Компоненти поживних середовищ для основного процесу біосинтезу та приготування посівного матеріалу подаються у змішувачі 3 та 3а відповідно (див. схему у додатку 1). Підготовлена вода подається у змішувачі із резервуарів 1 та 1а через мірники 2 та 2а відповідно. Приготовані поживні середовища подаються для подальшого проведення стерилізації.
Стерилізація поживного середовища.Використовується безперервний метод стерилізації. Приготовлені середовища із буферних збірників 4 та 4а подаються в стерилізаційну колону 5 та 5а, через які пропускають гостру пару (тиск пари близько 505 Па). Пару подають зверху по внутрішній трубі, що має щілиноподібні прорізи, завдяки чому він надходить у середовище, швидко її нагріваючи. Середовище в колону подається знизу й рухається по спіралі навколо внутрішньої труби.
Безперервний метод стерилізації має ряд переваг: можливість автоматичного регулювання процесу, швидке й рівномірне нагрівання середовища, забезпечення більш повної стерильності середовища й ін.
Середовища, нагріті в колоні до необхідної для стерилізації температури (~130 °С), надходять у витримувачі 6 та 6а, де вони витримуються певний час за температури 125 – 130 °С. Час витримки залежить від складу середовища й триває 5 – 10 хвилин. Звідси стерильні середовища надходять спочатку у теплообмінники-рекуператори 7 та 7а, а потім у пластинчасті теплообмінники 8 та 8а, де вони охолоджуються до 30 – 35 °С (на виході) [4].
Поживне середовище для отримання посівного матеріалу подається в інокулятор 10.
Процес біосинтезу. Умови культивування дріжджів загалом визначені наявністю в даному випадку чотирьохфазної системи: газ – вода – рідкі парафіни – клітини дріжджів.
Вивчення розподілу клітин в рідких фазах показало, що 1/3 клітин росте у водній фазі, споживаючи краплі алкану діаметром менше 3 мкм, а близько 2/3 клітин адсорбується на поверхні парафінових крапель діаметром від 3 до 5 мкм. Адсорбція на краплях великого діаметру незначна, тому диспергування н-алканів у водній фазі має велике значення в процесі культивуванні. Окрім перемішування на ефективність диспергування впливає поверхневий натяг, тому внесення ПАР знижує поверхневий натяг і підвищує питому швидкість росту дріжджів.
Оскільки вуглеводневі субстрати можуть засвоюватись дріжджами тільки в аеробних умовах, то на ефективність процесу великою мірою впливає аерація середовища. На окиснення н-алканів потребується в 2,6 – 2,8 разів більше кисню, ніж на окиснення вуглеводів, що викликає значне тепловиділення під час процесу культивування. Таким чином, одночасно з проблемою підвищення інтенсивності аерації виникає проблема забезпечення ефективного тепловідведення.
Великий вплив на ріст і розвиток клітин дріжджів чинить рН середовища, значення якого в процесі ферментації підтримується на рівні 4,0 – 4,5. Проте, в якості проміжного продукту окиснення н-алканів виділяються жирні кислоти, що знижує рН водної фази в процесі вирощування і потребує постійної подачі лужного агенту в ферментер. Одним із головних параметрів процесу культивування являється температура середовища, яка не повинна підтримуватись на рівні 32 – 34 °С. Вирощування за більш високих температур (більше 36 °С) призводить до зменшення швидкості росту клітин, зменшення активності біосинтезу білкових речовин, і як результат, зниження економічного коефіцієнта засвоювання субстрату. Перебіг процесу за занадто низьких температур (нижче 28 °С) також призводить до зниження швидкості росту, тобто відбувається зниження продуктивності ферментеру.
Всі секції послідовно сполучені між собою. Для подачі повітря і перемішування культуральної рідини в кожній секції змонтований ежектор, який обертається від двигуна, встановленого на кришці ферментера. Ежектор є двоярусною конструкцією з нижньою та верхньою горловинами для входу та виходу рідини. Повітря засмоктується ежектором і рухається по трубі, яка герметично сполучена з турбіною. Для створення необхідної циркуляції культуральної рідини в кожній секції змонтовані дифузори, перегородки, конічні вставки. На дифузорах змонтовані змійовики-теплообмінники для охолодження культуральної рідини [5].
Суспензія клітин послідовно проходить через усі секції апарату. Із останньої секції виходить суспензія із мінімальним вмістом н-парафінів і максимальною концентрацією біомаси. Це досягається наявністю в ферментері Б-50 двохступеневого культивування: в секціях 1 – 9 – відбувається активний ріст і розвиток дріжджових клітин, а в 10 – 12 – процес «дозрівання» біомаси. Цей процес передбачає витримування біомаси в секціях, до яких припинена подача субстрату (н-алканів) та поживних речовин. Життєдіяльність клітин відбувається за рахунок ендогенних джерел живлення із одночасним використанням залишкових вуглеводнів. Стадія «дозрівання» (голодування) дріжджів спрощує їх виділення та виключає необхідність екстрактивної очистки біомаси від залишкових вуглеводнів.
Встановлений в кожній секції ежекційний щілинний перемішувально-аеруючий пристрій забезпечує достатнє перемішування та інтенсивне змішування повітря із рідиною, насичуючи її киснем.
