Цена доставки диссертации от 500 рублей 

Поиск:

Каталог / ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ / Технология материалов и изделий текстильной и легкой промышленности / Технология швейных изделий

Разработка способа проектирования технологического процесса изготовления формованных деталей головных уборов из коллагенсодержащего сырья

Диссертация

Автор: Балтыжакова, Ольга Анатольевна

Заглавие: Разработка способа проектирования технологического процесса изготовления формованных деталей головных уборов из коллагенсодержащего сырья

Справка об оригинале: Балтыжакова, Ольга Анатольевна. Разработка способа проектирования технологического процесса изготовления формованных деталей головных уборов из коллагенсодержащего сырья : диссертация ... кандидата технических наук : 05.19.04 Москва, 2003 156 c. : 61 03-5/3230-8

Физическое описание: 156 стр.

Выходные данные: Москва, 2003






Содержание:

ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ, УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ, СИМВОЛОВ, ЕДИНИЦ И ТЕРМИНОВ
ВВЕДЕНИЕ
1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫII
2 СОБСТВЕННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
21 Выбор направления исследований
22 Материалы и методы исследований
221 Микроорганизмы
222 Питательные среды, растворы и реактивы
223 Методы исследований
23 Результаты исследований
231 Разработка технологии глубинного способа культивирования микроорганизмов В subtilis №3 и В licheniformis №31
2311 Разработка состава питательных сред
2312 Отработка условий глубинного выращивания бацилл в ферментерах различного объема
2313 Стандартизация качества жидких питательных сред для глубинного культивирования В subtilis №3 и В Н-cheniformis №31
2314 Оптимизация условий приготовления и параметров оценки качества посевных рабочих культур В subtilis № и В licheniformis №31
2315 Оценка эффективности оптимизации состава питательных сред № 4 и № 7 при глубинном выращивании В subtilis №3 и В licheniformis №31 в ферментерах IG
2316 Воспроизводимость результатов выращивания культур В subtilis №3 и В licheniformis №31 по новой технологии Ю
232 Сравнительная характеристика препарата биоспори-на, полученного по разработанной и существующей технологиям
3 ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ
4 ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
5 ВЫВОДЫ
6 ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ

Введение:
Разработка и внедрение в практику здравоохранения и ветере-нарии новых высокоэффективных препаратов для лечения и профилактики острых кишечных инфекций (ОКИ) и дисбактериозов представляет собой задачу, актуальность которой не вызывает сомнений.
Это объясняется ростом заболеваемости людей, в том числе военнослужащих, ОКИ, несвоевременной их диагностикой в условиях ухудшающейся эпизоотической, эпидемической и экологической обстановки, а также недостаточной эффективностью существующих лечебно-профилактических средств /56/.
Разработанный сотрудниками ИМВ АН Украины и внедренный в практику здравоохранения высокоэффективный лечебно-профилактический препарат «Биоспорин» /55, 57, 58/ выгодно отличается от известных аналогов на основе вегетативных бактерий («Бифидумбактерин», «Лактобактерин» и «Колибактерин» и споровых форм «Бактисубтил») /72, 82, 108/. Это объясняется комплексным механизмом действия препарата «Биоспорин» за счет сочетания в нем композиции спор и вегетативных клеток (В. subtilis №3 и < В. licheniformis №31), высокой антагонистической активностью бактерий-компонентов, которые синтезируют при росте и спорообразовании аминокислоты, антибиотики, другие биологически активные вещества. Этот биопрепарат отвечает современным требованиям (включая не только высокую специфическую активность по отношению к возбудителям ОКИ, но и продолжительность гарантийного срока хранения при комнатной температуре - не менее 3 лет), что свидетельствует о его перспективности и необходимости расширения производства.
Учитывая перспективность препарата «Биоспорин» и необходимость его внедрения в практику здравоохранения и ветеринарии РФ, реальность выпуска новых более удобных форм препарата, расширение областей применения этого пробиотика /11, 18, 25, 62, 64, 67, 81, 83, 86, 102/, проблема разработки принципиально новой отечественной технологии выпуска данного препарата является весьма актуальной.
Принятая на сегодняшний день опытно-промышленная технология производства препарата «Биоспорин», в которой используются выращенные на поверхности агаризованных ПС (сусло-агар, обогащенный гидролизатом мяса) микроорганизмы, обуславливает известные ограничения возможности значительного увеличения выпуска данного препарата для удовлетворения существующего спроса на него со стороны министерства здравоохранения и ветеринарной службы.
В этом плане, судя по имеющимся литературным данным и учитывая опыт работы с вакцинными и другими биопрепаратами бактериальной природы, глубинное выращивание микроорганизмов позволяет существенно повысить не только производственные возможности соответствующих предприятий микробиологической промышленности по выпуску готовой продукции, но и их рентабельность.
Цель работы - разработка технологии глубинного способа культивирования микроорганизмов В. subtilis №3 и В. licheniformis №31 для производства пробиотиков.
Для решения были поставлены следующие задачи:
1. Конструирование сбалансированного компонентного состава питательной среды для глубинного способа выращивания микроорганизмов В. subtilis №3 и В. licheniformis №31;
2. Разработка глубинного способа выращивания микроорганизмов - компонентов препарата «Биоспорин»;
3. Создание ATJI производства препарата биоспорин;
4. Оценка антагонистической активности готовых лекарственных форм препарата «Биоспорин» полученных из глубинных культур микроорганизмов - продуцентов.
5. Определение экономической эффективности разработанной технологии производства препарата «Биоспорин» в сравнении с существующей.
Научная новизна
Впервые проведен глубинный способ культивирования В. subtilis №3 и В. Licheniformis №31.
Разработана технология глубинного выращивания бацилл-компонентов биоспорина, с использованием отечественного сырья и оборудования.
В технологии производства обоснованы составы ПС прописей №4 и №7, изготавливаемые из дешевого недефицитного сырья. При культивировании В. subtilis №3 и В. Licheniformis №31 использованы серийно выпускаемые в РФ материалы и реактивы, аналитические и контрольно-измерительные приборы и технологическое оборудование (КМ-ОД, БИОР-ОД, БИОР-0,25), а также отдельные изготовленные в Центре ВТП БЗ нестандартные установки.
Впервые разработана отечественная экспериментально-производственная технология выпуска в ампулах (флаконах) нового перспективного лечебно-профилактического препарата «Биоспо-рин» на основе глубинных культур антагонистически активных аэробных спорообразующих бактерий.
Впервые определена антагонистическая активность глубинных культур В. Subtilis №3 и В. Licheniformis №31. Определена эффективность препарата «Биоспорин» в качестве профилактического и терапевтического средства при желудочно-кишечных заболеваниях у сельскохозяйственных животных.
Определены характеристики глубинного культивирования В. Subtilis №3 и В. Licheniformis №31 и параметры оценки качества форм препарата. Создан и скомпонован оптимальный состав АТЛ производства препарата «Биоспорин».
Создана, аттестована (сертификат производства № 000582/9973024) и лицензирована (Лицензия Минздрава РФ № 009547, регистрационный номер 64/872/99) экологически безопасная технология производства препарата «Биоспорин».
