proiectarea instalatiilor biotehnologice

55
PROCES TEHNOLOGIC PENICILINA G Descrierea procesului tehnic adoptat. Tehnologia de obtinere a Penicilinei G cuprinde urmatoarele faze: 1.Pregatirea mediilor de cultura 2.Sterilizarea mediilor de cultura si a aerului 3.Fermentatia biochimica 4.Filtrarea solutiilor native 5.Separarea si purificarea penicilinelor 6.Uscarea 1.Pregatirea mediilor Pregatirea mediului consta in dizolvarea in apa a componentilor acestuia conform retetei pentru fiecare faza a procesului de fermentatie. Mediul de cultura trebuie sa contina surse de carbon, saruri minerale, surse de azot organic si anorganic, precursori si apa. Deoarece sterilizarea mediului de cultura face cu abur direct, cantitatea de apa ce se adauga la prepararea mediului de cultura este mai mica cu o cantitate egala cu cea a aburului care condenseaza in timpul sterilizarii. Pregatirea mediilor de cultura se face in aparate destinate acestui scop, prevazute cu agitatoare, conducte pentru abur, serpentine de incalzire respectiv racire. In aceste aparate se introduce apa, se incalzeste la 50-60°C, apoi se adauga extractul de porumb –principala sursa de aminoacizi- si se fierbe timp de 30-60 minute.Dupa aceasta, solutia se raceste la 50- 60°C si se adauga restul componentilor mediului in urmatoarea ordine: CaCO 3 , NH 4 NO 3, NaSO 4 , MnSO 4, KH 2 PO 4, ZnSO 4 , lactoza, glucoza. Componența mediului de cultura pe faze de fermentație: Componenții mediului de cultură Inoculator Intermediar Regim Extract de porumb 2 2-3 2,5-2,8

Upload: samestories

Post on 30-Sep-2015

103 views

Category:

Documents


8 download

DESCRIPTION

-

TRANSCRIPT

PROCES TEHNOLOGIC PENICILINA G

Descrierea procesului tehnic adoptat.

Tehnologia de obtinere a Penicilinei G cuprinde urmatoarele faze:

1.Pregatirea mediilor de cultura

2.Sterilizarea mediilor de cultura si a aerului

3.Fermentatia biochimica

4.Filtrarea solutiilor native

5.Separarea si purificarea penicilinelor

6.Uscarea

1.Pregatirea mediilor

Pregatirea mediului consta in dizolvarea in apa a componentilor acestuia conform retetei pentru fiecare faza a procesului de fermentatie. Mediul de cultura trebuie sa contina surse de carbon, saruri minerale, surse de azot organic si anorganic, precursori si apa. Deoarece sterilizarea mediului de cultura face cu abur direct, cantitatea de apa ce se adauga la prepararea mediului de cultura este mai mica cu o cantitate egala cu cea a aburului care condenseaza in timpul sterilizarii.

Pregatirea mediilor de cultura se face in aparate destinate acestui scop, prevazute cu agitatoare, conducte pentru abur, serpentine de incalzire respectiv racire. In aceste aparate se introduce apa, se incalzeste la 50-60C, apoi se adauga extractul de porumb principala sursa de aminoacizi- si se fierbe timp de 30-60 minute.Dupa aceasta, solutia se raceste la 50-60C si se adauga restul componentilor mediului in urmatoarea ordine: CaCO3, NH4NO3, NaSO4, MnSO4, KH2PO4, ZnSO4, lactoza, glucoza.

Componena mediului de cultura pe faze de fermentaie:Componenii mediului de culturInoculatorIntermediarRegim

Extract de porumb22-32,5-2,8

Lactoz0,5-0,63-3,56-7

Glucoz3-3,51,22-3

Fin de soia--0,3

CaCO30,7-0,80,71,2-1,3

KH2PO40,10,2-0,30,5-0,6

NH4NO3-0,120,3

Na2SO4-0,060,06

ZnSO4--0,002

MnSO4--0,002

Acid fenilacetic-0,20,4

Tiosulfat de sodiu-0,0160,8

Ap pn la 100%

Mediul de cultur astfel realizat va cuprinde urmtoarele surse de carbon: lactoza i glucoza.

Glucoza, sau dextroza, reprezint o excelent surs de carbon i energie, utilizat pentru producerea de antibiotic. n special se folosete pentru stimularea creterii microbiene, ns poate genera i efecte nedorite, de tipul inhibiiei de substrat,indezirabile la producerea de metabolii secundari, cum sunt penicilinele.

Aceste efecte pot fi diminuate prin dou cai:

- modelarea adaosului de glucoz n etapa de cretere a biomasei, astfel nct s se ajung la viteze maxime de cretere i s se reduc la minim concentraia glucozei;

- utilizarea zaharurilor cu vitez lent de metabolizare, cum este lactoza, care poate elibera glucoz i galactoz prin hidroliz enzimatic, n concentraii departe de valoarea inhibitorie.Lactoza, dizaharid reductor ( 4 D galactozido D glucoz ), se folosete n stare pur numai pentru biosinteza antibiotecelor, n mod deosebit la obinerea penicilinei.Surse de azot

Necesarul de azot pentru mediul de cultur este asigurat de sursele organice naturale sau sintetice i din sursele anorganice. Microorganismele sunt capabile, n mod obinuit, s biosintetizeze toate tipurile de molecule de azot (aminoacizi, proteine) plecnd de la ionul amoniu (NH4+) n funcie de energia existent, timp i gradul de tratare mutagen a suei cultivate.

Viteza de cretere a microorganismelor atinge valori ridicate numai dac mediul conine surse organice de azot.

Pentru culturile industriale folosite la obinerea de penicilina G, necesarul de azot este asigurat de extractul de porumb i fina de soia. Aceste surse sunt bogate n proteine i aminoacizi, coninnd i acizi nucleici, vitamine, oligoelemente, lipide, zaharuri, compui cu sulf i fosfor.

Prezena ionului amoniu n mediile necesare fermentaiilor industriale favorizeaz metabolizarea proteinelor, dar i formarea de produse din categoria antibioticelor.Sruri minerale

n biosintez, srurile minerale sunt compui folosii drept surse de:

- elemente constitutive ale produselor: Na2SO4, ZnSO4, MnSO4, tiosulfat de sodiu;

- elemente constitutive ale biomaselor: CaCO3, KH2PO4, NH4NO3;

- modificatori ai presiunii osmotice i ai permeabilitii membranelor celulare: CaCO3;

- ageni de complexare i de precipitare: ionul sulfat SO42- ( Na2 SO4, Mg SO4, KH2SO4 ).Precursori

Precursorii sunt compui organici sau anoganici, care atunci cnd sunt adugai n mediul de cultur intervin ca molecule intermediare n biosintez sau dirijeaz biosinteza ctre o anumit direcie.

Acidul fenilacetic dirijeaz procesul de biosintez ctre obinerea de penicilin G, folosind ca microorganism productor Penicillium Chrysogenum. Astfel se favorizeaz atingerea unor randamente ridicate de biosintez.

Prin activitatea lor, extrem de eficient, n procesele de biosintez, precursorii sunt considerai componente ce nu lipsesc din mediile de cultur, iar pentru a evita efectele inhibitorii acetia se vor aduga treptat, meninndu-se o concentraie constant.

Reglatori ai proceselor de biosintez

n biosinteza antibiotecelor se pot folosi unele molecule organice sau anorganice, ce acioneaz ca inductor, activatori sau represani.

