Технология производства аскорбиновой кислоты

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Процесс производства аскорбиновой кислоты по методу Рейхштейна постепенно сдает свои позиции, уступая место биотехнологическим методикам получения витамина, которые не требуют капитальных затрат, не загрязняют окружающую среду.
На данный момент времени хорошо разработано 2 этапа в технологии ферментации D-глюкозы в L-аксорбиновую кислоту - это: синтез 2,5-дикето-D-глюконовой кислоты из D-глюкозы и синтез 2-кето-L-гулоновой кислоты из продукта первой стадии. Затраты по сравнению с методом Рейхштейна ниже примерно на треть, эффективность выше.
Тенденция к переводу химического производства в микробиологическое по всемумиру очевидна.
Так одна из крупнейших микробиологических компаний мира Roche Holding модернизирует Шотландский завод Далрис перспективой применения новой двухступ ...

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 4
Глава 1. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АСКОРБИНОЙ КИСЛОТЫ 7
Глава 2. БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ПРОИЗВОДСТВО АСКОРБИНОВОЙ КИСЛОТЫ 13
2.1.Сравнительный анализ метода Рейхштейна и биотехнологического метода промышленного получения аскорбиновой кислоты 13
2.2.Штаммы микроорганизмов, применяемые для биотехнологического производства аскорбиновой кислоты в промышленных масштабах 18
2.2.Стерилизация 22
2.3.Подготовка питательной среды 27
2.4.Оборудование 28
2.5.Ферментация 33
2.6.Получение L-аскорбиновой кислоты из 2-кето-L-гулоновой кислоты 35
2.7.Очистка технической до медицинской аскорбиновой кислоты 36
2.8.Продуктовый расчет стадии ферментации биотехнологической производства L-аскорбиновой кислоты, а именно синтеза 2-кето-L-гулоновой кислоты посредством культивации бактерий штамма Erwinia SHS-2011 в водной питательной среде 38
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 43
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 44
ПРИЛОЖЕНИЕ А 47
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 48
ПРИЛОЖЕНИЕ В 49
ПРИЛОЖЕНИЕ Г 50
ПРИЛОЖЕНИЕ Д 51

ВВЕДЕНИЕ
Аскорбиновая кислота (витамин С) – это природное химическое соединение органической природы, обладающее выраженными антиоксидантными свойствами.
Еще в середине 18 века отмечали, что сок лимона помогает морякам, подвергшимся заболеванию под названием цинга. Первые упоминания об исследованиях витамина С относится к 1907 году, когда два норвежских врача обнаружили некий пищевой фактор, отсутствие которого вызывает авитаминоз у морских свинок, генетически восприимчивых к цинге.
Впервые о химически чистой аскорбиновой кислоте заговорили в период с 1928 по 1932 годы, когда венгерской группой ученых во главе с биохимиком Альбертом Сент-Дьёрди обнаружила, что именно отсутствие аскорбиновой кислоты в питании вызывает цингу. Первая аскорбиновая кислоты была выделена Сент-Дьёрди из надпоче чников животных. Ученый подозревал, что выделенное вещество является противоцинготным фактором, но доказать этого не мог, пока в университете Питсбурга Чарльзом Гленом Кингом не были проведены соответствующие опыты.
Позднее было обнаружено, что аскорбиновая кислота содержится не только в животном материале, но и в растениях.
В 1933 году Норман Хаворт определил структуру аскорбиновой кислоты, её оптико-изомерные свойства, а в 1934 году впервые синтезировал этот витамин. В 1937 году Хаворт получил Нобелевскую премию, в том числе и за работы по выявлению строения аскорбиновой кислоты и ее синтезу.
