекарственных средств (goodmanufacturingpracticeformedicinalproducts (GMP))».

1.2 Характеристика лактобактерий

Лактобактерии(лат. Lactobacillus) - род грамположительных факультативноанаэробных или микроаэрофильныхбактерийсемейства Lactobacillaceae.

Лактобактерии - нормальные обитатели желудочно-кишечного тракта на всем его протяжении. Наибольшее количество бактерий содержится в толстом кишечнике - 106-109 КОЕ/мл, в тонком кишечнике меньше - 103-105 КОЕ/мл, а в желудке - 10-102 КОЕ/мл.

Они непатогенны, многие виды выполняют положительную роль в питании человека. Эти бактерии превращают углеводы преимущественно в молочную кислоту, побочными продуктами этого процесса являются этиловый спирт и уксусная кислота, т.е. продукты метаболизма молочнокислых бактерий подкисляют среду, препятствуя росту патогенных микроорганизмов и грибов. Помимо этих веществ лактобактерии продуцируют бактериоцины - белки, обладающие антимикробной активностью и действующих против других штаммов того же вида или близкородственных видов: лизоцим, низин, ацидофилин, лектролин. Кроме того, для лактобактерий характерна высокая способность к колонизации эпителия пищеварительного тракта, который служит барьером на пути проникновения патогенных микроорганизмов.

Активизируя работу всех защитных механизмов организма, а также за счет активной межвидовой конкуренции (антагонизма) лактобактерии ограничивают распространение в организме вирусов, бактерий, грибов рода Candida, простейших. Препятствуют формированию у них антибиотикорезистентности, снижают степень их патогенности, делают возбудителей более доступными для действия иммунной системы и лекарственных препаратов. Нормализуют гуморальный и клеточный иммунитет (увеличивают общий пул иммуноглобулинов, интерферона, противовоспалительных интерлейкинов, номализуют лейкоцитарную формулу и т.п.).

Механизм влияния лактобактерий на клеточном уровне:

Лактобактерии способствуют формированию и активизации общего иммунитета и местного иммунитета слизистых полости рта, верхних дыхательных путей, желудка, тонкого и толстого кишечника, урогенитального тракта и кожи.

В кишечнике основная зона действия лактобактерий - это лимфоидные узелки (пейеровы бляшки), расположенные главным образом в подвздошной кишке (тонкий кишечник).Эти бактерии ослабляют кишечные воспалительные реакции за счет синтеза противовоспалительных цитокинов. Кроме цитокинов лактобактерии способны продуцироватьдефензины, иммуноглобулины, интерфероны, интерлейкины,способны повышать титры специфических секреторных антител,активизировать выработку макрофагов и лимфоидного аппарата тонкого кишечника. Без бактериальной биопленки, основой которой являются бифидобактерии и лактобактерии, иммунная система, связанная со слизистыми оболочками кишечника, практически не работает.

По сравнению с бифидобактериями, лактобактерииболее активно влияют на синтез иммуноглобулинов: IgА (противовоспалительный иммунитет), IgЕ (противоаллергический иммунитет), IgG (нейтрализация токсинов) - и участвуют в регуляции уровня гистамина (противоаллергический иммунитет).Как было сказано раннее, метаболитылактобактерий ограничивают распространение вирусов, препятствуют их репликации и размножению. При вирусных инфекциях кишечника - ротавирусы, реовирусы, энтеровирусы, аденовирусы - клетки вируса размножаются в верхних отделах тонкого кишечника и в верхних дыхательных путях (зона контролируемая лактобактериями). Одновременно угнетая рост многих бактерий, грибов рода Candida и простейших, лактобактерии предупреждают развитие вторичных инфекций и осложнений после вирусного заболевания.

Также лактобактерии «противостоят» раковым заболеваниям, улучшая баланс Th1/Th2 (преобладание Th1) и снижая риск метастазирования.

Итак, лактобактерии играют важную роль в жизнедеятельности человека, защищая его от многих заболеваний, поэтому особенно важно чтобы количество лактобактерий не было ниже нормы.

Однако, рассматривая микрофлору желудочно-кишечного тракта (ЖКТ) даже практически здорового человека, нельзя говорить об абсолютной норме. В табл. 1 приведены данные примерного состава микрофлоры кишечника в колониеобразующих единицах (КОЕ) на 1 г фекалий.