Un exemplu tipic este ionul fosfat (PO43-), prezent prin KH2 PO4, care dup o anumit concentraie devine un inhibitor pentru acumularea produselor utile. ). [5.69]

2.Sterilizarea

Sterilizarea mediilor de cultura se poate realiza prin metode mecanice(filtrare, centrifugare, flotatie, electrostatic), pe cale termica, cu agenti chimici sau cu unde electromagnetice. S-a ales ca posibilitate de sterilizare a mediului de cultura din industria de biosinteza, sterilizarea cu abur.

Procedeul de sterilizare cu abur este foarte simplu si permite obtinerea unui grad inalt de sterilitate. Acest procedeu prezinta totusi o serie de dezavantaje date de reactiile secundare pe care le sufera principalele componente ale mediului in timpul procesului precum denaturarea proteinelor si inactivarea enzimelor, degradarea vitaminelor si a anumitor factori de crestere si supraincalzirii ce poate initia reactii chimice.

Aceste dezavantaje sunt diminuate prin alegerea judicioasa a procesului, care este totusi cel mai sigur. Procedeul de sterilizare termica a mediului de cultura poate fi realizat continuu sau discontinuu, utilizand drept sursa de incalzire aburul sau energia electrica. Deoarece sterilizarea directa in fermentator prin procedeul discontinuu la 120C necesita un timp indelungat, degradarea mediului este mai avansata si din acest motiv se alege procedeul de sterilizare a mediului de cultura in instalatia continua.

Sterilizarea continua a mediilor de cultura la 120-125C

Pentru sterilizarea unor cantitati mari de medii de cultura se recomanda utilizarea proceselor continue de sterilizare care prezinta o serie de avantaje, precum: conservarea mai buna a proprietatilor nutritive ale mediului, controlul superior al calitatii, utilizarea rationala a consumului de abur, eficacitate si productivitate sporita dar si controlul automatizat. Realizarea in conditii optime a procesului impune un control al spumarii mediuliu si a vascozitatii acestuia. Pentru sterilizarea continua a mediilor de cultura se folosesc instalatii industriale care lucraza la 120-125C.

Instalatia este compusa din trei parti distincte: coloana de sterilizare, mentinator si racitor.

Coloana de sterilizare este formata din doua tevi concentrice: prin teava interioara trece aburul, iar prin spatiu inelar circula mediul supus sterilizarii. In coloana de sterilizare are loc incalzirea mediului pana la 120C, dupa care acesta este trecut prin mentinator si racitorul teava in teava, pentru desavarsirea procesului de sterilizare si racirea la 35-40C.

Din diagrama timp-temperatura pentru sterilizarea continua la 120-125C rezulta ca incalzirea mediului cu abur in coloana de sterilizare se face in 4-5 secunde, iar timpul de mentinere(15-20minute) permite o distrugere a tuturor microorganismelor patogene capabile de multiplicare in conditiile din fermentator. In acest procedeu, contributia perioadei de racire si de incalzire fiind de 5-6%, se poate considera ca procesul de sterilizare are loc numai in mentinator.Sterilizarea aerului.

Procesele industriale de fermentatie sunt aproape in totalitate procese aerobe si in marea lor majoritate aseptice. Necesarul orar de aer steril variaza intre 60-120 m3 aer/1 m3 mediu de cultura. In sterilizarea acestor debite mari de aer apar dificultati generate, pe de o parte de varietatea microoganismelor prezente si de rezistenta lor la temperaturi uscate si pe de alta de limitele largi ale dimensiunilor acestora.

Pentru sterilizarea aerului au fost propuse urmatoarele metode:

sterilizare termica

sterilizare cu raze ionizante sau untra-violete

sterilizarea cu agenti chimici

sterilizarea prin filtrare

3.Fermentatia.

Este faza fundamentala a procesului de biosinteza si se realizeaza in trei etape:

- inoculator

- intermediar

- regim

Aceste etape corespund unor faze de dezvoltare a microorganismelor. Astfel, in inoculator se petrece procesul de aclimatizare a Penicillium crysogenum la noile conditii de dezvoltare, in intermediar incepe cresterea exonentiala a numarului de microorganisme, iar in regim se termina procesul de crestere a microorganismelor si de formare a penicilinei.

Aceasta etapizare reprezinta o imagine generala si putin idealizata a procesului de biosinteza, deoarece chiar in intermediar incepe procesul de elaborare a penicilinelor ca rezultat al distributiei varstelor microorganismului. Acumularea unor cantitati mari de masa moleculara face ca volumele fermentatoarelor, in care are loc procesul, sa creasca in raport zecimal.

Eficacitatea procesului de biosinteza este determinata de conformatia genetica a tulpinii. Tulpina utilizata este P. Crysogenum Q176 a carei potenta a fost ridicata foarte mult prin procese de mutatie.

Procesul de fermentatie cuprinde trei faze distincte:

-faza de crestere

-faza de producere

-faza autolitica

Faza de crestere se caracterizeaza prin acumularea de masa miceliana si utilizarea intensiva a componentelor mediului de cultura. Glucoza este asimilata foarte rapid atat pentru formarea masei celulare, cat si pentru formarea energiei necesare. Cerintele de oxigen sunt maxime in aceasta perioada, iar volumul de CO2 degajat este mare.

Faza de producere a penicilinelor se caracterizeaza prin incetinirea cresterii miceliului fie datorita epuizarii constituentilor usor asimilabili, fie altor conditii precum: scaderea consumului de oxigen, mentinerea pH-ului la 6.8-7.5 care favorizeaza astfel acumularea de penicilina. In aceasta faza lactoza este folosita lent de catre miceliu si furnizeaza energia necesara proceselor de biosinteza sau pentru formarea constituentilor celulari.

Faza autolitica corespunde stadiului in care microoganismele se epuizeaza ca urmare a activitatii metabolice prelungite, iar sursele de carbon din mediu sunt consumate. Continutul de azot al miceliului descreste considerabil si incepe procesul de autoliza al acestuia cu elibereare de amoniac si cresterea pH-ului peste 8. Producerea penicilinelor inceteaza si apare un proces de hidroliza alcalina a penicilinelor formate. In practica industriala nu este permisa prelungirea fermentatiei pana la aparitia autolizei.

Cantitatea de peniciline formate intr-o fermentatie biochimica normala este rezultatul imbinarii rationale a urmatorilor factori:-conformatia genetica a tulpinii care decide caacitatea de producere a penicilinelor

-folosirea unor constituenti adecvati in mediu si un echilibru corect in proportiile acestora

-mentinerea pH-ului la un nivel optim in mediul de fermentatie

dozarea corecta a raportului intre hidratii de carbon

-adaugarea de precursori care vor decide natura catenei laterale si tipul de penicilina produsa

-asigurarea necesitatilor de substante minerale

-mentinerea temperaturii optime

Pentru faza de crestere a masei celulare pH-ul optim este de 4.5-5.0, iar pentru faza de producere a penicilinelor este de 7.0-7.5. Prin urmare, procesul va trebui condus intre cele doua etape in regim diferit. Nu se recomanda depasirea pH-ului de 7.5 deoarece incepe procesul de autoliza insotit de degradarea penicilinelor formate. Mentinerea pH-ului la valoarea 7 in ultima parte a ciclului de fermentatie asigura valori ridicate pentru vitezele de respiratie si elaborare de peniciline.

Regimul optim de temperatura este de 25C cu o toleranta de un grad, iar necesarul de aer, deoarece este un proces aerob, este de 1-1.5 l aer/l mediu x min., la o turatie a agitatorului de 110-140 rot/min.. Viteza de dizolvare a oxigenului creste cu turatia agitatorului, dar acesta nu poate depasi anumite limite deoarece se ajunge la deteriorarea mecanica a biomasei. astfe

Compozitia mediului de cultura are un rol hotarator in procesul de biosinteza deoarece, in dezvoltarea sa, microorganismele au nevoie de surse de hidrati de carbon, azot, substante minerale si precursori. Sursele de hidrati de carbon sunt necesare pentru dezvoltarea microorganismelor si pentru producerea penicilinei.

