Báo cáo: nguyên lý công nghệ lên men

MSSV: DTP104367 I. LỊCH SỬ HÌNH THÀNH II. ĐỊNH NGHĨA III. NGUỒN GỐC IV. CƠ CHẾ VẬN ĐỘNG V. QUY TRÌNH SẢN XUẤT PENICILLIN VI. CÁC SẢN PHẨM VII. KẾT LUẬN Gratia và đồng nghiệp (1925) đã tách được từ nấm mốc một chế phẩm có thể sử dụng để điều trị hiệu quả các bệnh truyền nhiễm trên da do cầu khuẩn. Thuật ngữ" chất kháng sinh" lần đầu tiên được Pasteur và Joubert (1877) sử dụng để mô tả hiện tượng kìm hãm khả năng gây bệnh của vi khuẩn Bacillus anthracis. Babes (1885) đã nêu ra định nghĩa hoạt tính kháng khuẩn của một chủng là đặc tính tổng hợp được các hợp chất hoá học có hoạt tính kìm hãm các chủng đối kháng. Nicolle (1907) là người đầu tiên phát hiện ra hoạt tính kháng khuẩn của Bacillus subtilis có liên quan đến quá trình hình thành bào tử của loại trực khuẩn này. Người đầu tiên tìm ra kháng sinh là A. fleming. Năm 1928, khi nghiên cức cac sinh vật gây bệnh, ông tình cờ phát hiện ra 1 vi sinh vật gây bệnh bị tiêu diệt bởi 1 loại nấm sợi có màu xanh xám. Ông trích ly dịch này nhỏ lên những khuẩn lạc của vi sinh vật gây bệnh. Kết quả là vi sinh vật đó bị chết. Thập kỷ 40 và 50 của thế kỷ XX đã ghi nhận những bước tiến vượt bậc của ngành công nghệ sản xuất kháng sinh non trẻ, với hàng loạt sự kiện : Alexander Fleming (1881-1955) Chất kháng sinh là chất hóa học không có bản chất enzym, có nguồn gốc sinh học ( trong đó phổ biến nhất là từ vi sinh vật) có khả năng ức chế sự phát triển hay giết chết vi sinh vật ở nồng độ thấp mà vẫn đảm bảo an toàn cho người hay động vật được điều trị. Các vsv sản sinh kháng sinh: xạ khuẩn, nấm mốc, vi khuẩn. Trong đó,các loại xạ khuẩn cho nhiều kháng sinh. Một chất được gọi là chất kháng sinh cần đảm bảo 2 yêu cầu cơ bản: Do sinh vật tạo ra Ức chế hay tiêu diệt vi sinh vật với một liều lượng nhỏ Kháng sinh tự nhiên : các chất sinh ra ra từ sinh vật : Penicillin Kháng sinh bán tổng hợp: xuất phát từ các sản phẩm tự nhiên được biến đổi hóa học. VD: ampicillin,methicillin…. Kháng sinh tổng hợp: được tổng hợp bằng con đường hóa học: các loại thuốc sulfa như sulfamethoxazole…. bacillus streptomyces Có 5 tác động chính Tác động lên vách tế bào như Penicillin; Vancomycin Kiềm hãm tổng hợp nucleic acid như:Rifampicin, Fluoroquinolones Kiềm hãm sự tổng hợp protein như: Tetracyclines; Chloramphenicol Tác động lên màng sinh chất (thay đổi tính thấm) như: Polyenes; Polymyxin Can thiệp vào hệ thống emzym như: Sulphamethoxazole a. Chọn giống: Thường sử dụng Penicillium chrysogenum vì: + Năng suất : 85000mg/l + Thường giữ dưới dạng bào tử đông khô hay trong nitơ lỏng 1. CÔNG ĐOẠN LÊN MEN Sơ đồ công nghệ lên men sản xuất kháng sinh b. Nhân giống Quá trình nhân giống Yêu cầu nhân giống Thành phần môi trường nhân giống cần đảm bảo cung cấp đủ nguồn thức ăn C, N, các chất khoáng và các thành phần khác, đảm bảo cho sự hình thành và phát triển thuận lợi của giống. Phải đảm bảo cung cấp đủ lượng giống cần thiết, với hoạt