Таблица 1. Содержание микрофлоры кишечника в норме (по С.Н. Барзашка-Поповой)

Наименование микроорганизмов	КОЕ на 1 г фекалий
Бифидобактерии	108 -- 1010
Лактобактерии	106 -- 109
Бактероиды	107 -- 109
Пептококки и пептострептококки	105 -- 106
Эшерихии	106 -- 108
Стафилококки гемолитические	Не более 103
Стафилококки негемолитические	104 -- 105
Стрептококки	105 -- 107
Клостридии	103 -- 105
Эубактерии	109 -- 1010
Дрожжеподобные грибы	Не более 103
Условно-патогенные энтеробактерии	Не более 103 -- 104

Для поддержания количества лактобактерий в норме советуют употреблять в пищу молочнокислые продукты, но для восстановления микрофлоры кишечника целесообразно принимать пробиотические препараты.

1.3 Характеристика готового продукта

В данной работе рассматривается пробиотический препарат «Лактобактерин». Он выпускается в форме лиофилизата для приготовления суспении для приема внутрь и для местного применения. Он представляет собой кристаллическую или пористую массу желтовато-бежевого или беловато-серого цвета со специфическим запахом (рис.1.).

Рис.1. Форма выпуска препарата «Лактобактерин».

Препарат представляет собой биомассу живого, антагонистически активного штамма лактобактерийLactobacillusplantarum или Lactobacillusfermentum, лиофилизированную в среде культивирования с добавлением защитной сахарозо-желатино-молочной среду высушивания. 1 доза препарата содержит не менее 2*109КОЕ лактобактерий, а также компоненты защитной среды высушивания: желатин, сахароза, молоко. Содержание компонентов защитной среды в готовом препарате не определяют.

Препарат «Лактобактерин» обладает высокой антагонистической активностью в отношении патогенных и условно-патогенных микробов, включая стафилококки, энтеропатогенные кишечные палочки, протеи, шигеллы, что определяет корректирующее действие препарата при нарушениях микробиоценоза желудочно-кишечного тракта. Препарат улучшает обменные процессы, препятствует формированию затяжных форм заболеваний кишечника и повышает неспецифическую резистентность организма.



2. Технологическая часть

2.1 Способ производства препарата «Лактобактерин»

В настоящее время пробиотики производят по общей технологической схеме по принципу масштабирования.

В частности, способ производства препарата «Лактобактерин» был запатентован в июле 2001 года. Сущностью способа является комплексное применение защитной сахарозо-желатозо-молочной среды не только в процессе лиофилизации, но и при накоплении бактериальной биомассы. Способ включает использование сахарозо-желатозной среды в качестве углеводной добавки при культивировании производственных штаммов, а также предварительное применение обезжиренного молока в качестве субстрата для выращивания лактобактерий с последующим внесением его как компонента защитной среды в состав бактериальной суспензии перед высушиванием.

Способ получения лактобактерина и его аналогов включает культивирование бактерий производственного штамма (штаммов) в жидкой питательной среде с внесением углеводной добавки, в качестве которой применяют растворы глюкозы или лактозы. Полученную бактериальную взвесь смешивают с защитной средой и подвергают лиофилизации. В качестве комплексной защитной среды используют обезжиренное молоко (20-30% от объема бактериальной взвеси) и сахарозо-желатозную среду (10-20% от объема бактериальной взвеси).

К недостаткам способа получения препарата «Лактобактерин» и его аналогов следует отнести:

· использование одного вида лактобактерий, что ограничивает биологический потенциал препарата.

· использование различных углеводосодержащих растворов, используемых в процессе культивирования и в составе защитной среды для лиофилизации.

· значительное разведение бактериальной взвеси защитной средой (до 50% от объема бактериальной взвеси), что снижает количество КОЕ в единице объема.

С целью устранения указанных недостатков предлагается способ получения лактобактерина, сущность которого заключается в следующем. Использование сахарозо-желатозной среды в качестве углеводной добавки в процессе культивирования лактобактерий позволяет исключить другие углеводы и унифицировать рабочие растворы, применяемые при накоплении биомассы лактобактерий и в составе защитных сред. Для повышения биологического потенциала препарата получают бактериальную взвесь лактобактерийне одного, а двух видов: Lactobacillusplantarum или Lactobacillusfermentum. Для предотвращения разведения бактериальной взвеси обезжиренное молоко, как компонент защитной среды, предварительно используют в качестве питательного субстрата для накопления биомассы лактобактерий. Это позволяет уменьшить расход бактериальной суспензии для получения 1 дозы сухого препарата.

В качестве криопротектора используют сахарозо-желатозную среду обычного состава, содержащую сахарозу, желатин и 40-% раствор лактозы. Количество вносимой сахарозы аналогично расходу глюкозы или лактозы в процессе культивирования.

