2 Виробництво бензилпеніциліну

2.1 Особливості бензилпеніциліну

Здатність утворювати пеніцилін є характерною для широкого спектру цвілевих грибів, особливо для тих, які відносяться до родів Penicillium та Aspergillus. Незважаючи на те, що ця здатність може виявлятися в різних грибах, вона виявляється особливо виразно у підгрупи Penicillium notatum-chrysogenum.

Перший успішний метод промислового виробництва пеніциліну був розроблений за допомогою штамів, які були отримані з природних джерел. Ці штами продукували антибіотик у концентраціях від 10 до 50 одиниць діяльності на мілілітр. З тих пір, коли був розроблений цей метод, минуло понад два десятиліття.

Широкий науковий обсяг роботи був проведений для селекції нових активних штамів, що виробляють пеніцилін, а також для вивчення умов його утворення. В результаті було отримано десятки нових штамів, які синтезують пеніцилін, і були встановлені загальні закономірності їхнього розвитку та антибіотикоутворення. На сьогоднішній день у пеніциліновій промисловості використовуються різні штами Penicillium chrysogenum, які, відмінно від початкових, мають високу продуктивність.

При глибинному вирощуванні культури Penicillium chrysogenum в процесі розвитку проходить шість вікових фаз, кожна з яких характеризується специфічними морфологічними та цитологічними особливостями, відображаючи стадії її росту та розвитку.

I фаза — початкове проростання конідій, їх набухання та утворення невеликих паросткових трубок. В цей період цитоплазма має недиференційований характер, спостерігаються невеликі вакуолі, іноді з дрібними гранулами, що фарбуються тральротом у червоний колір.

II фаза - характеризується інтенсивним розростанням міцелію. Цитоплазма стає сильно базофільною, а гранули поступово зникають. У кінці II фази спостерігається поява дрібних крапельок жиру.

III фаза - відзначається утворенням великих крапель жиру, вакуолей немає, а цитоплазма набуває дуже базофільний характер.

IV фаза - характеризується появою вакуолей з гранулами, що добре фарбуються нейтральротом. Жирові включення знаходяться у формі дрібних крапель, базофілія знижується.

V фаза - клітини міцелію стають бочкоподібними, містять великі центральні вакуолі з однією або кількома дуже великими гранулами. Жирові включення відсутні, а базофілія продовжує знижуватись.

VI фаза - характеризується бочкоподібною формою клітин, без видимих гранул при фарбуванні нейтральротом. Замість гранул спостерігається рівномірне забарвлення вмісту великих центральних вакуолей. Виключаючи нечисленні гіфи з жировим переродженням, що залишилися від ранніх вікових фаз. З'являються окремі автолізовані клітини, позбавлені вмісту.

Характер розвитку міцелію дозволяє намітити в процесі ферментації пеніциліну два основні етапи: перший - період росту (вегетативний), що охоплює фази I до III, і другий - фази IV до VI, коли відбувається активний синтез пеніциліну. Ці два етапи характеризуються різною активністю міцелію та рівнем продукції антибіотика. [4]

Процес біосинтезу пеніциліну при глибинній ферментації складається із трьох стадій, які включають вирощування міцелію та ферментацію.

1 вирощування посівного міцелію 1-ї генерації в апаратах малої ємності (інокуляторах);

2) вирощування посівного міцелію 2-ї генерації в апаратах великої ємності;

3 ферментація.

Основним завданням при культивуванні продуцента пеніциліну в посівних апаратах є швидке отримання великої маси міцелію, спроможного забезпечити інтенсивне зростання та високий вихід антибіотика при ферментації. Для досягнення цього мети продуцент потребує вирощування на поживних середовищах, що містять легкозасвоювані поживні речовини, умовах ефективної аерації та оптимальної температури, сприятливих для його росту та розвитку.

Поживні середовища для вирощування посівного міцелію зазвичай складаються з легкозасвоюваних вуглеводів, таких як глюкоза, сахароза та інші. Додатковим джерелом вуглецю, яке додається у невеликих кількостях, є лактоза. Присутність лактози в середовищі для вирощування посівного міцелію має свою важливу роль.

Лактоза є не лише додатковим джерелом вуглецю, але й обов'язковим компонентом ферментаційного середовища. Важливою особливістю її використання є те, що споживання лактози починається не відразу, а після певного періоду адаптації. Протягом цього часу мікроорганізми синтезують фермент, який розщеплює лактозу.

Посівний міцелій, вирощений на середовищі, що містить лактозу, має вищу ферментативну активність у порівнянні зі звичайними середовищами, які містять важкозасвоювану лактозу.

Фільтрування культуральної рідини для відокремлення міцелію є стандартним методом і використовується за допомогою вакуум-барабанних фільтрів. Однак, його ефективність може бути ускладнено автолізом міцелію, що може відбутися після завершення ферментації.

Важливо зазначити, що максимальна активність культуральної рідини співпадає з початком процесу автолізу міцелію. Це може становити проблему при фільтрації, оскільки автоліз зробить рідину більш в'язкою та складною для обробки, ускладнюючи подальше виділення антибіотика. Тому, важливо знати оптимальний момент для проведення фільтрації, щоб уникнути цих ускладнень і забезпечити ефективне відокремлення міцелію від культуральної рідини.