Viteza de utilizare a hidratilor de carbon se inscrie in urmatoarea schema: glucoza ( acid lactic ( lactoza; fapt care confirma ca in faza de crestere a microorganismelor se consuma glucoza, iar in faza de producere a penicilinelor se consuma lactoza. Introducerea fructozei sau lactozei in locul glucozei are ca efect scaderea brusca a vitezei de crestere a masei celulare.

Dirijarea procesului de biosinteza spre obtinerea Penicilinei G se face cu ajutorul cu ajutorul unei substante care este inglobata in catena laterala si poarta numele de precursor. Acesta este acidul fenilacetic. Precursorul se adauga in portiuni deoarece in concentratii mai mari de 0/1-0/2% sunt toxici pentru microorganisme.

Procesul de formare a penicilinelor fiind aseptic, sterilizarea aparatelor se face cu abu r la 120-125C, iar mentinerea sterilitatii in timpul procesului este asigurata de suprapresiunea creata prin barbotarea aerului steril necesar biosintezei.

Procesul de fermentatie se realizeaza in fermentatoare cilindrice verticale contruite din otel inoxidabil, echipate cu agitator elice sau turbina, serpentina pentru racire, conducta pentru aerare, dispozitive spargere-val, teaca termocuplu, filtru individual de aer si rezervor de antispumant. Fundurile fermentatoarelor sunt sudate pentru a asigura un grad sporit de securitate impotriva infectiilor, iar stuturile au garnitura metalica pe toata suprafata flanselor de legatura.

Dinamica procesului de fermentatie a penicilinelor

Controlul procesului de fermentatie se realizeaza prin determinarea sterilitatii mediului, a gradului de determinare mofologica a ciupercii, a pH-ului mediului, a activitatii lichidului de cultura si a consumului de de zahar. Probele se iau la interval de 4-6 ore, iar procesul se considera terminat atunci cand continutul de zahar al biomasei ajunge la 0.2-0.6%, iar concentratia solutiei ramane aproape constanta intre doua determinari.

Perametrii procesului de fermentatie biochimica a penicilinei:

Etapa de fermentatieT

[C]Agitarea

[Rot/min]Debit aer

[l/l mediu x min]Presiunea

[ata]Durata

[h]

Inoculator2612701.01.2-1.330-40

Intermediar2611701-1.21.2-1.320-40

Regim2611200.6-11.2-1.390-120

Concentratia penicilinelor in solutia nativa la terminarea procesului de fermentatie este cuprinsa intre 5%-6%. Valoarea exacta depinde de potenta susei folosite si de conditiile de realizare a procesului de fermentatie.

4.Filtrarea solutiilor native

Filtrarea la nivel industrial a lichidelor de fermentatie intampina dificultati considerabile datorate naturii masei celulare. Alegerea utilajului pentru filtrare este conditionata de:

- caracterul suspensiei,

- productivitate,

- grad de recuperare

- materialul de constructie al suprafetei filtrante

Filtrarea lichidelor care contin masa celulara cu caracter fibros este o operatie relativ usoara, deoarece miceliul nu colmateaza materialul filtrant si se desprinde usor de pe acesta. Pentru aceste lichide, la nivel industrial sunt recomandate filtre rotative cu vid. Filtrele ofera o suprafata mare de filtrare, posibilitatea spalarii miceliului pe filtru, pentru recuperarea avansata a produselor utile si nu necesita operatii manuale.

Soluia rezultat se trece printr-un rcitor tubular unde se rcete pn la 3-5C i se depoziteaz n rezervorul de ateptare, de unde este trimis la extracie. Rcirea este absolut necesar pentru a reduce viteza reaciilor de degradare a penicilinelor. n unele tehnologii de fabricaie soluia rcit se trateaz cu cetazol 10% pentru coagularea albuminelor, se filtreaz i se trimite la extracie. [6,186] 5.Separarea si purificarea penicilinelor

Separarea penicilinelor prin extractie fizica reprezinta singurul procedeu de separare cu aplicabilitate industriala. Concentratia finala a penicilinei in lichidele de fermentatie este de 3-6%, in functie de tulpina utilizata. Datorita dilutiei foarte mari, este necesara concentrarea solutiei prin extractii repetate a penicilinelor cu solventi.

Fluxul general al separarii penicilinelor cuprinde urmatoarele etape:

- filtrarea lichidului de fermentatie in scopul separarii biomasei

- extractia penicilinelor din filtru cu solvent organic in doua sau mai multe stadii, in functie de concentratia sa in solutie

- reextractia penicilinelor din solventul organic cu o solutie de carbonat de sodiu

- cristalizarea si purificarea.

6. Extracia i reextracia

Extracia reprezint operaia de separare a componenilor unui amestec lichid sau solid pe baza diferenei de solubilitate a acestora ntr-unul sau mai muli solveni. Dac amestecul supus separrii este lichid, operaia este de extracie lichid-lichid, iar pentru solid, extracie solid-lichid. Atunci cnd procesul are loc prin intermediul operaiilor fizice, extracia este fizic, iar atunci cnd intervin reacii chimice, extracia este reactiv.

Extracia fizic lichid-lichid cuprinde 4 etape:

contactarea soluiei iniiale cu solventul (amestecarea)

solubilizarea i difuzia solutului n faza solventului (transferul de masa a solutului)

separarea celor dou faze rezultate (extractul-faza solventului care conine solutul, rafinatul-soluia iniiala epuizat)

recuperarea solventului att din extract, ct i din rafinat. [3.52]

Produsele de biosintez se gsesc n lichidul de fermentaie n concentraii reduse (0.5-8%), fiind n general, compui labili chimic i termic. n plus, n lichidele de fermentaie se gsesc numeroi compui secundari, unii cu caracterisitici fizico-chimice asemntoare cu ale produselor utile, de aceea separarea i purificarea produselor de biosintez sunt operaii dificile, ce implic etape complicate.

Extracia fizic reprezint pn n prezent singurul procedeu de separare industrial al penicilinei G. Concentraia final a penicilinei G n lichidele de fermentaie este cuprins ntre 3 i 6 %, n funcie de tulpina utilizat. Datorit diluiei foarte mari este necesar concentrarea soluiei prin extracie i reextracie. Penicilinele pot fi extrase fie din soluia apoas rezultat n urma filtrrii biomasei, fie direct din lichidul de fermentaie.Fluxul general al separrii penicilinelor de biosintez este alctuit din 4 etape:

filtrarea lichidului de fermentaie cu ajutorul filtrelor rotative cu vid, n scopul separrii biomasei de lichidul care conine penicilinele;

extracia penicilinelor din filtrat cu un solvent organic n dou sau mai multe stadii, in funcie de concentraia lor n soluie;

reextracia penicilinelor din solventul organic cu o soluie de carbonat de sodiu sau de potasiu;

cristalizarea i purificarea, n funcie de tipul de penicilin.

Extracia penicilinei G folosete ca mediu supus extraciei fizice, lichidul de fermentaie filtrat, iar ca solvent acetatul de butil la pH cu valoarea 2. Extracia penicilinei G n acetat de butil decurge cu randamente maxime numai n condtiile n care acest antibiotic se va gsi n soluia apoas supus extraciei n form nedisociat. Acesta deoarece acetatul de butil este un solvent nepolar sau cu polaritate redus. Din analiza procesului de extractive fizica a penicilinei G cu acetat de butil s-a constat ca:

- n solvent sunt extrase numai molecule de penicilina nedisociat

- ntre molecule de penicilina, n condtiile n care se realizeaz extracia, nu are loc formarea unor asociaii

- n acetatul de butil penicilina G nu disociazSchema de operaii pentru separarea penicilinelor prin extracie este prezentat n schema urmtoare:

6.Uscarea

Uscarea este o operatie prin care se indeparteaza umiditatea dintr-un material cu ajutorul energiei termice.Termenul de uscare se mai utilizeaza si in cazul indepartatii unui component in stare lichida sau de vapori dintr-un gaz sau dintr-un amestec lichid.