Смешивание бактериальных взвесей производят в соотношении, обеспечивающем содержание жизнеспособных бактерий каждого штамма в количестве не менее 109КОЕ/мл в получаемом сухом препарате и зависящем от величины КОЕ/мл в каждой взвеси. Количество КОЕ в 1 мл взвеси лактобактерий видов Lactobacillusplantarum или Lactobacillusfermentum определяют с помощью стандартного метода высева на плотную среду МРС-4 и подсчета выросших колоний после инкубирования в аэробных условиях.

При использовании обезжиренного молока в качестве субстрата для накопления биомассы производственного штамма продолжительность культивирования составляет 2-6 ч при коррекции рН (6,0±4). Указанная продолжительность культивирования обеспечивает накопление биомассы до 108-109КОЕ/мл и не приводит к образованию сгустка, сохраняя обычную консистенцию молока. Молоко, обогащенное лактобактериями в данной концентрации, при использовании в дальнейшем в качестве компонента защитной среды позволяет получить сухой препарат с обычными физическими свойствами и повышенным содержанием КОЕ в 1 дозе.

Техническим результатом является оптимизация способа получения препарата и повышение его биологической активности.

2.2 Изложение технологического процесса

Подготовка производства.

Подготовка производственных помещений, оборудования, посуды, персонала, вентиляционной системы - проводят в соответствии с требованиями инструкций, регламентирующих условия работы со стерильными лекарственными средствами.

Ежедневная уборка. На всех производственных участках 1 раз в смену проводят влажную уборку помещений, оборудования и трубопроводов для предотвращения появления постороннего микрофлоры. При проведении влажной уборки используют следующие дезинфицирующие растворы: 2% раствор натрия гидроксида,0,25% раствор натрия хлорида.

Генеральная уборка. Генеральная уборка помещений проводится один раз в неделю или по требованию бактериолога. Уборка производится с помощью 2% раствор натрия гидроксида, 0,25%раствор натрия хлорида. Потолок, стены, окна, перегородки и оборудование обрабатывают путем распыления дезинфицирующего раствора. По окончании орошения, излишек дезинфицирующего раствора удаляют путем протирания обработанных поверхностей чистой салфеткой. Уборке подлежат потолок, пола, стены, подоконники, поверхности всего оборудования, все производственные мебель.

Подготовка оборудования для производства. С целью предупреждения загрязнения технологического оборудования и коммуникаций посторонней микрофлорой и поддержки санитарно-гигиенического состояния на производстве проводят регулярное мытье и дезинфекцию оборудования, коммуникаций, производственных помещений по разработанному графику.

Мойки оборудования и коммуникаций. Обработку оборудования и коммуникаций делают моющими растворами. Например, 1 - 1,5% раствором азотной кислоты,2,5 - 3%раствором каустической соды. Дезинфекцию оборудования и коммуникаций проводят раствором "Криодез" - средством для дезинфекции на основе 0,2 - 1,5% надуксусной кислоты -только после тщательной обработки моющими растворами.

Получение питательных сред, растворов криопротекторов.

Для культивирования штаммов Lactobacillusplantarum и Lactobacillusfermentum, как и для выращивания других штаммов пробиотиков, используют различные питательные среды, к конструированию которых предъявляют следующие требования:

· предварительный выбор питательных субстратов с учетом критериев биологической ценности, доступности и экономичности;

· балансирование питательных сред;

· получение питательных основ и оценка их эффективности на модели регламентированных питательных сред;

· разработка и оценка способов получения питательных основ с учетом критерия технологичности и трудоемкости.

Для культивирования штамма Lactobacillusplantarum и Lactobacillusfermentumиспользуется молочно-сахарозо-желатознаясреда.

Состав среды и необходимое количество сырья для получения 80л полуфабриката продукции можно представить в таблице 1. С помощью 25%-ного водного раствора аммиака устанавливают pH 7,2 - 7,4. Стерилизуют при 110oC в течение 30 мин.

Криопротекторы вносят непосредственно в реактор после культивирования.

Таблица 1. Количество сырья, необходимое для получения 80л полуфабриката продукции.

Сырье	Количество
Казеиновая среда Состав: Глюкоза Агар-агар Аскорбиновая кислота Хлорид натрия Сульфат железа (II) Казеиновая сыворотка	50л 400г 37,5г 40г 200г 0,1г 50л
Криопротекторы: Желатин по ГОСТ 11293-89 Сахароза по ГОСТ 5833-75 Лактоза, 40%-ый водный раствор	2,79кг 7,67кг 13,14л

Получение инокулята штамма продуцента.