Значение аскорбиновой кислоты в организме живых существ трудно переоценить. У человека аскорбиновая кислота участвует в окислительно-восстановительных процессов, являясь участницей ряда сложных биохимических процессов. Так, аскорбиновая кислота способствует образованию коллагена, синтезу серотонина из триптофана, синтезу катехоламинов и кортикостероидов. Участвует витамин С и при превращении холестерина в желчные кислоты, детоксикации в гепатоцитах, нейтрализации высокооксидных радикалов до перекиси водорода. Кроме того аскорбиновая кислота принимает активное участие в стимуляции синтеза интерферонов, переводе железа из трехвалентной формы в двухвалентную, что способствует его всасыванию.
Недостаток же витамина С вызывает авитаминоз, проявляющийся в ослаблении иммунной системы, кровоточивости десен, замедлении восстановления тканей, утомляемости.
Впрочем, сейчас такое явление как цинга крайне редко, поскольку спектр продуктов питания, богатых витамином С очень велик. Овощи, фрукты, ягоды – незаменимый источник аскорбиновой кислоты. К сожалению витамин С не устойчив к высоким температурам, кислороду. В организме человека он практически не синтезируется.
Суточная доза витамина С составляет от 40 мг/сутки у младенцев до 90 мг/сутки у мужчин от 19 лет и старше.
Идея высоких доз витамина С в попытке повысить защитные свойства организма активно развивалась Лайнусом Полингом, но на данном этапе она не подтвердилась. Впрочем, существует несколько исследований о влиянии высокодозной терапии аскорбиновой кислотой на развитие рака. В частности группа ученых в работе «Фармакологические дозы аскорбиновой кислоты в качестве прооксидантной терапии и терапии снижения роста агрессивных опухолевых клеток ксенотрансплантантов у мыши» выявили, что у мышей, при введении 4 г аскорбиновой кислоты на килограмм веса в сутки снижает рост опухолей на 41-53% по сравнению с контрольной группой [27].
Впрочем, такие исследования малочисленны и на данном этапе наблюдается рост числа рекомендаций по снижению потребления витамина С заменой формулировкой «лечит» и «продлевает» на «способствует сохранению».
Производство аскорбиновой кислоты – давно изученный процесс, но подавляющее большинство технологий относится к химическому синтезу витамина. Между тем, все большие обороты набирает тенденция по разработке и реализации биотехнологических путей синтеза витамина С. Методики биотехнологического производства аскорбиновой кислоты подкупают меньшим количество химических реагентов, полным исключением различных органических растворителей. Однако, современные трудности такого производства заключаются в том, что микробиологические реакции трудно контролировать. Поэтому изучение биотехнологических путей промышленного синтеза аскорбиновой кислоты настолько актуально.
Цель нашей работы заключается в изучении возможностей биотехнологии в области синтеза аскорбиновой кислоты и поиске путей улучшения имеющихся технологических процессов.
Задачами нашей работы являются:
1. Изучение аскорбиновой кислоты как химического соединения, ее физических и химических свойств, применения в медицине;
2. Изучение всех стадий биотехнологического пути синтеза аскорбиновой кислоты;
3. Изучение возможностей по усовершенствованию биотехнологии получения аскорбиновой кислоты.
В первой главе нашей работырассмотрим физико-химические свойства аскорбиновой кислоты.
Вторая глава нашей работы будет посвящена биотехнологическому процессу промышленного получения аскорбиновой кислоты.