Uscatoarele se pot clasifica in functie de mai multe criterii:

Penicilina G precipitata se filtreaza pe filtrul Nuce si se usuca in uscator dulap la 35-45C sub vid de 100-225 mmHg, timp de 16-20 ore. PENICILIINA V

Penicilina V se obtine prin aceeasi tehnologie, doar ca la fermentatie se foloseste ca precursor acid fenoxiacetic, iar extractia se face in doua faze, posibil datorita solubilitatii foarte scazute a penicilinei V in apa. Dupa reextractie in apa si acidulare cu acid sulfuric diluat, produsul precipitat se filtreaza, se purifica de solvent si se usuca la 35-400C sub un vid de 100-200 mm Hg.

In ambele cazuri rezulta cantitati mari de butanol impurificat in principal cu acetat de butil si apa. Regenerarea butanolului se face prin distilare si rectificare in regim discontinuu, semicontinuu sau continuu. In prima faza se realizeaza o distilare la 92-940C pentru indepartarea impuritatilor cu punct de fierbere ridicate, se decanteaza o parte din apa, dupa care amestecul se preincalzeste si se trimite in coloana de rectificare, de unde rezulta butanol regenerat, care se recircula in proces.

SCHEMA BLOC A INSTALATIEI DE FABRICARE A PENICILINCARACTERISTICI GENERALE: Structura chimica

ProprietatiProprieti fizice

Penicilina G se prezint sub forma unei substane albe, cristaline, solubile in ap i solveni organici, insolubil n eter, cloroform, uleiuri grase, parafin. p.t.=80C Miros slab, caracteristic, gust amar. Substan higroscopic. (1,86)

Proprieti chimice.

Penicilinene sunt instabile n prezena acizilor, alcalilor, oxidanilor, alcoolilor, metalelor grele i la temperaturi ridicate. Penicilina ii pierde proprietile in soluii cu pH acid mai mic de 5 sau bazic mai mare de 8. (4,3) In soluii apoase prezint pH= 5,5-7,5.

Prezint trei atomi de carbon asimetrici (C3,C5,C7), fiind optic activ cu D20 +241

Produsul iniial rezultat prin hidroliza nucleofil (prezena -lactamazelor, a penicilinazelor sau a ionilor metalici) a penicilinei este acidul peniciloic, biologic inactiv, acesta prin acidulare pierde o molecul de CO2 trecnd n acid peniloic.

Proprietai biologice

Penicilina G se prezint sub form de sruri de sodiu sau potasiu fiind activ bacteriostatic i bactericid fa de bacili i coci grampozitivi. (1,86)

n studiul aciunii biologice a antibioticelor se urmrete stabilirea relaiei dintre structura chimic a medicamentului i aciunea sa farmacologic pe de o parte, iar pe de alta se caut determinarea naturii i a structurii chimice a receptorilor i modul de interaciune ntre receptor i medicament.

De exemplu, cunoscndu-se aciunea anestezic a cocainei s-a sintetizat novocaina care este mai ieftin i mai accesibil.

Proprietile biologice a penicilinei sunt date de structura chimic, proprietile fizice i chimice, conformaia spaial, natura interaciunilor cu receptorul, viteza de metabolizare. Penicilinele au ca mecanism de aciune, impiedicarea formrii peretelui celular, prin legarea transversal a lanurilor aparinnd unui polimer peptidoglicanic, format dintr-un lan de uniti N-acetilglucozamin-acid N-acetilmuramic, cu lanuri de pentapeptid-entaglicin, ataate perpendicular. Legtura dintre glicina terminal a pentaglicinei i D-alanin o realizeaz transpeptidaza membranar. Penicilinele se cupleaz cu transpeptidaza, o blocheaz, imiedicnd astfel formarea legturilor transversale , care asigur existena peretelui bacterian. Celulele microbiene, lipsite de perete, sunt expuse tensiunilor osmotice i mor. Bacteriile care nu au perete celular nu sunt sensibile la aciunea penicilinelor.

Penicilinele pot aciona asupra funciei enzimatice a proteinelor, ducnd la autoliza unora dintre bacterii, sau la inhibarea creterii. (3, 44)

Administrarea penicilinei se face intramuscular, intravenos sau intrarahidian, la intervale de 6 ore. Eliminarea se produce pe cale renal, n form nemodificat.

Utilizari

Infectii-infectii la nivelul urechilor, nasului si gatului

-infectii ale tractului respirator

-infectii ale organelor genitale la femei

-infectii ale oaselor

-infectii la nivelul foitelor care invelesc inima

-infectii ale pielii si ale tesuturilor moi

Afectiuni-actinomicoza

-difterie

-erizipel

-gangrena gazoasa

-meningita si abces cerebral

-peritonita

-septicemie

-tetanos

-antrax

-leptospiroza

-listerioza

-febra muscaturii de sobolan

-boala Lyme

-pasteureloza

-complicatii secundare ale gonoreei si sifilisului (artrita gonococica sau andocardita, sifilis congenital si neurosifilis)

PRODUCATORI:

In Romania, an 2013:

COMPANIECifra de afaceri (milioane lei)

Terapia500,63

Antibiotice S.A.252, 69

Zentiva290,36

Sandoz184,07

Labormed-Pharma141,78

Gedeon Richter119,18

Biofarm63,36

De remarcat este faptul ca Antibiotice S.A. Iasi este cel mai mare producator de Penicilina din sud-estul Europei, 30% din productia totala mergand spre export. In lume, an 2013:COMPANIECifra de afaceri (milioane dolari)

Pfizer47.878

Novartis47.468

Roche39.163

Merck & Co.37.437

Sanofi37.124

GalaxoSmithKline33.330

Johnson % Johnson28.125

PROCESUL TEHNOLOGIC

Procesul tehnologic de obinere a penicilinei G se realizeaz prin procedeul discontinuu de fermentaie n profunzime care prezint o serie de avantaje precum:

pericolul de infectare a mediilor de cultur este redus

randament ridicat

procesul este omogen

costuri de investiie reduse

Obinerea penicilinei G s-a efectuat dupa urmtoarea schem bloc:

Hidrati de carbon

Extract de porumb

Saruri nutritive

Aer nesteril

Abur, 5 a.t.a.

Penicillium crysogenum

Condens

Ag. antispumant

Acid fenilacetic

Masa celulara

Acetat de butil

Sol. dil. H2SO4

Faza apoasa

Sol.NaCO3

Butanol Reziduuri

`CH3Cl3

butanol

Realizarea in conditii optime a procesului impune un control al spumarii mediuliu si a vascozitatii acestuia. Pentru sterilizarea continua a mediilor de cultura se folosesc instalatii industriale care lucraza la 120- 1250

Instalatia este compusa din trei parti distincte: coloana de sterilizare, mentinator si racitor.

Sterilizarea aerului.

Procesele industriale de fermentatie sunt aproape in totalitate procese aerobe si in marea lor majoritate aseptice. Necesarul orar de aer steril variaza intre 60-120 m3 aer/m3 mediu de cultura. In sterilizarea acestor debite mari de aer apar dificultati generate, pe de o parte de varietatea microoganismelor prezente si de rezistenta lor la temperaturi uscate si pe de alta de limitele largi ale dimensiunilor acestora..