Первая генерация.

Из пробирки с чистой культурой штамма Lactobacillusplantarum и Lactobacillusfermentum осуществляют пересев в колбу, в которой содержится казеиновая среда в количестве 50 мл. Посев инкубируют в термостате при температуре (38 ± 0,5) в течение 24-48 часов. На всех этапах промышленного процесса проводят контроль стерильности материала, используя питательные среды для контроля бактерий и грибов.

Вторая генерация.

Выращенную культуру штамма продуцента из колб пересевают в другую колбу, которая содержат 500-550 мл питательной среды. Посевы второй генерации инкубируют при температуре (38 ± 0,5) в течение 20-24 часов. микробиологический лактобактерин клеточный культивирование

Третья генерация.

Далее, убедившись в чистоте культуры, проводят пересев штамма из колб в в баллон, содержащий 10 л питательной среды. Посевы инкубируют при температуре (38 ± 0,5) в течение 24-48 часов.

Производственная генерация

Производственную культуру выращивают методом глубинного культивирования в реакторах. Реакторы должны быть оснащены паровой рубашкой. В реакторе проводят стерилизацию питательной среды. Биоректороборудован устройствами для измерения и регуляции температуры, рН среды, концентрации растворимого кислорода в культуральной жидкости. Помимо этого, биореактор должен быть обеспечен специальными опциями для подачи питательной среды и углеводов, введение инокулята, подачи растворов, например аммиака и пробоотборником.Для перемешивания биомассы реактор должен быть обязательно снабжен механической мешалкой.

Тщательное перемешивание культуры необходимо, во-первых, для равномерной доставки питательных веществ к клеткам и, во-вторых, для предотвращения накопления токсических продуктов метаболизма в каком-то одном отсеке реактора. Помимо того реактор должен быть обеспечен опцией, которая позволит разливать препарат во флаконы или контейнеры для проведения лиофилизации.

В реактор с смесью питательной среды и инокулята добавляют 40% стерильный раствор лактозы. Выращивание биомассы в реакторе проводят при температуре 38 ± 0,50С в течение 72 часов при периодическом перемешивании. При культивировании производят корректировку величины рН с помощью 10% раствора аммиака до значения рН =6,6 ± 0,5. Стабилизация роста величины рН свидетельствует о прекращении роста бактерий.

Проводят добавления к жидкому полуфабрикату криопротекторов. В реактор последовательно добавляют защитную среду: сахарозу, желатин, раствор лактозы. Содержимое реактора перемешивают и проводят взятие образца для проверки подлинности и чистоты культуры.

Розлив жидкого полуфабриката во флаконы.

Розлив микробной суспензии в ампулы и флаконы проводят на аппаратах розлива и запайки ампул. Заполненные ампулы и флаконы поступают на сублимацию.

Розлив препарата в контейнеры проводят при непрерывной перемешивании. В процессе разлива проводится контроль на наличие по посторонней микрофлоры.

Сублимационная сушка.

Ампулы помещают в морозильные камеры под углом 75°. Содержимое ампул замораживают при температуре -40 °С, выдерживают при этой температуре 18-24 ч и подвергают сублимации в условиях глубокого вакуума, длительность сублимации 68-70 ч.

При производстве препарата«Лактобактерин» микробную суспензию разливают в ампулы и лиофильно сушат. Этот вид сушки наиболее предпочтителен, т.к. из суспензии удаляется только вода, не захватывающая с собой экстрактивные вещества. Кроме того, процесс ведется в глубоком вакууме, поэтому содержание молекулярного кислорода минимально, а следовательно, окислительные процессы, приводящие к порче готового продукта, отсутствуют совсем или сведены к минимуму.

Укупорка.

Ампулы с сухой микробной массой запаивают (флаконы укупоривают) с газовой защитой - в атмосфере азота.

Маркировка, упаковка.

Ампулы маркируют и упаковывают в пачки по 10 штук.

Контроль качества готовой лекарственной формы.

В контрольной пробе определяют:

1. Описание: кристальная или пористая масса желтовато-белого цвета, кисломолочного запаха и вкуса. Определяют органолептически.

2. Подлинность определяется наличием характерных морфологических, культуральных и биохимических свойств в производственных штаммах лактобацилл.

3. Показатель рН растворенного препарата должен составлять 5,5±0,5.

4. Остаточная влажность лактобактерина в ампулах или флаконах не должна превышать 3,5%, в таблетках 5%.

5. Растворимость. Сухой препарат должен растворяться в воде, очищенной и добавленной из расчета 1 мл на 1 дозу, в течение 5 мин образовывать гомогенную взвесь, желтовато-бежевого цвета. Определяют визуально.