lực cao, chất lượng đảm bảo đúng thời điểm ,đạt các yêu cầu kỹ thuật cho lên men sản xuất. c. Kỹ thuật lên men - Lên men trên bề mặt môi trường lỏng tĩnh (phổ biến sử dụng môi trường cơ bản lactoza- nước chiết ngô).. Khi lên men trong môi trường lỏng, áp dụng công nghệ bổ sung liên tục phenylacetic vào môi trường lên men, lượng penicillin G được tổng hợp tăng còn hàm lượng các penicillin khác giảm đi. Để hạn chế quá trình oxy hóa tiền chất, thường phải bổ sung vào môi trường một lượng nhỏ axit axetic. LÊN MEN BỀ MẶT: Gồm 2 phương pháp: - Lên men trên nguyên liệu rắn (cám mì, cám ngô có bổ sung đường lactoza): Đường lactoza được nấm mốc đồng hóa chậm. Còn dịch nước chiết ngô cung cấp cho nấm mốc nguồn thức ăn nitơ, các chất khoáng và các chất sinh trưởng, trong đó phenylalanin khi bị thủy phân sẽ tạo thành phenylacetic cung cấp tiền chất tạo mạch nhánh cho phân tử penicillin. Pha thứ hai hệ sợi nấm phát triển chậm, lactose được tiêu hao dần, pH tăng đến khoảng 7-7,5 và penicillin được tạo thành chủ yếu trong pha này. LÊN MEN CHÌM: Qúa trình lên men được vận hành theo phương pháp lên men 2 pha: Pha thứ nhất: nấm phát triển hệ sợi mạnh, sinh khối tăng nhanh, các nguồn nitrogen được tiêu hao nhanh, cường độ hô hấp tăng dần đến cực đại, pH tăng và penicillin được tạo thành ít. Cao ngô (loại đậm đặc) : 3.5% Lactose : 3.5% Glucose : 1.0% Canxicabonat :1.0% KH2PO4 : 0.4% pH sau thanh trùng : 6 d. Môi trường nuôi cấy Sơ đồ hệ lên men dùng cho sản xuất penicillin Seed tank Trong sản xuất penicillin, cần xem xét các thông số sau đây : Tốc độ sinh trưởng của vi sinh vật, nhu cầu duy trì cơ thể (g glucose/ g tế bào/ h), tốc độ sản sinh penicillin riêng phần (q pen) đối với một cơ thể (mg penicillin /g tế bào/ h) và năng suất penicillin trên g glucose. Ngoài ra, thời gian lưu trong nồi lên men, dung tích bể, thời gian chế biến, môi trường và chi phí nhân công là những nhân tố bổ sung có tấm quan trọng công nghiệp. Thu hồi sinh khối nấm: Phần sinh khối nấm được rửa sạch, sấy khô và sử dụng để chế biến thức ăn gia súc. 2. CÔNG ĐOẠN TINH CHẾ THU PENICILLIN TỰ NHIÊN 2.1. Lọc dịch lên men : Mục đích: Penicillin là sản phẩm lên men ngoại bào. Vì vậy, ngay sau khi kết thúc quá trình lên men người ta thường tiến hành lọc ngay để giảm tổn hao do phân huỷ penicillin và giảm bớt khó khăn khi tinh chế, do các tạp chất tạo ra khi hệ sợi nấm tự phân. Thiết bị lọc: phổ biến là thiết bị lọc hút kiểu băng tải hoặc kiểu thùng quay. 2.2. Trích ly : Penicillin thường được trích ly ở dạng axít ra khỏi dịch lọc bằng dung môi amylacetat hoặc butylacetat ở pH = 2,0 - 2,5, nhiệt độ 0 - 30C. Nhằm hạn chế lượng penicillin bị phân huỷ, quá trình trích ly được thực hiện trong thời gian rất ngắn trong thiết bị trích ly ngược dòng liên tục kiểu ly tâm nhiều tầng cánh. Hình 2.10. Sơ đồ công nghệ trích ly 2 lần dung môi tinh chế penicillin Để tẩy màu và loại bỏ một số tạp chất khác, người ta thường bổ sung trực tiếp