Практическая значимость
1. Создан экспериментально-производственный регламент «Биоспорин сухой» (инв.№ 580-96), утвержденный начальником Центра ВТП БЗ и согласованный с ГИСК им. JI.A. Тарасевича;
2. Разработана и утверждена фармакопейная статья (ФС 423476-98);
3. Разработан сборник стандартов предприятия по оценке качестве препарата «Биоспорин» (Арх. Центра ВТП БЗ, инв.№ Д-106);
4. Получено заключение комиссии по Государственным испытаниям препарата «Биоспорин», приготовленного по технологии Центра ВТП БЗ.
5. В процессе приготовления по указанной технологии опытных и установочных серий пробиотика подтверждена правомерность и удовлетворительная воспроизводимость разработанных процессов и операций, режимов, а также методологии входного, операционного и приемочного видов контроля качества. Характеристики опытных и установочных серий препарата «Биоспорин», полученных из глубинных культур В. subtilis №3 и В. licheniformis №31, отвечали предъявляемым требованиям, что подтверждено положительными результатами испытаний их качества в ГИСК им. JI.A. Тарасевича.
7. Установочные серии препарата «Биоспорин» во флаконах (№>№ 6,7 и 8), изготовленные из глубинных культур бактерий после заключения ГИСК им.Л.А.Тарасевича об их соответствии ВФС 42-366ВС-92 успешно прошли Государственные клинические испытания.
8. Разработано наставление по применению препарата «Био-спорин» для лечения и профилактики желудочно-кишечных заболеваний у сельскохозяйственных животных.
Структура диссертационной работы.
Диссертация изложена на ^ ЩУ страницах машинописного текста, иллюстрирована 10 рисунками и 32 таблицами. Библиографический список представлен 108 источниками, из них 23 - зарубежных автора.
Вопросы, выносимые на защиту:
На защиту выносится научное положение о том, что разработанная технология глубинного способа культивирования микроорганизмов В. subtilis №3 и В. licheniformis №31, позволяет сократить в 6 раз продолжительность выращивания микроорганизмов и в 10 раз увеличить объем выпуска препарата, удовлетворяющего требованиям ВФС 42-366ВС-92.
1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
Данная технология является малопроизводительной и дорогостоящей прежде всего из-за использования указанного способа репродукции бактерий, сопряженного с высокими материальными и трудозатратами, большим числом операций с применением ручного труда, продолжительностью выращивания клеток до образования спор.
Альтернативой поверхностному выращиванию бактерий является разработка новой технологии глубинного культивирования в ферментерах различной вместимости, позволяющей получать требуемое количество биомассы с необходимым качеством и обеспечивающей потребности в препарате биоспорин Минздрава РФ и ветеринарии РФ.
При разработке глубинного способа выращивания бактерий в ферментерах для получения максимального выхода целевого продукта необходимо подобрать сбалансированный по питательным веществам компонентный состав питательной среды и создать оптимальные условия ведения процесса биосинтеза.
Исследованиями различных авторов установлена зависимость признаков спорообразования от источников питания и условий культивирования, в том числе и бактерий рода Bacillus /5, 21, 22, 27, 29, 39, 50, 51, 52, 70, 71, 89, 90, 96, 98, 99, 103, 104/.
Микроорганизмы видов В. subtilis и В. licheniformis могут развиваться на белковых и синтетических ПС с аммонийными солями или нитратами. К бактериям, восстанавливающим нитраты, относят многие штаммы В. licheniformis /21, 22, 70/. Основным источником азотного питания для В. subtilis и В. licheniformis, как и для других непатогенных аэробных спорообразующих бактерий, является белковое сырье, в частности: пептон, соя, казеин, горох и некоторое другое /5, 21, 27, 39, 52, 54, 71, 82/.
Изучение потребностей аэробных спорообразующих бактерий в аминокислотах показывает значительные различия в них для разных штаммов, в том числе и для В. subtilis и В. licheniformis /5, 39/. Так, для ряда штаммов В. subtilis, включая и используемый в препарате «Биоспорин», было установлено, что они не ауксотрофны в отношении какой-либо из 20 аминокислот, содержащихся в испытанных ПС. В тоже время, при использовании белковых субстратов в составе ПС происходит преимущественная утилизация определенных аминокислот. Например, при культивировании В. subtilis №№ 110, 16 и 39 в течение 18 ч на ПС, содержащей депротеинези-рованную сыворотку крови, преимущественно используется аргинин, треонин и серин. В тоже время, культуры В. licheniformis, в частности, штамма №58, требуют для своего развития обязательного присутствия в составе ПС таких аминокислот, как аланин, аргинин, глицин, гистидин и глутаминовая кислота /21/. Что касается В. Н-cheniformis, то этот штамм также не является ауксотрофом /2, 54, 72, 73/.
Бациллы в качестве субстратов окисления используют простые углеводы (моно- и дисахариды), некоторые полисахариды (декстрин, крахмал), органические кислоты и спирты, а также сложные высокомолекулярные углеводы, в частности пектин /5, 39, 70/. В зависимости от условий культивирования аэробные спорооб-разующие бактерии могут окислять субстраты при участии кислорода воздуха в процессе дыхания или вызывать брожение /5, 30, 70/.