6. Определение бактериальной контаминации

Бактериоскопический метод заключается в просмотре мазков, приготовленных из взвеси растворенного препарата и окрашенных по Граму. В мазках должны быть клетки, характерные для лактобацилл (грамположительные).

Другой метод заключается в посеве взвеси на среды, специфические к патогенным микроорганизмам и грибам. Если обнаружили рост хотя бы в одной пробирке или чашке, производят повторный посев удвоенного количества образцов.

В случаях повторного роста серию препарата бракуют. Препарат сухой не должен быть контаминирован посторонней микрофлорой. Препарат в таблетках не должен содержать патогенных и условно-патогенных микроорганизмов; допускается наличие микробов сапрофитов в количестве не более 300 на 1 таблетку.

7. Специфическая безвредность. Препарат должен быть безвредным для белых мышей при введении его внутрь в количестве одной дозы. Наблюдение за мышами осуществляется в течение 5 суток. В случае гибели за этот срок хотя бы одной мыши контроль повторяют на удвоенном количестве животных. Если мыши не погибнут, препарат считают выдержавшим испытание; в противном случае данную серию препарата бракуют.

8. Специфическая активность.

По количеству жизнеспособных клеток лактобацилл в 1 дозе препарата и активностью кислотообразования.

8.1. Определение количества живых лактобацилл в 1 дозе. Для определения количества живых лактобацилл в одной дозе препарата от каждой серии испытывают не менее 3-х образцов. Содержимое флакона после разведений высевают по 0,1 мл микробной суспензии на 4 чашки Петри. После 44 ч инкубации при t = 37°С производят подсчет выросших колоний и вычисляют содержание живых бактерий в 1 дозе препарата.

8.2. Определение активности кислотообразования проводят титриметрическим методом при выращивании лактобактерий в модифицированной печеночной среде. Каждую пробу титруют раствором натрия гидроксида 0,1 моль/л в присутствии индикатора фенолфталеина до появления слабо-розового окрашивания. В одной дозе препарата при выпуске должно содержаться не менее 2-109 живых лактобацилл. Показатель активности кислотообразования лактобактерина, выраженный в градусах Тернера (ТО), должен быть не менее 200.

9. Определение компонентов стабилизирующей среды высушивания и других веществ, входящих в состав препарата.

2.3 Схема технологического процесса

Расчет.

Материальный баланс.

На предприятии 10-часовой рабочий день, 6 рабочих дней в неделю.

Эффективный годовой фонд времени Тэ определяется по формуле:

,

где Тд - количество дней в году,

Кп - коэффициент простоя, равный 0,15.

Тогда(дней)

Производительность линии в сутки Р будет равна:

, где G- производительность аппарата в год, равная 250 м3/год.

Тогда (м3/сутки)

Чтобы достичь заданной годовой производительности, необходимо в день производить 0,8 м3 или 800л жидкого полуфабриката.

Таблица 2. Пересчет количества сырья для приготовления 800л жидкого полуфабриката.

Сырье	Количество для получения 80л	Количество для получения 800л
Казеиновая среда Состав: Глюкоза Агар-агар Аскорбиновая кислота Хлорид натрия Сульфат железа (II) Казеиновая сыворотка	50л 400г 37,5г 40г 200г 0,1г 50л	500л 4кг 375г 400г 2кг 1г 500л
Криопротекторы: Желатин по ГОСТ 11293-89 Сахароза по ГОСТ 5833-75 Лактоза, 40%-ый водный раствор	2,79кг 7,67кг 13,14кг	27,9кг 76,7кг 131,4л

Расчет габаритных размеров аппарата.

Для дальнейших расчетов необходимо знать значения некоторых параметров: плотности, вязкости и т.д.

Плотность эмульсии ссм вычисляется по формуле:

,

где сд- плотность дисперсной фазы (воды), равной 1кг/л,

сс - плотность сплошной фазы (казеиновой сыворотки), равной 1,0225 кг/л.

Тогда (кг/л).

Вязкость эмульсии µсм определяется по формуле:



, где

µс и µд - вязкости сплошной и дисперсной фаз соответственно.

.

Необходимые параметры для расчетов можно представить в виде таблицы 3.

Таблица 3. Исходные данные для расчетов.

Параметр	Значение
Плотность	1,0202 (кг/л) или 1020,2 (кг/м3)
Вязкость	0,503 (ПаЧс)
Объем жидкость в реакторе	800л
Температура культивирования	37±0,50С
Коэффициент заполнения аппарата	0,8

Объем реактора цилиндрической формы равен:

.