К этим клеткам были применены генно-инженерные технологии таким образом, что клетка-продуцент, ранее не способная изменять 2,5-кето-D-глюконовую кислоту получила ген деруктазы 2,5-кето-D-глюконовой кислоты от клеток-реципиентов. В итоге появилась клетка (в патенте отмечены микроорганизмы рода Erwinia herbicola, Acetobacter cerinus , Gluconobacter), которая, синтезировав в собственном аппарате 2,5-кето-D-глюконовую кислоту, изменяет ее с помощью данных рекомбинантными технологиями способностей вырабатывать специфичную редуктазу [21].Испытания методики в действии подтвердили, что новые микроорганизмы способна повысить доходность до 49% [26].На данный момент времени методика, предложенная Андерсоном, усовершенствуется, большей частью в направлении выведения новых штаммов микроорганизмов. Так, например, рекомбинантные штаммы Pantoea citrea способны производить больше 120 г 2-кето-L-глюконой кислоты из 1 литра D-глюкозы [22, 23]. Поспособствовала генная инженерия и совершенствованию альтернативного пути синтеза синтеза 2-кето-L-гулоновой кислоты из D-глюкозы – D-сорбитол. Для этих целей была выбрана бактерия рода Gluconobacter oxydansis. Впрочем, без проблем не обошлось и здесь. Комплекс цитозольных и мембраносвязанных дегидрогеназ в выбранной бактерии обладал исключительной вариабельности в зависимости от штамма.Чтобы преодолеть эту проблему, мембраносвязанные дегидрогеназы были помещены в бактериальную клетку из других клеток [24].Нужно отметить, что многие штаммы микроорганизмов отграничены патентами и их приобретение может вызвать некоторые трудности. Образцы таких культур хранятся, например, в Институте Исследования Ферментации в Японии и в Американской коллекции Культур в США (Вашингтон). Кроме того, законодательство многих стран ограничивается генно-инженерные технологии, в том числе и в части, где объектами являются микроорганизмы. Рассмотрим весь технологический цикл на примере синтеза L-аскорбиновой кислоты из D-глюкозы через 2,5-дикето-D-глюконовую кислотуИтак, исходными штаммами микроорганизмов для производства 2,5-дикето-D-глюконовой кислоты будут штампы, указанные в патенте № RU 1190992, принадлежащем японской фирме Шионоги энд Ко. под авторством Масахиро Танимото, Бундзи Кагеями, Сигео Яги, Такаясу Сонояма. Патент носит название «Способ получения 2,5-дикето- @ -глюконовой кислоты» и довольно полно отражает достижения японских биоинженеров в области синтеза аскорбиновой кислоты [20]. Патент предлагает богатый выбор штаммов, выберем в качестве примера штамм Erwinia SHS-2011, имеющий ген мандарина благородного. Штамм близок к Erwinia tracheiphila или Erwinia amylavara с точки зрения подвижности жгутиков. Erwinia – род бактерий из семейства Enterobacteriaceae, порядка Enterobacteriales Rahn 1937, класса Gammaproteobacteria, типа Proteobacteria, домена Eubacteria. Это грамположительные палочки от 1 до 3 мкм длиной и от 0,5 до 1 мкм в диаметре. Гетеротрофны и факультативны по отношению к кислороду [1, с.47]. Штамм Erwinia SHS-2011, по сравнению с Erwinia tracheiphila, умеренен в росте в бульенном агаре при температуре выше 36ºC. Кроме того для штамма характерен мукоидный рост, восстановление нитратов в нитриты, продуцирование кислот из салицина, ксилозы, мелибиозы, целлобиозы, манноз и не продуцирует кислоты из рибозы. Штамм использует лактат как единственный источник углерода.В сравнении с Erwinia amylovola, штамм отличается способностью к образованию сероводорода из цистеина. Штамп не разжижает желатин. росте при температуре 36 С и выше, восстановлении нитратов в нитриты [20].Для синтеза 2-кето-L-гулоновой кислоты могут применяться штаммы бактерий Corynebacterium sp. В аппаратном план, производство аскорбиновой кислоты начинается с процесса подготовки культуры к основному производству. Схема будет выглядеть следующим образом (рисунок 10):Рисунок 10. Технологическая схема приготовления посевного материала для промышленного производства аскорбиновой кислоты с применением методов биотехнологии: 1-выращивания посевного материала в заводской лаборатории; 2-выращивание в инокуляторах объемом 2м3; 3- выращивание в инокуляторах объемом 5м3; 4- выращивание в ферментерах объемом 50м3.