Интенсивность процессов спорообразования зависит от наличия в ПС минеральных солей, содержащих ионы Са, Mg, К, Mn, Fe, Zn, Си и других металлов /5, 21, 30, 70/. В отсутствии некоторых из них, прежде всего Са, Mg, Mn спорообразование может происходить замедленно или же вообще не наблюдаться /21, 33, 34, 70, 93, 100/. Установлена роль иона марганца в процессе спорообразования у В. subtilis. Этот ион необходим в качестве К0-фактора фосфатгли-церомутазы, которая является ферментом, участвующим в процессе споруляции /5, 70/. При изучении влияния катионов Na, Са, Mg, К, Li, Zn на синтез экзопротеазы и спорообразование В. licheniformis №28КА были определены оптимальные концентрации этих катионов для получения максимального выхода фермента и спор /21, 22/. Выход фермента и спор возрастает при увеличении концентрации NaCl до 80 мМ и снижается при дальнейшем увеличении концентрации соли. Подобным действием обладают соли других металлов (Са, Mg, К, Li). Катионы с одной и той же валентностью имеют одинаковую эффективность. Оптимальные концентрации одновалентных металлов в 20-30 раз выше, чем для двухвалентных и в 400-800 раз выше, чем для трехвалентных. Предполагается, что испытанные катионы, нейтрализуя поверхностный отрицательный заряд на цитоплазматической мембране, регулируют образование эк-зопротеазы и связанное с этим процессом спорообразование В. licheniformis.
Таким образом, микроорганизмы В. subtilis и В. licheniformis способны образовывать споры, используя для своего питания органические и неорганические источники азота, различные углеродсо-держащие субстраты, минеральные элементы. Одним из условий спорообразования для ряда видов аэробных бактерий является недостаточность азотистого питания при достаточном количестве других необходимых компонентов ПС /70, 78/.
Для поверхностного выращивания В. subtilis №3 и В. licheniformis №31 наряду с обогащенным гидрализатом мяса сусло-агаром, используемым первоначально при производстве бактерина-CJI и биоспорина /3, 51, 55/, в последующем была предложена модификация ПС, заключающаяся в частичной замене (50%) гидроли-зата мяса на хлоропластную фракцию люцерны, а также исключения дефицитных и дорогостоящих медно-калиевой соли оксиэти-лендифосфоновой кислоты и марганцево-калиевой соли оксиэти-лендифосфоновой кислоты /3/. Данные, приведенные в этом изобретении применительно к производству ветеринарного пробиотика бактерина CJI), на наш взгляд, противоречивы и малоприемлемы для глубинного культивирования.
Следовательно, при разработке ПС для глубинного культивирования исследования необходимо направить на выбор менее дефицитного и более дешевого сырья, чем мясо: казеина, сои, кукурузного экстракта.
Важное значение для спорообразующих бактерий В. subtilis и В. licheniformis имеют такие показатели, как начальный рН и буферная емкость ПС. Это связано с тем обстоятельством, что в процессе культивирования этих микроорганизмов в первые 12 ч происходит значительное закисление КЖ. В случае если это закисление превышает определенную величину рН, то часто наблюдается негативное влияние на спорогенез /35/. Исходя из этого, при разработке состава ПС особое внимание необходимо уделить включению в состав ПС компонентов, обеспечивающих соответствующий показатель рН и буферную емкость позволяющих держать показатель рН в диапазоне значений, оптимальном для нормального развития и спорообразования микроорганизмов. С другой стороны, включение в состав таких сред буферных растворов на основе солей калия и фосфора /54/, также приводит к неудовлетворительному спорообразованию, причиной которого, по всей видимости является включение в метаболизм Р5+ и К+.
Наряду с составом используемых ПС при глубинном культивировании развитие и спорообразование микроорганизмов в значительной мере определяются выбором оптимального режима аэрации в ферментере. При этом в ряде случаев по мере повышения обогащенности ПС источниками питания возрастает зависимость роста и развития микроорганизмов от условий аэрирования. Условия аэрирования в ферментерах определяются оптимальной комбинацией двух факторов аэрации: объемом подаваемого в культиватор воздуха и эффективностью работы перемешивающего устройства (скорость вращения мешалки ее конструктивные особенности и в конечном счете, - интенсивностью перемешивания жидкости в культиваторе и дробления пузырьков воздуха) /10, 16, 17, 40, 46, 80, 87, 91, 92, 95/. Однако в реальных условиях производства увеличение количественных характеристик этих факторов имеет определенные ограничения вследствие высокого ценообразования и возможности повреждения бактерий.
Подбор оптимальных условий подачи воздуха и скорости перемешивания ПС сокращают продолжительность культивирования /71/. Так, для В. subtilis №39 В.В. Смирновым и соавторами установлено, что с повышением аэрации увеличивается выход микробных клеток, степень использования ими субстрата, а также удельная скорость роста /71, 94, 105, 107/. При интенсивной аэрации 4,4-5,8 г