3.Fermentatia.

Este faza fundamentala a procesului de biosinteza si se realizeaza in trei etape:

- inoculator

intermediar

regim

Aceste etape corespund unor faze de dezvoltare a microorganismelor. Astfel, in inoculator se petrece procesul de aclimatizare a Penicillium crysogenum la noile conditii de dezvoltare, in intermediar incepe cresterea exonentiala a numarului de microorganisme, iar in regim se termina procesul de crestere a microorganismelor si de formare a penicilinei.

Aceasta etapizare reprezinta o imagine generala si putin idealizata a procesului de biosinteza, deoarece chiar in intermediar incepe procesul de elaborare a penicilinelor ca rezultat al distributiei varstelor microorganismului. Acumularea unor cantitati mari de masa moleculara face ca volumele fermentatoarelor, in care are loc procesul, sa creasca in raport zecimal.

Eficacitatea procesului de biosinteza este determinata de conformatia genetica a tulpinei. Tulpina utilizata este P. Crysogenum Q176 a carei potenta a fost ridicata foarte mult prin procese de mutatie. O tulpina buna se caracterizeaza prin capacitatea mare de inmultire, utilizare rapida a azotului si a precursorului, lipsa pigmentilor in biomasa si miceliu fibros.

Procesul de fermentatie cuprinde trei faze distincte:

faza de crestere

faza de producere

faza autolitica

Cantitatea de peniciline formate intr-o fermentatie biochimica normala este rezultatul imbinarii rationale a urmatorilor factori:

conformatia genetica a tulpinii care decide caacitatea de producere a penicilinelor

folosirea unor constituenti adecvati in mediu si un echilibru corect in proportiile acestora

mentinerea pH-ului la un nivel optim in mediul de fermentatie

dozarea corecta a raportului intre hidratii de carbon

adaugarea de precursori care vor decide natura catenei laterale si tipul de penicilina produsa

asigurarea necesitatilor de substante minerale

mentinerea temperaturii optime

Regimul optim de temperatura este de 25C cu o toleranta de un grad, iar necesarul de aer, deoarece este un proces aerob, este de 1-1.5 l aer/l mediu x min., la o turatie a agitatorului elicoidal de 110-140 rot/min.

. Viteza de dizolvare a oxigenului creste cu turatia agitatorului, dar acesta nu poate depasi anumite limite deoarece se ajunge la deteriorarea mecanica a biomasei. astfe

reactia de consum a oxigenului

Din datele existente in literature de specialitate rezulta ca in sisteme eterogene gaz-lichid-solid, bine agitate, viteza procesului de transfer de masa al oxigenului este determinate de difuzia oxigenului dizolvat prin filmul de lichid. .

Necesarul de substante minerale pentru fazele de crestere a masei celulare si elaborarii de peniciline pentru P.crysogenum Q174 este urmatorul:

ElementValori exprimate in mg/l mediu

Cresterea P.Crysogenum Producerea penicilinei

Potasiu4040

Magneziu88

Fosfor80200

Fier0.27

Sulf70100

Dinamica procesului de fermentatie a penicilinelor

Controlul procesului de fermentatie se realizeaza prin determinarea sterilitatii mediului, a gradului de determinare mofologica a ciupercii, a pH-ului mediului, a activitatii lichidului de cultura si a consumului de de zahar. Probele se iau la interval de 4-6 ore, iar procesul se considera terminat atunci cand continutul de zahar al biomasei ajunge la 0.2-0.6%, iar concentratia solutiei ramane aproape constanta intre doua determinari.

Perametrii procesului de fermentatie biochimica a penicilinei:

Etapa de fermentatieT

[C]Agitarea

[Rot/min]Debit aer

[l/l mediu x min]Presiunea

[ata]Durata

[h]

Inoculator2612701.01.2-1.330-40

Intermediar2611701-1.21.2-1.320-40

Regim2611200.6-11.2-1.390-120

Concentratia penicilinelor in solutia nativa la terminarea procesului de fermentatie este cuprinsa intre 5%-6%. Valoarea exacta depinde de potenta susei folosite si de conditiile de realizare a procesului de fermentatie. 4.Filtrarea

Filtrarea la nivel industrial a lichidelor de fermentatie intampina dificultati considerabile datorate naturii masei celulare. Alegerea utilajului pentru filtrare este conditionata de:

caracterul suspensiei,

productivitate,

grad de recuperare

materialul de constructie al suprafetei filtrante

Filtrarea lichidelor care contin masa celulara cu caracter fibros este o operatie relativ usoara, deoarece miceliul nu colmateaza materialul filtrant si se desprinde usor de pe acesta. Pentru aceste lichide, la nivel industrial sunt recomandate filtre rotative cu vid. 5.Separarea si purificarea penicilinelor

Separarea penicilinelor prin extractie fizica rerezinta singurul procedeu de separare cu aplicabilitate industriala. Concentratia finala a penicilinei in lichidele de fermentatie este de 3-6%, in functie de tulpina utilizata. Datorita dilutiei foarte mari, este necesara concentrarea solutiei prin extractii repetate a penicilinelor cu solventi.

Fluxul general al separarii penicilinelor cuprinde urmatoarele etape:

- filtrarea lichidului de fermentatie in scopul separarii biomasei

- extractia penicilinelor din filtru cu solvent organic in doua sau mai multe stadii, in functie de conc sa in solutie

- reextractia penicilinelor din solventul organic cu o solutie de carbonat de sodiu

- cristalizarea si purificarea.

6.Extracia i reextracia

Extracia reprezint operaia de separare a componenilor unui amestec lichid sau solid pe baza diferenei de solubilitate a acestora ntr-unul sau mai muli solveni. Dac amestecul supus separrii este lichid, operaia este de extracie lichid-lichid, iar pentru solid, extracie solid-lichid. Atunci cnd procesul are loc prin intermediul operaiilor fizice, extracia este fizic, iar atunci cnd intervin reacii chimice, extracia este reactiv.

Fluxul general al separrii penicilinelor de biosintez este alctuit din 4 etape:

1. filtrarea lichidului de fermentaie cu ajutorul filtrelor rotative cu vid, n scopul separrii biomasei de lichidul care conine penicilinele;

2. extracia penicilinelor din filtrat cu un solvent organic n dou sau mai multe stadii, n funcie de concentraia lor n soluie;

3. reextracia penicilinelor din solventul organic cu o soluie de carbonat de sodiu sau de potasiu;

4. cristalizarea i purificarea, n funcie de tipul de penicilin.Extracia penicilinei G folosete ca mediu supus extraciei fizice, lichidul de fermentaie filtrate, iar ca solvent acetatul de butil la pH cu valoarea 2.

Extracia penicilinei G n acetat de butil decurge cu randamente maxime numai n condtiile n care acest antibiotic se va gsi n soluia apoas supus extraciei n form nedisociat. Acesta deoarece acetatul de butil este un solvent nepolar sau cu polaritate redus. Din analiza procesului de extractive fizica a penicilinei G cu acetat de butil s-a constat ca:

- n solvent sunt extrase numai molecule de penicilina nedisociat

- ntre molecule de penicilina, n condtiile n care se realizeaz extracia, nu are loc formarea unor asociaii

- n acetatul de butil penicilina G nu disociazPentru extracia penicilinei G se folosete extractorul Podbielniak. Acesta este construit dintr=o foaie metalic nfurat n spiral n jurul unui arbore care se rotete cu 2000-5000rpm..Rotorul are forma unei spirale cu un numr variabil de spire( 6-33 spire) a cror seciune formeaz canale paralele.