Для производства в биотехнологии используются преимущественно богатые по составу среды. Это требует особенной осторожности в части соблюдения стерильности на всех этапах производства. Необходимо стерилизовать и питательные среды перед посевом, и воздух как в помещениях, так и в аппаратных установках, технологического оборудование. Рассмотри способы соблюдения стерильности на примере биотехнологического производства аскорбиновой кислоты.2.2. СтерилизацияСреди групп средств для предотвращения попадания микроорганизмов из окружающей среды в технологический процесс производства аскорбиновой кислоты выделают методы асептики и антисептики.Асептика – это принцип, объединяющий в себе комплекс методов, направленный на недопущение попадания микроорганизма в процесс производства. К числу методов асептики относятся стерилизация инструментов, материалов, рук персонала и соблюдение санитарно-гигиенических правил и приемов в работе;Антисептика – это принцип, комплект методов, которого основан на уничтожении микроорганизмов. Для уничтожения микроорганизмов выделяются как физические методы (нагревание, замораживание, воздействие радиации), так и различные антисептические вещества – 70% этиловый спирт, спиртовой 5% раствор йода, растворы хлорамина (0,5-2%), формалина (0,5-1%), перманганата калия (0, 1%), 1-2% растворы метиленового синего или бриллиантового зеленого.Стерилизация – обязательный этап микробиологического производства и исследований и включает в себя полное уничтожение всех микроорганизмов и их спор на всем, что составляет будущий биотехнологический процесс. По характеру действия разделяют следующие методы стерилизации: физические, химические, механические.Физические методы стерилизации включают в себя:Термическая обработка посредством прокаливания в пламени, стерилизации сухим жаром с применением горячего воздуха, стерилизации посредством кипячения, либо паром под давлением, методом тиндализации. Термическая обработка надежна, не предполагает применение веществ, которых необходимо будет удалять из производственного цикла, удобны к работе, долговременна, так как стерилизацию можно провести прямо в упаковке.Обработка ультрафиолетовым излучением;Радиационная стерилизацияХимические методы стерилизации: дезинфекция кислотно-основным антисептиком;дезинфекция альдегидами;дезинфекция детергентами;дезинфекция галоидами.Механический метод стерилизации путем фильтрации с помощью мембранных фильтров и асбестовых фильтров Зейтца.Подбор средств асептики и антисептики индивидуален к каждому конкретному производству. Чаще всего в биотехнологии применяется термическая стерилизация во всех ее вариантах. Разберем некоторые варианты стерилизации подробнее.Термическая стерилизация методом обжига в пламени горелки широко применяется для стерилизации стеклянных и металлических инструментов (иглы, петли, пинцеты, скальпели, палочки, шпатели и т.д.). Их прокаливают на пламени непосредственно перед использованием. Нежелательные микроорганизмы обугливаются. Метод не является селективным, но несет в себе все преимущества термической обработки.Термическая стерилизация в автоклаве паром под давлением – лидер по применяемости и надежности в области стерилизация питательных сред, материалов и инструментов. Поскольку предметы, которые стерилизуют данным методом, помещаются в индивидуальные бумажные упаковки, они остаются стерильными вплоть до вскрытия этой упаковки, т.е. сколько угодно долго. Полная стерилизация питательных сред составляет 15-20 минут при 120°С и давлении в 1 атм.. Среды с углеводами стерилизуются 15 минут при 0,5 атм., инфицированный материал проводит в автоклаве 20-25 минут при 1,5 - 2 атм. Есть прямая зависимости давления, температуры и длительности стерилизации (таблица1). Таблица 1Зависимость давления, температуры и длительности стерилизации в автоклаве.