02 дм" ч" создаются наиболее оптимальные условия для роста бактерий. При аэрации, равной 3,2 г 02 дм"3 ч"1 и ниже, снижается удельная скорость роста и выход жизнеспособных клеток. Для спорообразования необходимо повышение, как скорости вращения мешалки, так и подачи воздуха, в период вегетации и начальных этапов споруляции с последующим их уменьшением.
Установлено, что споруляция наступает вслед за экспоненциальной фазой роста, когда наблюдается лимитирование питательных веществ в среде, в частности, глюкозы /6, 27, 43/. В этот период, как показано на примере В. Subtilis, спорулируют только те клетки, в которых закончился цикл синтеза ДНК /70/. В связи с этим, для получения спор обычно применяют два метода: использование для культивирования «бедной» по составу ПС, содержащей порядка 0,03 г.дм"3 азота и перенесение экспоненциально растущей культуры с «богатой» ПС на «бедную» /6, 43,. 70/.
Важное значение для получения однородной популяции спор, а также продолжительности культивирования имеет качество посевного материала /26/. Для культивирования спорообразующих бактерий приемлемы два типа рабочих посевных культур: споровые и вегетативные. Каждый из них имеет свои преимущества и недостатки. Согласно принятой в Центре ВТП БЗ методологии /54/, в качестве посевных культур В. subtilis и В. licheniformis используются выращенные на среде Гаузе № 2 в биологических матрацах споровые материалы /35/. Следует отметить, что в производственных технологиях, используемых для получения антибиотика грамицидина, отдельные авторы отдают предпочтение подобным посевным культурам. Так, А.Н. Выпшеч и соавторы /12/ отмечают, что «.применение спор позволило значительно упростить технологию получения грамицидина глубинным способом» (в работе использовались вегетативные клетки, лиофилизированные споры и споры, хранившиеся на пшене). Особенно благоприятным является использование спор, активированных теплом. Такие термоактивированные споровые культуры обладают минимальной гетерогенностью, что обеспечивает синхронизацию роста и развития микроорганизмов. Споровые материалы сохраняют жизнеспособность длительное время в пробирках на агаровых ПС, а также в ампулах в лиофили-зированной форме. Это позволяет заранее приготовить достаточное количество качественных культур и обеспечивать продолжительные производственные работы с использованием одной и той же серии качественного спорового материала.
Кроме этого, особое внимание необходимо уделить уточнению величины посевной дозы культуры.
При производственном культивировании большое значение имеют вопросы, связанные с определением критериев оценки готовности нативной культуры. В этом случае, когда конечным продуктом являются споры, особое внимание обращают на степень их зрелости. Спорообразование начинается вслед за экспоненциальной фазой роста, затем споры проходят различные фазы созревания до состояния полной зрелости. При этом микроскопирование мазков, окрашенных по Цилю-Нильсену, позволяет наблюдать эти переходы и определить состояние зрелости спор. Этот метод является основным экспресс-тестом при определении продолжительности культивирования. Помимо этого, косвенно о готовности культуры можно судить, наблюдая изменение в процессе развития культур таких показателей, как рН и оптическая плотность НК /35, 54/.
Перечисленные показатели являются достаточными для оценки готовности НК и их целесообразно использовать для определения продолжительности культивирования при разработке технологии глубинного выращивания В. subtilis и В. licheniformis.
Таким образом, на основании анализа данных литературы и результатов выполненных ранее в Центре ВТП БЗ исследований /35, 54/ при разработке глубинного способа выращивания антагонистически активных аэробных спорообразующих бактерий В. subtilis и В. licheniformis применительно к созданию экспериментально-производственной технологии выпуска препарата «Биоспорин» в ампулах (флаконах) предстояло изучить ряд вопросов. Такими, на наш взгляд, являлись, прежде всего, задачи, связанные с обеспечением в ферментерах КМ-0,1, БИОР-0,1 и БИОР-0,25 достаточно высокого выхода качественных спор при глубинном культивировании
ОК - не менее 2,0.10" .кл.см", спорообразование- не менее 50%), исключение технологического брака из-за атипичного развития культур бактерий (низкие уровни накопления биомассы, неудовлетворительная споруляция и т.п.) по причине, прежде всего, нестандартности ПС и условий выращивания.
В числе основных вопросов, требующих экспериментального изучения и стандартизации для их реализации в соответствующих технологических операциях и процессах, необходимо провести исследование по следующим направлениям: уточнить состав, и стандартизировать качество жидких ПС (по критериям накопления биомассы, спорообразования и степени гетерогенности глубинных культур бактерий), предназначенных для выращивания В. subtilis и В. licheniformis; стандартизировать порядок приготовления посевных материалов и уточнить величину ПД; выбрать оптимальные условия собственно глубинного культивирования бактерий (температура, аэрация, продолжительность цикла и т.п.) в жидких ПС при воспроизводимости параметров процесса выращивания и качества получаемых НК; определить критерии оценки готовности нативных культур бактерий и стандартизовать порядок завершения процесса глубинного их выращивания в ферментерах.