Для відведення тепловиділень із ферментера, що складає близько 34 – 40 МДж/кг, в кожну секцію вбудовані змійовики з теплообмінною поверхнею 3000 м2.
Час вирощування дріжджів складає 8 – 8,5 год. Витрата повітря на одиницю робочого об’єму 113 м3/м3∙год.
Засів проводять великою кількістю інокуляту. Культивування проводять за високої температури і сильної аерації середовища, що містить великий надлишок джерел вуглецю по відношенню до джерела азоту [3].
Отримання біомаси дріжджів. Культуральну рідину із ферментера 9 перекачують у двохступеневий флотатор 11, де відбувається початкове концентрування дріжджових клітин у їх суспензії. Із флотатора суспензія перекачується через деаератор 12, де відбувається відділення розчинених у суспензії газів. Підготовлена таким чином суспензія проходить дві стадії сепарування на сепараторах 13. Концентрована суспензія дріжджових клітин подається у буферний резервуар 14, з якого вона вже безпосередньо потрапляє на розпилювальну сушарку 15. Далі суха біомаса дріжджових клітин надходить на стадії отримання ергостерину (провітаміну D2)[2].
2.3 Виробництво концентрату вітамінів групи В
Біомаса дріжджів подрібнюють в шнековому пресі 1 (додаток 2) і подають в автоклав 2, де вона піддається кислотному гідролізу за температури 110 °С протягом 20 – 30 хв. До 100 кг обробленої біомаси додають 20 л води і 10 мл соляної кислоти (густина 1190 кг/м3). Кислотний гідроліз підвищує вихід ергостерину за рахунок вивільнення його частки, що перебуває у зв’язаному із білками стані. Із автоклаву дріжджі потрапляють у коагулятор 3 із зворотнім холодильником 4, куди на кожні 100 кг обробленої біомаси вводять 85 л етилового спирту із доведенням його об’ємної частки в розчині до 50 %. В коагуляторі масу витримують 40 – 50 хв за інтенсивного перемішування та температури 75 – 78 °С. Відбувається коагуляція білкових речовин, що полегшує подальший процес фільтрування та екстрагування водорозчинних вітамінів. Після цього оброблену масу подають в охолоджувач 5, де її охолоджують до 10 °С і потім фільтрують через барабанний вакуум-фільтр 6. Фільтрат подається в збірник 7, а із нього – у вакуум-випарювальний апарат 8 з поверхневим конденсатором 9. Конденсат спирту подають в збірник спирту-дистиляту 10, після чого подається на ректифікацію. Після відгонки спирту і частини води у вакуум-прегонному апараті залишається рідкий концентрат вітамінів групи В із вмістом сухих речовин 50 %. Концентрат подають у збірник 11, після чого, в залежності від призначення кінцевого препарату вітамінів, його подають на стадії додаткової очистки та розфасовки.
Білковий залишок з вакуум-фільтра 6 подається в дистиляційний апарат 12 для відгонки спирту.
Після відгонки спирту білковий залишок подають в бункер 13, а із нього у вальцьову сушарку 14, де вміст вологи в ньому зменшують до 2 %.
Отримані висушені пластівці подрібнюють в дробарці 15 до борошна, яке подається на подальшу обробку [2].
2.4 Виробництво концентрату провітаміна D2 та технологія його трансформації у вітамін D2
Отримання ергостерину-сирця.В екстракторі 16 із зворотнім холодильником дріжджове борошно обробляють трикратним об’ємом спирту-ректифікату за температури 78 °С. Потім дріжджі відфільтровують в друк-фільтрі 17. Перший екстракт подають в збірник 18, а осад – у другий екстрактор 19, де його знову обробляють трикратним об’ємом спирту. Білковий осад відфільтровують на друк-фільтрі 20. Другий екстракт також подають у збірник 18. Із збірника 18 отриманий екстракт подається у вакуум-перегонний апарат 21, де спирт випаровують під вакуумом. Спирт після відгонки потрапляє в збірник 22, звідки він потім подається на ректифікацію. Фільтрат після відгонки спирту випарюють до вмісту сухих речовин 70 %. Із 100 кг сухих дріжджів отримується 20 – 25 кг ліпідного концентрату.
У вакуум-апарат вносять 45 %-й розчин гідроксиду натрію з розрахунку 6 кг на 100 кг отриманого борошна. Відбувається омилення жирів. Омилений розчин ергостерину кристалізують за температури 0 °С в кристалізаторі 23. Отримані кристали ергостерину-сирця відфільтровують на нутч-фільтрі 24 і подають на перекристалізацію. Міжкристальний спиртовий розчин подають у вакуум-перегонний апарат 25 для відгонки спирту. Лужний розчин, що залишається в перегонному апараті подається на утилізацію. Спирт-конденсат із конденсатора 26 подають в збірник 27, звідки потім потрапляє на ректифікацію. Білкову масу із друк-фільтра 20 направляють в дистилятор 28, де її розводять водою, кількість якої дорівнює подвійній масі осаду. Випарений з дистилятора 28 спирт направляють в збірник 29. Білкова маса із дистилятора після нейтралізації подається в бункер 30, а потім у вальцьову сушарку 31, дробарку 32 і далі на розфасовку.