Давление пара, атм.Температура, °СДлительность стерилизации, мин.010030–60 (дробно)0,511110–30112115–201,512715–20213315Термическая стерилизация кипячением применяется как средство стерилизации металлических инструментов, предметных стекол, резиновых трубок и др. Недостатки метода в том, что споры некоторых бактерий устойчивы к кипячению. В целях смягчения воды и увеличения температуры кипения, стерилизация кипячением проводится в 2% растворе карбоната натрия не менее 30 мин.Термическая обработка сухим жаром применяется, в основном, для стеклянной посуды. Также осуществляется в индивидуальных бумажных пакетах. Метод основан на бактерицидном действием нагретого до 165-180ºС воздуха. Большая температура недопустима, т.к. будет обугливаться бумага, в которую помещена посуда.Термическая стерилизация текучим паром в автоклаве или аппарате Коха применяема для питательных сред с углеводами и витаминами, а также прочих сред, которые не могут быть простерилизованы иным образом. Стерилизация текучим паром производится посредством доведения воды до кипения, и обтекания объектов паром. Температура стерилизации при этом достигает 100°С. Нагрев осуществляется 20-45 минут. Этого времени достаточно для гибели вегетативных клеток бактерий. Споры при этом не погибают. Из-за этого на следующий день нагрев повторяют, чтобы убить те клетки, которые возникли из проснувшихся спор. Повторяемость 2-3 раза. Термическая обработка методом тиндализации предполагает поэтапную обработку с неустойчивым повышением температуры до 56-58°С в течение 1 часа систематически 5-6 суток подряд. Применяется для веществ, легко разрушающихся - сыворотка крови, растворы витаминов и т.п.Термическая обработка методом пастеризации в основе своей содержит нагревание жидкостей до температуры менее 100°С. Осуществляется пастеризация нагреванием жидкостей при 50-65°С в течение 15-30 минут, или при 70-80°С в течение 5-15 минут с последующим быстрым охлаждением.Ультрафиолетовое облучение как метод бактерицидной обработки также очень широко применяется. Предметы, изготовлены из термолабильных пластмасс, например, центрифужные пробирки, стерилизуют именно так. Осуществляется ультрафиолетовыми лучами (длина волны 260-300 мкм) в специальных боксах в течение определенного для каждой культур времени, зависящего от мощности бактерицидной лампы и расстояния между лампой и объектом.Механическая стерилизация методов фильтрации применяется для органических жидкостей, не выносящих нагревание. Для их стерилизации применяют стерильные мелкоячеистая фильтры. Эти фильтры задерживают микроорганизмы, их называют бактериальными фильтрами. Это могут быть асбестовые и мембранные фильтры с различным диаметром пор. Существуют также фарфоровые, стеклянные фильтры и фильтры с инфузорной земли, содержащей диатомеи или кизельгур. Фильтры выпускаются в промышленных масштабах и разделяются по номера в соответствии с диаметром пор. Так мембранные фильтры из нитроклетки или ацетилцеллюлозы имеют номера 1-5, что соответствует порам 350-1200 нм. Перед употреблением сами мембранные фильтры стерилизуют кипячением или в автоклаве. Фильтры помещают в теплую дополнительно стерилизуют дистиллированной водой путем кипячения 30 минут со сменой воды 2-3 раза.Химические методы стерилизации применяют как основу вещества-антисептики. Из-за необходимости очищать от них субстрат, широкого применения в биотехнологических производствах не имеют.