ВОПРОС №3. МЕТОДЫ ОТДЕЛЕНИЯ И ДЕСТРУКЦИИ КОНТАМИНАНТОВ

Контаминация (в биотехнологии) – заражение чистой культуры или стерильной питательной среды посторонней микрофлорой.

Контаминант – посторонняя микрофлора, способная внести изменения в биохимический и биотехнологический процесс, тем самый нарушая технологический процесс и состав целевого продукта.

В условиях биотехнологического процесса невозможно создать идеально стерильные условия культивирования. В большинстве случаев, количество клеток посторонней флоры не выдерживают конкуренции и не превышают критический уровень контаминации. Однако следует учитывать данное обстоятельство при проектировании биотехнологического процесса. Существует несколько методов предотвращения активной контаминации:

- Химический. Используется набор химических реагентов, толерантных к основному продуценту и тормозящий рост посторонней микрофлоры;

- Субстратный. Использование специфического компонентного состава питательной среды;

- Механический. Отсутствие поверхности роста посторонней микрофлоры.

В процессе культивирования совершенно необязательно отделять контаминанты. Достаточно создать условия для невозможности их разрастания. В таком случае их влияние на целевой продукт сводится к минимальному.

В качестве примера химической деконтаминанции может служить процесс поддержания чистой культуры на спиртовом производстве. Дрожжи, применяемые для возбуждения брожения на спиртовом производстве, обычно являются естественной чистой культурой, непрерывно или длительно размножаемой и поддерживаемой в активном состоянии в специальной аппаратуре – дрожжанках или дрожжегенераторах в дрожжевом отделении завода. При соблюдении всех требований технологии и санитарного режима дрожжи сравнительно редко являются источником инфекции в бродильном чане. Режимы культивирования этих дрожжей направлены на подавление посторонних микроорганизмов и на создание более благоприятных условий для роста, размножения и бродильной активности основной культуры дрожжей.

Однако при несоблюдении требований технологического режима, недоброкачественном инфицированном сырье, небрежной мойке и дезинфекции аппаратуры и трубопроводов, в дрожжи могут попасть контаминанты и начать размножаться вместе с основной культурой. Кислотность среды заметно повышается и является первым признаком наличия инфекции.

В зависимости от перерабатываемого сырья микрофлора на заводах несколько отличается, однако посторонняя микрофлора в основном довольно близкая по видовому составу. Чаще всего на зерно-картофельных заводах, вместе с основной культурой дрожжей, размножаются гетероферментативные молочнокислые бактерии. Они хорошо развиваются в средах, содержащих от 3 до 6% спирта, образуют молочную, уксусную и муравьиную кислоту. При повышении общей кислотности затора угнетается деятельность амилолитических ферментов солода. В содержимом дрожжанки можно также обнаружить уксуснокислые бактерии, реже маслянокислые и дрожжевые грибки-несахаромицеты. Развитие всех этих контаминантов угнетает размножение дрожжей и их бродильную активность.

Для очистки зараженных дрожжей применяют различные приемы, однако, принцип очистки всегда один и тот же – значительное подкисление среды. На заводах, перерабатывающих зерно-картофельное сырье, дрожжи очищают двумя способами:

- Повышают кислотность серной кислотой до 1,7° и рН среды около 2,7 – 3. Дрожжи выдерживают при такой кислотности 3 – 4 часа, периодически отбирая пробы и просматривают их микроскопом. Когда количество отмерших клеток достигнет 50%, дрожжи передают в заранее приготовленное свежее сусло для брожения. При этом дрожжевые клетки, оставшиеся жизнеспособными, активизируются и в дальнейшем дают более сильное поколение. Большая часть бактерий при такой кислотности отмирает;

- Дрожжевой затор подвергают молочнокислому закислению до большей, чем обычно, кислотности (до 2°), затем часть его отбирают для заквашивания следующего затора, а оставшееся сусло пастеризуют при 85°С в течение 30 минут. После охлаждения затор подкисляют серной кислотой до рН 2,5 – 2,7. В такой сильно подкисленной среде зараженные дрожжи очищаются от бактериальной микрофлоры, ослабленные дрожжевые клетки погибают, поэтому количество очищенных дрожжей, вводимых в бродильные чаны, увеличивают по сравнению с нормой на 15 – 20%, а начальную температуру брожения повышают на 1 – 2°С.

Субстратный способ деконтаминации опирается на компонентный состав питательной среды. Ярким примером является культивирование метанотрофов. Данные микроорганизмы используют в качестве источника углерода метан или метанол. Учитывая, специфический метаболизм, культивирование возможно в полустерильной среде, так как присутствие метана и метанола угнетает рост посторонней микрофлоры. Так же, субстратным методом можно считать культивирование на среде с высоким осмотическим давлением, иными словами повышенной солености. Для этого в среде используют высокие концентрации солей натрия и калия. Поскольку не многие микроорганизмы способны расти в подобных условиях, перед началом культивирования необходимо провести генные манипуляции и отобрать организмы, способные продуцировать осмопротекторы. Чаще всего именно осмопротекторы и являются целевым продуктом.

Механический способ деконтаминации чаще всего используют в отношении твердого субстрата и его хранении. Известно, что микроорганизмы лучше размножаются в водяной пленке из-за наличия воды и поверхности газообмена. Таким образом механический метод заключается в высушивании до определенной степени твердого субстрата и создании безкислородных условий хранения. Если же необходимо предотвратить анаэробное брожение – высушенный твердый субстрат периодически подвергается рыхлению.

Что касается жидких сред, то чаще всего в данном случае нужно воспрепятствовать процессу поверхностного заражения. Очень часто на поверхности жидкой среды появляется пленка микроорганизмов, которые попали в среду из воздуха вследствие разгерметизации аппаратуры. В данном случае используется масляный затвор. Жидкостную гладь покрывают тонким слоем гидрофобного вещества, которое создает неблагоприятные условия для развития посторонней микрофлоры.