1. ansamblu rotor +ax 2. carcas 3. lagre 4. curea de tranmisie 5. foaie metalic spiralat perforat6. conducte de distribuie a fazelor7. conduct pentru lichidele de splare i curare8. tuuri de alimentare i evacuare7. Distilarea azeotrop

n prezent pentru separarea srurilor penicilinei G din soluia apoas rezultat de la reextracia n carbon de Na(K), se folosete procedeul antrenrii azeotrope a apei cu butanol, la vid, astfel ncat, odat cu ndeprtarea apei are loc cristalizarea srii respective, apoi, acesta se filtreaz si se spal cu butanol i cloroform. 8. Uscarea

Uscarea este o operatie prin care se indeparteaza umiditatea dintr-un material cu ajutorul energiei termice.Termenul de uscare se mai utilizeaza si in cazul indepartatii unui component in stare lichida sau de vapori dintr-un gaz sau dintr-un amestec lichid.

Penicilina G precipitata se filtreaza pe filtrul Nuce si se usuca in uscator dulap la 35-45C sub vid de 100-225 mmHg, timp de 16-20 ore.

2.4.6 Bilantul de materiale

Determinarea productiei pe sarje (Pan)

Pan = 26 tone/an = 26*103 kg/an

Numarul de sarje

FAT = fondul anual de timp

FAT = 330 zile = 330 * 24 h

ts = tf + taux

tf = durata fermentatiei

tf = 140 h

taux = timpii auxiliari = [10-15] h ( se adopta taux = 13 h

ts = 140 + 13 = 153 ore

O sarja:

Productia in fermentator

g randament global

Randamentele specifice pentru fiecare etapa a procesului tehnologic sunt urmatoarele:

filtrare: 80%

- cristalizare + distilare azeotropa: 94%

extractie: 94%

- filtrare + spalare: 95 %

reextractie 90%

- uscare: 98%

g = 0,59229 %

Productivitatea microorganismului

Productivitatea microorganismului pentru penicilina este de 80000 ui/ml, iar activitatea standard este de 1670 ui/ml

1 mg................................1670 ui/ml x = 47,9041 mg/ml = 47,9041 kg/m3

x mg..............................80000 ui/ml

P = productivitatea microorganismului; P = x

P = 47,9041 kg/m3Vu = volumul util

Mmdc = masa mediului de cultura

Mmdc = Vu *

= densitatea apei la temperatura de 25C

= 997,047 kg/m3

Mmdc = 17,9676 * 997,047 = 17914,581 kg/sarja

1. Pregatirea mediului de cultura

In fermentatorul de regim, compozitia mediului de cultura este urmatoarea:

Componentii mediului de culturaFermentatorul de regim (%)

1Extract de porumb2,6

2Lactoza6,5

3Glucoza2,5

4Faina de soia0,3

5CaCO31,25

6KH2PO40,55

7NH4NO30,3

8Na2SO40,06

9ZnSO40,002

10Acid fenilacetic0,4

11Tiosulfat de sodiu0,8

12MnSO40,002

13Apa84,736

Apa = 100 - xi

100 kg M.d.c. ..................................2,6 kg extract de porumb

17914,581 kg M.d.c.........................x1 kg extract de porumb

x1 = 465,779 kg extract de porumb/sarja

100 kg M.d.c.......................................6,5 kg lactoza

17914,581 kg M.d.c............................x2 kg lactoza

x2 = 1164,448 kg lactoza/sarja

100 kg M.d.c...........................2,5 kg glucoza

17914,581 kg M.d.c.................x3 kg glucoza

x3 = 447,865 kg glucoza/sarja

100 kg M.d.c.............................0,3 kg faina de soia

17914,581 kg M.d.c..................x4 kg faina de soia

x4 = 53,744 kg faina de soia/sarja

100 kg M.d.c...............................1,25 kg CaCO3

17914,581 kg M.d.c.....................x5 kg CaCO3

x5 = 223,932 kg CaCO3/sarja

100 kg M.d.c..............................0,55 kg KH2PO4

17914,581 kg M.d.c....................x6 kg KH2PO4

x6 = 98,53 kg KH2PO4/sarja

100 kg M.d.c.............................0,3 kg NH4NO3

17914,581 kg M.d.c.....x7 kg NH4NO3

x7 = 53,744 kh NH4NO3/sarja

100 kg M.d.c..0,06 kg Na2SO4

17914,581 kg M.d.cx8 kg Na2SO4

x8 = 10,748 kg Na2SO4/sarja

100 kg M.d.c..............................0,002 kg ZnSO417914,581 kg M.d.c...................x9 kg ZnSO4

x9 = 0,358 kg ZnSO4/sarja

100 kg M.d.c..............................0,4 kg Acid fenilacetic

17914,581 kg M.d.c..................x10 kg Acid fenilacetic

x10 = 71,658 kg Acid fenilacetic/sarja

100 kg M.d.c........................0,8 kg Tiosulfat de sodiu

17914,581 kg M.d.c.............x11 kg Tiosulfat de sodium

x11 = 143,316 kg Tiosulfat de sodium/sarja

100 kg M.d.c........................0,002 kg MnSO4

17914,581 kg M.d.c............x12 kg MnSO4

x12 = 0,358 kg MnSO4/sarja

Materiale intrate%kg/sarjaMateriale iesite%kg/sarja

1Extract de porumb2,6465,779Extract de porumb2,6465,779

2Lactoza6,51164,448Lactoza6,51164,448

3Glucoza2,5447,865Glucoza2,5447,865

4Faina de soia0,353,744Faina de soia0,353,744

5CaCO31,25223,932CaCO31,25223,932

6KH2PO40,5598,53KH2PO40,5598,53

7NH4NO30,353,744NH4NO30,353,744

8Na2SO40,0610,748Na2SO40,0610,748

9ZnSO40,0020,358ZnSO40,0020,358

10Acid fenilacetic0,471,658Acid fenilacetic0,471,658

11Tiosulfat de sodiu0,8143,316Tiosulfat de sodiu0,8143,316

12MnSO40,0020,358MnSO40,0020,358

13Apa84,73615180,099Apa84,73615180,099

TOTAL10017914,575TOTAL10017914,575

Componentii in exces:

extract de porumb: 2,86 % ; 512,357 kg/sarja

lactoza: 7,15%;

1280,891 kg/sarja

glucoza: 2,75%;

492,65 kg/sarja

faina de soia: 0,33%; 59,118 kg/sarja

Materiale intrate%kg/sarjaMateriale iesite%kg/sarja

1Extract de porumb2,86512,357Extract de porumb2,86512,357

2Lactoza7,151280,891Lactoza7,151280,891

3Glucoza2,75492,65Glucoza2,75492,65

4Faina de soia0,3359,118Faina de soia0,3359,118

5CaCO31,25223,932CaCO31,25223,932

6KH2PO40,5598,53KH2PO40,5598,53

7NH4NO30,353,744NH4NO30,353,744

8Na2SO40,0610,748Na2SO40,0610,748

9ZnSO40,0020,358ZnSO40,0020,358

10Acid fenilacetic0,471,658Acid fenilacetic0,471,658

11Tiosulfat de sodiu0,8143,316Tiosulfat de sodiu0,8143,316

12MnSO40,0020,358MnSO40,0020,358

13Apa83,54614966,915Apa83,54614966,915

TOTAL10017914,575TOTAL10017914,575

Datorita componentilor care se degradeaza si adaugarii lor in exces, cantitatea de apa este: Apa = 100 - xi = 83,546kg2. Sterilizarea

In aceasta etapa se degradeaza compusii care la etapa precedenta au primit un excedent de 10%.