Все эти методы стерилизации в том или ином виде используются в технологии микробиологического производства аскорбиновой кислоты. Отдельно следует упомянуть о стерилизации воздуха, проходящего через ферментеры, так называемого технического воздуха. Через ферментер объёмом 50 м³ пропускается до 30 000 м³ воздуха за час. В 1 м³ может содержаться от 1 000 до 100 000 клеток микроорганизмов. Такой воздух необходимо стерилизовать. Поскольку объем воздуха очень большой, то преимущественно, применяется метод фильтрации. При этом воздух с улицы поступает на фильтр предварительной очистки, который избавляет воздух от пыли и влаги. Далее воздух поступает на компрессор, где происходит его сжатие и нагрев. Далее следует охлаждение воздуха в холодильнике с последующей его подачей под давлением на головной фильтр. У каждого ферментёра есть свой индивидуальный фильтр, который не пропускает микроорганизмы меньше 0,25 мкм. Поскольку размеры, например, кокков 0,5-1,5 мкм, кишечной палочки – 0,4-0,8 мкм, поэтому такая фильтрация считается достаточной. Сам фильтр стерилизуют 30 мин паром при 120°С. Технологическая схема очистки воздуха дана в Приложении Б [17]. Кроме сред, инструментов и технического воздуха стерилизации подвергается и оборудование. Это происходит паром при 130°С и проходит около 1 часа. Нужно упомянуть, что стерилизация – процесс вероятностный и всегда существует процент микроорганизмов, которые могут ее преодолеть [17]. 2.3. Подготовка питательной средыШтамм Erwinia SHS-2011 факультативный анаэроб, поэтому может расти в двух условиях:Водный питательный раствор, который содержит D-глюкозу как основной источник углерода, настой кукурузы как источника азота и небольшое количество неорганических солей. Анаэробная среда с очень большой концентрацией D-глюкозы достаточной стабильности для продуцирования 2,5-дикето-D-глюконовой кислоты с хорошим выходом по сравнению с известными микроорганизмами, применяющимися для получения этого продукта. Концентрация D-глюкозы в бульоне может достигать 40 об.%, но экономически целесообразно поддерживать концентрацию в интервале от 15 до 25 об.%,. Оптимальная концентрация - 20 об.%.Для посева штамма Erwinia SHS-2011 используют водный раствор, содержащий (% масс): D-глюкозу – 1, кукурузный экстракт – 5, дигидроортофосфат калия (KН2РО4) – 0,1, сульфат магния (MgSO4) – 0,5, карбонат кальция (СаCO3) – 0,25. Каждую порцию среды в колбе сеют полной петлей и встряхивают. Ход встряхивания 72 мм, чатсота – 270 ударов в минуту, поддерживаемая температура - 28ºС, время проведения - 8 ч. Далее проводится культивирование штамма, которое может считаться оконченным, если оптическая плотность среды достигал 8. Таким образом, получают культуру для посева. Чистота культуры изучается путем микроскопии проб [20].Что касается среды для процесса синтеза 2-кето-L-гулоновой кислоты, то здесь применяется, то здесь используется субстрат, богатый 2,5-дикето-D-глюконовой кислотой, который остается от первой части ферментации с участием бактерий штамма Erwinia SHS-2011.2.4. ОборудованиеМы уже разобрали методы стерилизации и указали, что для ее осуществления требуются автоклавы, системы фильтрации. На них подробно останавливаться не будем. Технологическая схема стерилизации и непрерывной подачи питательных сред в ферментер представлена в Приложении А.На стерильные питательные среды засевается материал, и помещается для культивации в колбы. Для производства требуется большое количество различной лабораторной посуды и инструментов. Основной стадией биотехнологического процесса является стадия ферментации. На оборудовании, необходимом для этой стадии остановимся подробнее.После культивации достаточного для производства количества микроорганизмов, происходит их перенос в биореакторы.Биотехнологические процессы синтеза аскорбиновой кислоты, в отличии от химических, диктуют свои требования к оборудованию. Прежде всего, нужно понимать, что работа с живыми клетками, а также их частями и ферментами накладывает свой отпечаток на микроклиматические показатели, которые необходимо поддерживать. Живые организмы нуждаются в поддержании постоянной температуры (нагреве или охлаждении), в средах определенного качественного и количественного состава. Часто предъявляются повышенные требования к газообмену (перенос кислорода из воздушной фазы в жидкую). Выбор конструкции биореактора диктуется особенностями микроорганизмов и производственного процесса. Их конструкция отличается, в основном, по способу подведения энергии и аэрации среды.