Отношение высоты жидкости в аппарате к его диаметру Нж/D=1. Учитывая, что коэффициент заполнения аппарата равен 0,8, его высота Н будет равна 1,25Нж или 1,25D, тогда получим:

,

,

Отсюда (м).



Н=1,25Ч1,08=1,35(м).

Высоты днища и крышки равны между собой и составляют 0,25DНкр=Ндн=0,25Ч1,08=0,27(м).

Тогда общая высота Нобщ=Н+Нкр=1,35+0,27=1,62(м).

Расчет мешалки.

Вязкость эмульсии в реакторе µ=0,5 ПаЧс, данной вязкости соответствует лопастная мешалка с приведенными в таблице 4 параметрами:

Таблица 4. Параметры мешалки.

Параметр	Значение
d/D	0,66
b/D	0,1
n	2
б	900

Где dи b- диаметр и ширина лопастей мешалки,D- диаметр аппарата, n- число лопастей мешалки, б - угол наклона плоскости лопасти к горизонтальной плоскости.

Из приведенных соотношений параметры мешалки равны:

d=0,7128ми b=0,108м.

В соответствии с АТК 24.201.17-90 диаметр основания мешалки с такими значениями dи b составляет 45мм или 0,045м.

Расчет мощности мешалки.

Для вычисления мощности мешалки нужно рассчитать критерий Рейнольдса Re, который для перемешивания эмульсий вычисляется по формуле:



, где

d- диаметр лопастей мешалки,

n - количество лопастей,

с и µ - плотность и вязкость эмульсии соответственно.

,

По величине критерия Рейнольдса по графику зависимости критерия мощности от критерия Рейнольдса находим критерий мощности KN, который равен 0,5.

Мощность вычисляется по формуле:

N=KNЧn3Чd5Чс= 0,5Ч 23Ч0,71285Ч1020,2=750,9 (Вт)

С учетом потерь мощности, равным NT=0,18ЧN=0,18Ч750,9=135,2(Вт),

Общая мощность мешалки Nм составит:

Nм =N +NT= 750,9 + 135,2 = 886,1(Вт).

Расчет рубашки.

Диаметр рубашки Dруб= D + 0.05Ч2=1,08+0,1=1,18(м).

Высота рубашки - 0,8м.

Чтобы выяснить, достаточно ли рубашки в качестве нагревательного элемента, нужно произвести тепловой расчет.

Для цилиндрической стенки количество теплоты, необходимое для нагрева содержимого реактора до температуры стерилизации (1100С), можно вычислить по формуле:



, где

Н - высота рубашки, м,

r - радиус реактора, м,

dви dн - диаметры рубашки и реатора соответственно, м,

л - удельная теплопроводность. Данный аппарат выполнен из стали, его удельная теплопроводность равна 46,5 Вт/(мЧград),

tст2иtст1- температуры стенки рубашки с внешней и внутренней стороны, К.

С другой стороны, уравнение теплопередачи для непрерывного процесса: Q=KЧFpЧ(tст2 - tст1), где

К - коэффициент теплопередачи, Вт/(м2Чград),

Fp - поверхность теплопередачи.

Тогда коэффициент теплопередачи можно выразить следующим образом:

,

Fp = рЧDЧНруб + Fдн= рЧ1,18Ч0,8+рЧ1,182/4=3,8818(м2).

Таким образом, коэффициент теплопередачи равен:

(Вт/м2).

Полученное значение меньше 900 кВт/м2, следовательно рубашки будет достаточно для нагрева среды в реакторе до необходимой температуры, дополнительных нагревательных установок не требуется.



2.4 Подбор оборудования

Аппаратурная схема производства пробиотического препарата «Лактобактерин» представлена в приложении А.

Гомогенизатор.

Для приготовления среды для культивирования используется гомогенизатор с лопастной мешалкой и паровой рубашкой. В данный аппарат загружают реактивы в нужном количестве и в заданном по рецептуре соотношении, после чего среду нагревают до температуры плавления агар-агара (850С) и разливают ее по колбам до того, как среда застынет.

Для этого используют лабораторный гомогенизатор MH100 объемом 100л с встроенным дозатором. Технические характеристики гомогенизатора представлены в таблице 5.

Таблица 5. Технические характеристики гомогенизатора.

Характеристики	Значение
Рабочий объем	200л
Питание	220В, 50Гц
Масса аппарата	130кг
Мощность	800Вт
Габаритные размеры	D=0.5м, H=0,65м
Размеры мешалки	d=0,33м, b=0,05м
Объем дозы	50-1000мл

Автоклав.