Marimi intrate%kg/sarjaMarimi iesite%kg/sarja

1Extract de porumb2,86512,357Extract de porumb2,6465,779

2Lactoza7,151280,891Lactoza6,51164,448

3Glucoza2,75492,65Glucoza2,5447,865

4Faina de soia0,3359,118Faina de soia0,353,744

5CaCO31,25223,932CaCO31,25223,932

6KH2PO40,5598,53KH2PO40,5598,53

7NH4NO30,353,744NH4NO30,353,744

8Na2SO40,0610,748Na2SO40,0610,748

9ZnSO40,0020,358ZnSO40,0020,358

10Acid fenilacetic0,471,658Acid fenilacetic0,471,658

11Tiosulfat de sodiu0,8143,316Tiosulfat de sodiu0,8143,316

12MnSO40,0020,358MnSO40,0020,358

13Apa83,54614966,915Apa84,73615180,099

TOTAL10017914,575TOTAL10017914,575

3. Fermentatia

In etapa de fermentatie este necesar calculul a 3 cantitati: necesarul de aer, cantitatea de biomasa si cantitatea de apa evaporata.

Aer.

Necesarul de aer pentru etapa de fermentatie se considera a fi 1 Laer / 1 Lm.d.c * min

1L = 10-3m3 M.d.c................................1L = 10-3m3 aer

Vu = 17,9676 m3 M.d.c.........................x m3 aer

x=17,9676 m3 aer/min

1 min.........................................17,9676 m3 aer

tf = 140 * 60 = 8400 min..........y

y = 150927,84 m3 aer/sarja

Maer = Vaer * aer 0 = 1,293 kg/m3

T0 = 273 K

T = 298 K

P = 1 atm

P0 = 1,1 atm

Maer = 196508,047 kg/sarja

Biomasa.

cx = 20 g s.u./l M.d.c

Celulele vii contin 20% substanta uscata si 80% apa.

1L = 10-3 m3 M.d.c.......................................100 g celule

17,9676 m3 .................................................cx g celule

cx = 1796,76 kg biomasa/sarja

Apa evaporata.

- 1 kg de aer trecut prin mediul de cultura preia 0,01 kg de apa;

1 kg aer.............................0,01 kg apa evaporata

196508,047 kg aer............x kg apa evaporata

x = 1965,080 kg apa evaporata/sarja

Minocul = 0,1 * Mm.d.c = 1791,458 kg/sarja

Mmediu = 0,9 * Mm.d.c = 16123,122 kg/sarja

Ldf masa lichidului de fermentatie

Ldf = Minocul + Mmediu Mapa evaporata - Mbiomasa

Ldf = 17914,581 1965,080 1796,76

Ldf = 14152,740 kg/sarja

Marimi intratekg/sarjaMarimi iesitekg/sarja

1Mediu de cultura16123,122Lichid de fermentatie

(Penicilina G)14152,740

(860,722)

2Inocul1791,458Biomasa1796,76

3Aer196508,047Apa evaporata1965.080

4Aer196508,047

TOTAL214422,627TOTAL214422,627

4.Filtrarea

= 80%

- precipitatul retine 20% din lichidul de fermentatie

Mpp - masa precipitatului

Mpp = Mbiomasa + 0.2 * Mpp = Mbiomasa / 0,8

Mpp = 2245,95 kg/sarja

Mfiltrat = Ldf 0,2 * Mpp

Mfiltrat = 14152,140 0,2 * 2245,950 = 13703,55 kg/sarja

Marimi intratekg/sarjaMarimi iesitekg/sarja

1Lichid de fermentatie

(Penicilina G)14152,740

(860,722)Precipitat2245,95

2Biomasa1796,76Filtrat

(Penicilina G)13703,55

(688,577)

TOTAL15949,5TOTAL15949,5

5. Extractia

= 94%

- extractia se realizeaza utilizand acetat de butil in raport de 1:3 fata de filtrat

Madb = Mfiltrat / 3

Madb = 4567,85 kg/sarja

- reactia chimica dupa care are loc extractia este urmatoarea:

2PCOOK + H2SO4 ( 2PCOOK + K2SO4Fermentatia are loc la un pH 6,7. Extractia are loc la pH 2. In acest scop se adauga acid sulfuric.

pH=6,7

pH=2

pH=4,7Marimi intratekg/sarjaMarimi iesitekg/sarja

1Filtrat

(Penicilina G)13703,55

(688,577)Extract

(Penicilina G)5057,6361

(b=581,310)

2Acetat de butil4567,85Rafinat15481,5602

3H2SO4 4%2267,818

TOTAL20539,218TOTAL20539,1962

6. Reextractia

= 90%

- reextractia se realizeaza cu solutie de K2CO3 10% in exces de 10%

- are loc dupa urmatoarea reactie:

2PCOOH + K2CO3 ( 2PCOOK + CO2 + H2O

Marimi intratekg/sarjaMarimi iesitekg/sarja

Extract

(Penicilina G)5057,636

(581,310)Solvent4444,9341

2K2CO3 10%321,001Solutie carbonat

(Penicilina G)1933,8712

(c=582,7023)

TOTAL6378,637TOTAL6378,805

7. Cristalizare. Distilare azeotropa.

= 0,94

Marimi intratekg/sarjaMarimi iesitekg/sarja

1Solutie carbonat

(Pen. G)1933,8712

(582,7023)Penicilina G

Precipitat547,7401

2BuOH3445,4807Azeotrop4222,4082

3BuOHI609,2088

TOTAL5379,351TOTAL5379,3517

8. Filtrare

= 0,95

- cristalele se spala pe filtru cu BuOH si CHCl3 in raport de 1:5 fata de masa pecipitatului

MBuOH = MCHCl3 = Mpp/5 = 109,5482 kg/sarja

Marimi intratekg/sarjaMarimi iesitekg/sarja

1Penicilina G pp547,7401Precipitat578,1701

(e=520,353)

2BuOH109,5482BuOH109,5482

3CHCl3109,5482CHCl3109,5482

4BuOHI609,2088BuOHI`578,7788

TOTAL1376,0453TOTAL1376,0349

9. Uscare

= 0,98

- umiditatea retinuta este de 10%

MCHCl3 = 0,1 * Mpp + Mpp pierdut = 68,224 kg/sarja

Mpp pierdut = e * 0,02 = 10,407 kg/sarja

Marimi intratekg/sarjaMarimi iesitekg/sarja

1Precipitat578,1701Penicilina G509,9459

2CHCl368,224

TOTAL578,1701TOTAL578,1699

Din tehnologia obinerii penicilinei G prin fermentaie discontinu, pe lng produsul principal apar n diferite etape produse secundare i deeuri de fabricaie. Principalul deeu rezultatat n procesul de biosintez a penicilinei G este miceliul separat prin filtrarea lichidului de fermentaie. Miceliul se usuc, se trateaz cu un mediu alcalin, se amestec cu lisin sau extract vitaminic obinnd o mas proteic valoroas pentru zootehnie.

Apele cu urme de solvent sunt supuse ndeprtrii solventului apoi se epureaz. Apele acide de la extracie se neutralizeaz i se trimit la staiile de epurare.

Procesul de epurare const n ndeprtarea din apele uzate a substanelor toxice, a microorganismelor, n scopul proteciei mediului nconjurtor. Evacuarea apelor uzate neepurate n mod corespunztor poate prejudicia, printre altele, n primul rnd, sntatea publica. Ca o prim msur STAS 1481-76, prevede ca apele uzate sa fie evacuate ntotdeauna n aval de punctele de folosin. Epurarea apelor uzate se realizeaz n staiide epurare; acestea fac parte integrant din canalizarea oraului sau industrie, mrimea lor fiind determinatde gradulde epurarenecesar, dedebitelei caracteristicileapelor uzate, de folosinele prezente si viitoare ale apelor.

