Влияние посторонней микрофлоры на эффективность микробиологических производств

В литературе неоднократно высказывалось мнение о том, что одним из важных резервов увеличения вы­хода кормовых дрожжей на спиртовых заводах являет­ся повышение культуры всего микробиологического производства и биологической чистоты основных цехов [22, 25, 93].

Накопленный опыт свидетельствует о том, что до­минирующее развитие получают некоторые флюорес­цирующие формы рода Pseudomonas и молочнокислые бактерии. Некоторые данные по обсемененности [25] представлены в табл. 3. Они свидетельствуют о том, что степень обсемененности барды незначительна лишь на начальных этапах обработки и возрастает с увели­чением продолжительности работы оборудования (сбор­ники барды, дрожжегенератор, дрожжерастильный чан).

При обсуждении вопросов, связанных с предупреж­дением гибели дрожжей при выращивании их на мелас- 10

Таблица 3. Бактериальная обсемененность первичной барды (в тыс. клеток на 1 мл)

сной барде, отмечается, что наибольшую опасность представляют нитритообразующие бактерии Вас.

Показано, что и при эксплуатации ацетонобутило­вых заводов попадание посторонней микрофлоры в

процессе брожения приводит к нарушению технологи­ческого процесса. Например, при изучении некоторых конструкций и оценке их соответствия требованиям обеспечения стерильности в ацетонобутиловом произ­водстве оказалось, что иногда при стыковке отдельных элементов применялись сварные швы «внахлестку». Образовавшиеся за счет этого объемы внутренних по­лостей составляли 60—19 000 см³, а под фланцами тру­бопроводов — 5—14,8 см³ [91]. Экспериментально пока­зано, что в таких полостях могут находиться жизнеспо­собные микроорганизмы-контаминанты не только до стерилизации оборудования, но и после ее проведения. Подчеркивается, что в практической реализации мето­да непрерывного брожения одной из наиболее слож­ных задач является обеспечение в течение длительного времени стерильности процесса [93].

Исключительное значение придается обеспечению требований асептики в технологии производства антибиотиков [9, 36]. Попада­ние контаминантов в культуральную жидкость приводит к их росту и размножению, результатом чего являются изменение характери­стик среды, нарушение оптимальных условий биосинтеза, снижение накопления антибиотика. При этом затрудняется фильтрация куль­туральной жидкости,, а получаемый фильтрат не соответствует предъявляемым требованиям. Известно, что многие посторонние микроорганизмы при развитии могут выделять фермент пеницилли- назу, который инактивирует пенициллин. Следовательно, примени­тельно к заводам, производящим антибиотики, решение проблем асептики непосредственно влияет на эффективность производства, стандартность и качество получаемых препаратов.

Отмечено [120, 140], что в последние годы значительно повыси­лась роль вакцин, используемых для предотвращения инфекционных заболеваний как среди людей, так и среди животных. Эффектив­ность действия этих вакцин зависит главным образом от содержа­ния в них определенных специфических антигенов, которые, буду­чи введены в организм, способствуют выработке и сохранению антител. Антигены должны обладать высокой специфичностью и чистотой, поскольку для живого организма небезразлично введение какого-либо чужеродного вещества. Поэтому необходимо, чтобы антигены были, насколько это возможно, свободными от всех посторонних веществ, которые могли бы влиять на их собственную специфическую активность.

Серьезное внимание вопросам борьбы с посторонней микро­флорой уделяется при получении животных клеток, например ВНК.-21 [11], при производстве ферментных препаратов [27] и лимонной кислоты [137].

Итак, не вызывает сомнения тот факт, что попада­ние посторонней микрофлоры в питательную среду и

■\

\

особенно в культуральную жидкость является нежела­тельным по нескольким соображениям. Во-первых, на­рушается нормальный режим роста и развития целе­вых микроорганизмов. Во-вторых, непроизводительно расходуется питательная среда, так как незначитель­ное время генерации почти всех представителей по­сторонней микрофлоры, быстрая адаптация к окру­жающей среде приводят, как правило, к преимущест­венному развитию контаминантов. Наконец, в культу­ральной жидкости накапливаются продукты метаболиз­ма посторонней микрофлоры, влияние которых на рост и развитие целевых микроорганизмов, их последующую переработку и хранение не поддается количественному прогнозированию.

Получены интересные результаты по изучению ско­рости размножения различных видов облигатно-термо­фильных аэробных бактерий (Вас. stearothermophilus, Вас. circulans, Вас. megatherium, Вас. brevis) [37]. Для сравнения взяты близкие к термофильным в видовом отношении мезофильные бактерии (Вас. subtilis, Вас. mesentericus).

Таблица 4. Время генерации (в мин) некоторых микроорганизмов при различной температуре

Таким образом, целевые микроорганизмы при про­чих равных условиях не могут конкурировать с посто­ронней микрофлорой, попавшей в питательную среду.

В табл. 5 приведено расчетное время достижения различных уровней загрязнения культуральной жидко- 13

Таблица 5. Время достижения (в ч) ожидаемого уровня / бактериального загрязнения на 1 мл культуральной жидкости ) (расчетные данные) при различном объеме

сти для условий получения некоторых типовых продук­тов микробиологических производств при продолжи­тельности лаг-фазы, равной 7 ч. Эти результаты в из­вестной мере условны, поскольку в расчете предпола­гается экспоненциальный рост контаминантов. Однако с их помощью можно реально представить опасность попадания даже одной бактериальной клетки в .куль­туральную жидкость. В некоторых случаях даже в ап­парате вместимостью 100 м³ высокий уровень загрязне­ния — 1-Ю⁷ клеток в 1 мл — может быть достигнут уже через 22 ч. Отметим, что при реализации таких весьма чувствительных к посторонней микрофлоре про­цессов, как получение витамина В12 и глютаминовой кислоты, продолжительность процесса ферментации составляет 100 и 50 ч соответственно [123].

Необходимо подчеркнуть, что, помимо прямого эко­номического ущерба, наличие посторонней, микрофло­ры и продуктов ее жизнедеятельности в выпускаемых препаратах снижает их стандартность, меняет свойст­ва, а в некоторых случаях может привести к дискреди­тации действительно полезных и необходимых народ­ному хозяйству продуктов микробиологического синте­за. Именно поэтому выявление и устранение причин контаминации должны стать необходимым этапом в становлении и развитии почти всех микробиологи­ческих производств. Первый шаг в этом направле­нии — выявление и характеристика всех возможных пу­тей поступления микрофлоры в аппараты и ком­муникации.