Для стерилизации приготовленной среды ее разливают по колбам с плоским днищем, закрывают ватно-марлевой пробкой и помещают в автоклав. Лабораторный автоклав с вертикальной загрузкой Astell объем 63 литра оснащен датчиками уровня воды, системой защиты дверей, системой защиты от перегрева. Внутри камеры имеется нагреватель, поэтому внешний источник не требуется. Габариты внутренней камеры оборудования - 35х66см, внешние габариты - 52х54х98см.

Термостат.

Для культивирования маточной культуры в пробирку или колбу с простерилизованной жидкой средой пересеивают штамм лактобактерий в асептических условиях и помещают в термостат с температурой 37±0,50С. Термостат суховоздушный ТС-1/20 СПУ - лабораторный суховоздушный термостат с объемом камеры 20 л. Предназначен для бактериологических и серологических исследований.

Технические характеристики термостата представлены в таблице 6.

Таблица 6. Технические характеристики термостата.

Характеристики	Значение
Объем камеры	20л
Питание	220В, 50Гц
Масса аппарата	24кг
Мощность	250Вт
Диапазон настраиваемых температур	От комнатной температуры до 600С
Размеры камеры термостата	24,3Ч24,6Ч32,3см
Размеры термостата	37,5Ч36,8Ч55см

Реактор для культивирования.

Габаритные размеры аппарата, вид и размер мешалки были рассчитаны в пунктах 4.4.2.-4.4.5. Таким размерам соответствует реактор эмалированный с лопастной мешалкой объемом 1,0 м3. Его технические характеристики представлены в таблице 7.

Таблица 7. Технические характеристики реактора для культивирования.

Характеристики	Значение
Рабочий объем	1 м3
Объем рубашки	0,21м3
Масса аппарата	1275кг
Мощность электродвигателя	2,2кВт
Скорость вращения мешалки	100 оборотов/мин
Давление в корпусе	0,3МПа
Давление в рубашке	0,6МПа
Диаметр реактора	1,08м
Диаметр реактора с рубашкой	1,18м
Диаметр мешалки	0,7м
Диаметр основания мешалки	0,045м
Высота реактора с приводом	3,12м
Высота реактора	1,4м
Высота лопасти мешалки	0,108м
Диаметр отверстия под термометр	0,16м
Диаметр отверстия под трубу для залива реактивов	0,16м
Диаметр отверстия под трубу для выпуска продукта	0,1м

Чертеж реактора представлен в приложении В.

Дозатор.

После культивирования микроорганизмов питательную среду с лактобактериями необходимо расфасовать во флаконы по 10мл жидкой суспензии для дальнейшей сушки. Для этого используется установка розлива жидких и густых однородных продуктов Модель УД-2ПНк, технические характеристики которой представлены в таблице 8.

Таблица 8. Технические характеристики дозатора.

Характеристики	Значение
Объем дозы	0,5-50мл/ 15-250мл/ 20-500мл/ 50-1100мл/ 100-1500мл
Производительность	До 1200 доз/час
Габаритные размеры	0,32Ч0,4Ч0,56м
Масса	25кг
Максимальная температура розлива	750С

Лиофильная сушилка.

Для высушивания расфасованного полуфабриката используется лиофильная сушка, т.к. при этом вода, перемещающаяся в продукте в виде пара, не захватывает с собой частицы веществ криопротекторов и клетки микроорганизмов. Также в сушильное камере содержание кислорода незначительно, поэтому окислительные процессы сведены к минимуму. Влажность готового продукта около 5%, потери при сушки минимальны.

В сушильную камеру должна поместиться вся партия произведенного жидкого полуфабриката. Зная, что за 1 загрузку аппарата получается 800л жидкого полуфабриката, что равно 80000 флаконам (по 10мл во флакон), выбираем сушилку, удовлетворяющую данным требованиям.

Такой сушилкой является лиофильная сушилка Lyopro-1,0, основные характеристики которой приведены в таблице 9.

Таблица 9. Технические характеристики лиофильной сушилки.

Характеристики	Значение
Установочные размеры	1,8Ч1,2Ч1,9м
Вес	1200кг
Размер и площадь полок	0,45Ч0,6Ч0,02м (площадь поверхности - 1,08м2, расстояние между полками - 0,08м, количество полок - 5
Питание	380В, 50Гц, 12кВт

Машина для закатки крышек.