В ферментерах с подводом энергии к газовой фазе аэрация и перемешивание культуральной жидкости осуществляются сжатым воздухом, который подается под определенным давлением. Конструктивно такие ферментеры различаются способом подачи воздуха и конструкцией аэраторов (барботеров). Основные типы барботеров представлены на рисунок 11. Барботеры могут быть прямоугольными, лучевыми, кольцевыми.Рисунок 11. Основные типы барботеров (слева направо) – прямоугольные, лучевые, кольцевыеОтличают следующие виды:Барботажные ферментеры (рисунок 12), в которых подача воздуха осуществляется через барботеры, размещенные в нижней части аппарата; Рисунок 12. Ферментер барботажного типа: 1 – корпус аппарата; 2 – воздуховод; 3 – диффузор; 4 – кювета.Аппараты с диффузором (эрлифтные аэраторы). Такие ферментеры имеют внутренний цилиндр-диффузор, обеспечивающий перемешивание субстрата и воздуха. Последние подаются специальным распределительным трубам в нижнюю часть аппарата;Трубчатые ферментеры (газлифтные) состоят из реактора кожухотрубчатого типа (рисунок 13). Через такой реактор жидкость потоком воздуха отправляется в верхнюю часть ферментера, затем в сепаратор, затем снова в реактор. Так происходит процесс циркуляции.Рисунок 13. Газлифтный ферментер: 1 – реактор кожухотрубный; 2 – сепаратор; 3 – механическийпеногаситель; 4 - циркуляционная труба; 5 - воздушная камера.Ферментеры (биореакторы) с форсуночным воздухораспределением (рисунок 14). Биореакторы такого типа оборудованы форсунками для подачи воздуха, которые расположены в нижней части аппарата, и диффузором, который обеспечивает внутреннюю циркуляцию жидкости.Риунок.14. Ферментер с форсуночным воздухораспределением: 1 – корпус аппарата; 2 – диффузор; 3 – форсунка.Ферментеры колонного типа (рисунок15), представлены в виде цилиндрической колонны. Она разделена горизонтальными перегородками (тарелками) на секции. Воздух попадает через слой жидкости каждой тарелки, а перемещение жидкости через кольцевую щель обеспечивает противоточное движение жидкой и газовой фаз [15, 19].Рисунок 15. Ферментер колонного типаФерментеры с подводом энергии к жидкой фазе. Аппарат с самовсасывающей турбиной, имеющий цилиндрический диффузор и мешалку с полыми лопастями и валом (рисунок 16). При вращении этой мешалки, создает разряжение и происходит самовсасывание воздуха.Рисунок 16. Ферментер с самовсасывающей системой аэрации: 1 - полые лопасти аэратора; 2 – диффузор; 3 - корпус аппарата; 4 - воздухопод; 5 - труба подачи субстрата; 6 - привод мешалки.Ферментер с турбоэжекторными перемешивающими устройствами – а ппарат, разделенный вертикальными перегородками на секции, в каждой из которой имеется самовсасывающая мешалка турбинного типа (эжектор) и диффузор (рисунок 17) [19].Рисунок 17. Ферментер с турбоэжекторными перемешивающими устройствами: 1 - эжекционное устройство; 2 – воздуховод; 3 – пеногасители; 4 – сепаратор; 5 - привод турбоэжектора; 6 – теплообменник; 7-диффузор.Ферментеры (биореакторы) с комбинированным подводом энергии. В этих аппаратах осуществлен подвод энергии к газовой фазе для аэрации и к жидкой фазе для перемешивания. Как правило, это цилиндрический сосуд, снабженный механической мешалкой и барботером, который устанавливается, как правило, под нижним ярусом мешалки [19].Современные ферментеры оснащены системой управления посредство ЭВМ и массой специализированных датчиков, которые контролируют процесс в автоматическом режиме ежесекундно.Принципиальная схема ферментера для производства аскорбиновой представлена в Приложении В.После накопления достаточной концентрации продуцируемых веществ необходимо осуществить обработку культуральной жидкости с ее фильтрацией и осветлением. Аппаратная схема фильтрации культуральной жидкости под давлением показана в Приложении Г.Схему аппарата для выпаривания конечногопродукта из отфильтрованной культуральной жидкости можно посмотреть в Приложении Д.2.5. ФерментацияФерментация – главный процесс биотехнологического синтеза аскорбиновой кислоты.