Epurarea apelor uzate se poate realiza prin metode ce sebazeaz pe procese fizice,chimice i biologice, care difer funcie de tipul poluanilor iconcentraia lor n apa uzat.Se poate face o clasificare a acestor metode lund nconsiderare tipul procesului care st labaza metodei de epurare:

Epurare mecanic

Epurare chimic

- Epurare biologic

- Epurare avansat

Considernd operaiile iprocesele unitarenecesare pentru arealizandeprtarea poluanilor, ntr-un anumit stadiu al sistemului de epurare n:

- Epurare primar

- Epurare secundar

- Epurare teriar (avansat

Apele uzate industriale sunt admise n reeaua de canalizare a oraului numai dac ndeplinesc anumite condiii. Este interzis evacuarea n reelele de canalizare oreneti a apelor reziduale industriale care conin:

-suspensii sau alte materiale care se pot depune

-corpuri solide, solide plutitoare sau antrenate care nu trec prin grtarul cu spaiul liber de 20 mm ntre bare

-corpuri solide antrenate, dure care pot genera zone de corodare a colectoarelor

-pcur, uleiuri, grsimi care pot genera aderen pe pereii colectorului

-substane care provoac fenomene de coagulare

-substane cu agresivitate chimic asupra materialului de construcie a colectorului i staiei de epurare

-substane ca: benzin, benzen, eter, cloroform, acetilen, hidrocarburi clorurate, etc., care prin evaporare pot provoca amestecuri detonante

-substane nocive care pot pune n pericol personalul de deservire a staiilor de epurare

-substane inhibitoare ale procesului de epurare care ar putea prejudicia funcionarea instalaiilor de epurare biologic sau a celor de fermentare a namolului

-ape calde cu temperaturi de peste 50C.

O alt surs de poluare este reprezentat de eliminarea de gaze, CO2 i aer-de cele mai multe ori amestecat cu particule lichide sau solide. Prin interaciunea chimic a acestor substane cu diferite forme fizice ale apei pot rezulta uneori substane chimice foarte toxice.

3.1. Controlul, reglarea i automatizarea procesului tehnologic

Fig.1 FermentatorObiectivul conducerii automate a unui fermentator este realizarea i meninerea condiiilor favorabile pentru viaa i producerea microorganismelor. Acest fapt se face prin reglarea automata a unor parametrii tehnologici specifici proceselor de biosinteza.

Principalii parametri luati in considerare sunt:

temperatura

presiunea

pH-ul

concentraia reactanilor

debit

nivelul lichidului

nivelul spumei

nivelul Oxigenului

Reglarea automata a nivelului.

n cazul unui rezervor nchis, cu seciune transversal mare si cu suprapresiune depind considerabil presiunea hidrostatic,variaii ale suprapresiunii vor induce abateri relativ mici ale nivelului dar modificari nsemnate ale debitului de ieire. Pentru aceste situaii se recomand reglarea nivelului cu SRA evoluate, n cascad nivel-debit.

Obiectivul reglarii automate a nivelului este de a mentine cu precizie ridicata un nivel constant. Principala perturbatie este reprezentata de variatia debitului de intrare, iar variabila manipulata va fi debitul de evacuare.

Reglarea automata a presiunii in vase inchise.

In cazul schemei de reglare a presiunii in vase inchise avem in partea superioara a vasului, supapa cu rol de reducere a presiunii. Aceasta schema este utilizata numai atunci cand fluxul de alimentare are in permanenta presiune mai mare decat valoarea de referinta.

Reglarea automata a temperaturii

Transferul de caldura se face prin conductie. Variabila manipulata este de regula debitul de agent termic. Pentru stabilizarea temperaturii in bioreactoare se foloseste o schema de reglare tip cascada: temperatura debit. Bucla de debit stabilizeaza debitul de agent de incalzire la valoarea data de regulatorul de temperatura inainte ca abaterea acestui debit sa influenteze temperatura care este paramentrul reglat principal. Dac temperatura lichidului ncalzit depaseste referinta, regulatorul comanda inchiderea partiala a ventilului de reglare de pe conducta de agent.

Reglarea automata a concentratiei

Reglarea automata a concentratiei in bioreactoare este realizata de cele mai multe ori indirect, stabilizand direct alti parametrii care influenteaza desfasurarea procesului de reactie: temperatura, debite de reactanti , timpi de stationare in reactor, etc. Reglarea automata directa a concentratie este justificata in cazurile in care viteza de reactie fluctueaza si abaterile concentratiei au efecte economice semnificative. De exemplu, concentratia unui produs poate trece printr-un maxim dupa care, cresterea conversiei reactantilor duce la descompunerea acestuia intr-o serie de produse secundare. In acest caz reactorul trebuie automatizat, avand ca scop obtinerea unei concentratii optime a produsului care, in mod obisnuit poate fi mai mica decat valoarea maxima. Reglarea automata a concentratiei se face indirect urmarind alti parametrii cum ar fi: densitate, indice de refractie, vascozitate, etc.

Reglarea automata a pH-ului.

Pentru obtinerea pH-ului dorit al unei solutii se recurge la adaugarea in aceasta a unor reactivi sub forma altor solutii de acizi si baze , substante pulverizate, substante gazoase, a unor solutii tampon, agenti de neutralizare.

Sistemele de reglare a pH-ului au scopul de a regla pH-ul ca o actiune suplimentara, in ideea realizarii unei conditii necesare pentru buna desfasurare a unui proces. In procesul de fermentatie, unde datorita unui timp indelungat de stationare a masei de reactie in reactor si a consumului lent de reactiv adaugat pentru stabilizarea pH-ului, reglarea este destul de usor de indeplinit si este suficient un regulator simplu, bi-pozitional.

Reglarea nivelului spumei

Sensorii sau electrozii de contact reprezinta cea mai simpla soluie pentru controlul formarii spumei. Aceste sisteme sunt constituite din dou fire metalice fixate intr-un corp izolant, a cror capete sunt plasate la o distanta foarte mica, unul de altul . Acest tip de sensor se plaseaz la o anumita inlime deasupra mediului lichid din interiorul bioreactorului. Prin atingerea spumei la extremitatile capetelor neizolate ale firelor metalice, se realizeaza practic un contact electric cu apariia unui semnal analitic, care dup o prealabila amplificare poate declana un sistem de avertizare optic sau acustic, sau ambele. Simultan, semnalul dat poate actiona spargatorul mecanic de spuma, sau dupa un anumit interval de timp sistemul de adugare a agentului de antispumare.

Reglarea automat a oxigenului

Oxigenul constituie unul dintre parametrii chimici de baz pentru majoritatea proceselor biochimice industriale, influennd n mod decisiv numeroase microorganisme, ntrucat dezvoltarea multora dintre acestea este condiionat.

Reglarea automat a oxigenului se face prin intermediul senzorului Mancy. Este un senzor de tip galvanic, const n eliminarea complet al rezervorului cu electrolit. ntreaga cantitate de electrolit se gasete sub forma unui film plasat intre electrozi i membrana permeabil pentru O2.

Suprafaa relativ mare a catodului din argint face posibil msurarea semnalului analitic prin conectarea direct a senzorului la un ampermetru.

Datorit acestui principiu constructiv, sensorul nu prezint raspuns negativ. n schimb acest sensor prezinta o mare dependena a semnalului analitic fa de miscarea lichidului probei de analizat. Astfel, pentru o aceeai proba, s-a constatat un raspuns al sensorului de aproximativ 20 ori mai mare, n condiii de agitare comparativ cu proba neagitata.

Pregatire mediu de cultura

Sterilizare aer

Sterilizare m.c.

Fermentatie

Filtrare

Reextractie

Extractie

Distilare azeotropa

Filtrare, spalare pe

Penicilina

G

Uscare

_1380961692.dwgalex