Машина для закатки крышек FGL используется для запечатывания флаконов объемом 2-20 мл. Машина может автоматически провести такие процедуры, как сортировка крышек, загрузка крышек, закатка крышек и вывод готовых флаконов. Машина использует звездчатое колесо для подачи флаконов, которое обеспечивает быструю подачу и меньшее количество поврежденных флаконов. За состоянием работы закаточной машины позволяет следить дисплей с сенсорным экраном, который также используется для управления ей и отображает скорость производства, причины ошибок, простые решения и т.д.

Этикетировочнаямашина.

Этикетировочная машина для флаконов TNJ10/30 автоматически проводит такие процедуры, как сортировка флаконов, подача ленты этикеток, печать даты и номер партии, синхронное разделение этикеток, этикетирование, и т.д. Положение этикетки можно скорректировать как в верхнее так и нижнее направление. Этикетировочная машина имеет много функций, например, ведение счета и бесступенчатое регулирование скорости. Машина не будет этикетировать при отсутствии флакона.

Технические характеристики машины представлены в таблице 10.

Таблица 10. Технические характеристики этикетировочной машины.

Технические характеристики	Значение
Характеристика флакона	Диаметр флакона 10-22мм, высота 40-120мм
Скорость этикетирования	200-250 флаконов/мин
Длина этикетки	15-70мм
Ширина этикетки	20-40мм
Погрешность этикетирования	±0,5мм
Питание	0,3кВт, 220В, 50Гц
Габаритные размеры	1650Ч600Ч1500мм



Выводы

1) На рост бактерий оказывает огромное влияние состав среды, поэтому важно соблюдать необходимое соотношение компонентов среды, а также поддерживать оптимальную для роста бактерий температуру и рН.

2) Главным критерием подбора режимов для операций являются оптимальные условия для проведения необходимых биохимических и физико-химических процессов на каждой из операций.

3)Произведен материальный расчет технологической линии, рассчитано количество ингредиентов необходимых для единоразовой загрузки аппарата. На основании этих данных подобрано оборудование для технологической линии, по которым составлена и описана машинно-аппаратурная схема производства.

4) Произведён конструктивный расчёт габаритных размеров реактора для культивирования. Рассчитанным показателям удовлетворяет реактор эмалированный с лопастной мешалкой V=1,0 м3.



Список использованной литературы

1. ПлоховС.В., Трунова И.Г. Перемещение и перемешивание технологических сред в биотехнологических производствах. - Нижний Новгород, 2017.

2. Касаткин А. Г. Основные процессы и аппараты химической технологии: учеб.для вузов / А. Г. Касаткин. - 11-е изд. стереотип. и дораб. М. : Альянс, 2005.

3. Краснопольский Ю.М., Борщевская М.И. Фармацевтическая биотехнология. Технология производства иммунобиологических препаратов: учебное пособие. - Харьков НТУ «ХПИ», 2009.

4. ГОСТ 2874-82, Вода питьевая. Гигиенические требования и контроль за качеством, 01.01.85.

5. ГОСТ Р 52249-2004 Правила производства и контроля качества лекарственных средств, 01.01.2005.

6. ГОСТ 20680-2002 Аппараты с механическими перемешивающими устройствами. Общие технические условия, 01.07.2003.

7. АТК 24.201.17-90 Мешалки. Типы, параметры, конструкция, основные размеры и технические требования, 01.01.1991.

8. Патент RU 2 200 566 C1, Способ получения лактобактерина, Пермское научно-производственное объединение "Биомед", 26.07.2001

9. Патент RU 2 060 673 C1, Способ приготовления пробиотика на основе живых бифидобактерий и лактобактерий, Открытое акционерное общество "Русский йогурт", 27.05.1996.

10. Бобылёв В. Н. Б72 Физические свойства наиболее известных химических веществ: Справочное пособие /РХТУ им. Д. И. Менделеева. -М., 2003. -24 с.

11. ГОСТ 6533-78 Днища эллиптические отбортованные стальные для сосудов, аппаратов и котлов. Основные размеры, 01.01.1980.

12. ГОСТ Р 52349-2005Продукты пищевые. Продукты пищевые функциональные. Термины и определения, 01.07.2006.

13. ГОСТ Р 56139 - 2014 Продукты пищевые функциональные. Методы определения и подсчета пробиотических микроорганизмов,03.03.2015.



Приложение

Условные обозначения:

1 - гомогенизатор

2 - встроенный дозатор жидкой среды

3 - автоклав

4 - термостат

5 - реактор для культивирования

6 - дозатор жидкого полуфабриката

7 - лиофильная сушилка

8 - машина закупоривания и этикетирования.

Размещено на Allbest.ru

...