chất hấp phụ vào dung môi chứa penicillin sau trích ly, sử dụng phổ biến nhất là than hoạt tính. Sau đó than hoạt tính được tách và rửa lại bằng sử dụng thiết bị lọc hút băng tải hoặc thiết bị lọc hút kiểu thùng quay. Phần than sau lọc được đưa đi chưng thu hồi dung môi và xử lý hoàn nguyên, phục vụ cho các mẻ sau. 2.3. Tẩy màu : Khi sản phẩm đã đạt độ tinh sạch theo yêu cầu, thường độ tinh khiết không dưới 99,5%, chúng được lọc tánh tinh thể; tiếp theo rửa và làm khô sơ bộ bằng dung môi kỵ nước như izopropanol hay butylalcohl; hút chân không tách dung môi trên máy lọc băng tải rồi sấy bằng không khí nóng đến dạng sản phẩm bột muối penicillin. 2.4. Kết tinh, lọc, rửa và sấy thu penicillin tự nhiên: Kết tinh penicillin dưới dạng muối bằng cách bổ sung trực tiếp vào dung môi sau khi tẩy màu một lượng nhỏ kali acetat (hay natri acetat) hoặc người ta trích ly lại sang dung dịch KOH loãng (hay NaOH loãng), tiến hành cô chân không ở nhiệt độ thấp, sau đó bổ sung BuOH để penicillin tự kết tinh. Sau khi kết tinh, tinh thể penicillin được lọc tách bằng máy lọc hút thùng quay. Để đảm bảo độ tinh khiết cao hơn, có thể tiến hành hòa tan và kết tinh lại penicillin. Ngoài tác dụng dự phòng và điều trị bệnh tật cho người, chất kháng sinh còn được dùng trong phòng trị các bệnh gây hại đối với cây trồng và vật nuôi, kích thích sự sinh trưởng của động thực vật và bảo quản thực phẩm… 1. CÔNG DỤNG Chất kháng sinh có công dụng rất rộng rãi, trong đó, được ứng dụng nhiều nhất là trên y học lâm sàng. Trong lịch sử thuốc kháng sinh đã đâỷ lùi hàng loạt căn bệnh từng đe dọa nghiêm trọng tới sức khỏe và tính mạng loài người như các chứng viêm nhiễm khuẩn bệnh và các bệnh nan y như lao, bại huyết, viêm phổi, viêm màng não, viêm màng trong tim, thương hàn, lậu, giang mai), kiết lỵ, dịch hạch…  3/- Loại thuốc kháng sinh nào cũng có khả năng sản sinh độc tính và dị ứng, trường hợp nghiêm trọng có thể dẫn tới chết người hoặc gây tàn phế, ví dụ không ít trường hợp dị ứng (phản ứng thuốc) đối với penicillin gây shock thuốc, streptomycin và gentamicin dẫn tới điếc tai… 2. TÁC HẠI Nêú tùy tiện, cố ý dùng thuốc kháng sinh không những vô ích, mà ngược lại là rất có hại vì: 1/- Vi khuẩn càng có nhiều cơ hội tiếp xúc với thuốc kháng sinh, sẽ từ chỗ rất nhạy cảm dần chuyển sang “lỳ” thuốc;  2/- Một số loài vi khuẩn nhạy cảm của cơ thể bị giết chết, còn những vi khuẩn tương đối “lỳ” thuốc sẽ thừa cơ sinh sôi nảy nở rất mạnh và làm cơ thể dễ mắc bệnh; 4/- Dùng thuốc khi xuất hiện các phản ứng xấu như nổi mẩn da… phải lập tức dừng thuốc và đi khám lại. 3. NHỮNG ĐIỀU CẦN CHÚ Ý KHI SỬ DỤNG THUỐC KHÁNG SINH 1/- Khi khám điều trị phải khai báo lịch sử dùng thuốc trước kia của mình và dị ứng từng gặp cho bác sĩ. 2/- Dùng thuốc phải tuyệt đối tuân theo sự hướng dẫn của bác sĩ điều trị, không tự tiện sử dụng. 3/- Trẻ em và người dưới 50 tuổi phải hết sức thận trọng khi sử dụng gentamicin, streptomycin, và kanamycin.