BIOTEHNOLOGII INDUSTRIALE PENICILINA V

- proiect

Îndrumător: Asistent dr. ing. Lenuţa Kloetzer Student: Croitoru Mărioara-Florina Grupa: 2045 (IB)

- 2012/2013-

1

TEMA DE PROIECTARE

Proiectarea unei instalaţii industriale de obţinere a Penicilinei V cu o productivitate de 23 tone/ an.  

Cuprins

2

Cap.1 Memoriu tehnic……………………………………………………..4

Cap.2 Tehnologii de fabricaţie…………………………………………….5

2.1 Domenii de utilizare şi proprietăţile produsului……………………...5

52.2Variate tehnologice………………………………………………..….13

2.3 Alegerea variantei optime………………………………………...…..14

2.4 Descrierea procesului tehnologic adoptat………………………. ......15

2.4.1 Elaborarea schemei tehnologice……………………………............15

2.4.2 Materii prime intermediare şi auxiliare………………………........30

2.4.3 Mecanismul reacţiilor biochimice………………………………......44

2.4.4 Cinetica reacţiilor biochimice……………………………………….48

2.4.5 Termodinamica reacţiilor biochimice…………………………........62

2.4.6 Bilanţul de materiale....…………………………………………........66

2.4.7 Consumuri specifice………………………………………………….80

Cap.3 Controlul fabricaţiei………………………………………………...81

3.1 Controlul,reglarea şi automatizarea proceselor tehnologice………...81

3.2 Controlul de calitate………………………………………………........95

3.2.1 Metode de analiza ale materiilor prime şi intermediare…………...95

3.2.2 Metode de analiza ale produsului finit………………………..........104

Cap4 Utilităţi................................................................................................106

Cap.5 Produse secundare, de;euri de fabricaţie,epurarea apelor reziduale

……………………………………………………………………………...108

Cap.6 Transport,ambalare,depozitare…………………………………..110

Cap.7 Norme de prevenire a muncii si PSI……………………………...114

Bibliografie..................................................................................................119

3

Cap.1 Memoriu tehnic

 

În cadrul acestui proiect s-a proiectat procesul biotehnologic de obţinere a Penicilinei

 V.

Penicilina V este un produs de biosinteză produs de diferite microorganisme din clasa

 Penicillium chrysogenum . Penicilina V conţine în structura ei un nucleu tiazolidinic.

 Penicilina V reprezintă unul din cele mai valoaroase antibiotice de biosinteză, având

o puternică acţiune bactericidă şi bacteriostatică.

.Procesul tehnologic de obţinere a penicilinei Vse realizează printr-un proces

discontinuu de fermentaţie în profunzime.

Pe baza procesului tehnologic optim adoptat s-a realizat schema bloc a procesului

tehnologic de obţinere a Penicilinei V.

Schema bloc conţine fiecare etapă necesară procesului de obţinere a Penicilinei V.

 Tehnologia de obţinere a Penicilinei V cuprinde următoarele faze:

  - pregătirea mediului de cultură

- fermentaţia

- filtrarea soluţiei native

- separarea şi purificarea.

În capitolul 2  sunt prezentate materiile prime auxiliare necesare mediului de cultură.În

acest proiect s-au prezentat mecanismulul reacţiilor biochimice dar şi cinetica şi

termodinamica procesului.

Capitolul 3 cuprinde controlul fabricaţiei cu metode de analiză ale materiilor prime şi

auxiliare cât şi a produsului finit.

În capitolul 4 sunt prezentate informaţii despre utilităţi, produse secundare, deşeuri de

fabricaţie, transportul, depozitarea şi ambalarea produsului finit cât şi norme de protecţia

muncii ce trebuie respectate pe parcursul întregului proces de fabricaţie.

4

Cap.2 Tehnologia de fabricaţie

2.1 Domenii de utilizare şi proprietăţile produsului

Antibioticele sunt substanţe chimice organice produse de microorganisme sau obţinute

prin sinteză sau semisinteză, care în doze mici inhibă dezvoltarea microorganismelor

patogene.S- a observat, după descoperirea microbilor de către Pasteur, că unele specii

microbiene se separă de altele prin elaborarea unor substanţe chimice nocive.Acest

fenomen este numit antibioză, iar substanţele chimice rezultate din metabolismul

celulelor vii poartă numele de antibiotice.

În 1941 au fost introduse în practica medicală antibioticele caractezizate prin eficacitate

ridicată şi toxicitate redusă.Succesele exceptionale obţinute în tratarea maladiilor

infecţioase cu ajutorul penicilinei G au declanşat cercetări foarte minuţioase şi astfel într

–un interval scurt s-a descoperit şi penicilina V.[ 7]

. Clasificarea antibioticelor

Numărul foarte mare de antibiotice cunoscute până în prezent a pus problema clasificării

acestor produse Sau propus mai multe criterii de clasificare în funcţie de originea

microorganismului producător, structura chimică şi acţiunea antibacteriană.

Cu toate că fiecare metodă folosită la clasificare este susceptibilă la anumite critici,

clasificarea antibioticelor se va face în funcţie de originea microorganismelor

producătoare, structura chimică a antibioticelor, biogeneza şi acţiunea lor farmacologică

a) După originea microorganismului producător, antibioticele se clasifică în următoarele

grupe:

- antibiotice produse de bacterii: gramicidina, gramidina S, bacitracina,polimixinele etc.;

-antibiotice produse de actinomicete: streptomicina, cloromicetina,tetraciclina,neomicina,

kanamicina, nistatina, actinomicina etc.;

- antibiotice produse din fungi: penicilina, grizeofulvina.

 

Clasificarea în funcţie de originea microorganismului producător nu este concludentă,

deoarece este cunoscut faptul că acelaşi microorganism poate produce mai multe

antibiotice diferite ca structură şi proprietăţi fiziologice.

5

b) După constituţia chimică, antibioticele se clasifică în următoarelegrupe:

:- antibiotice cu structură alifatică: alicina;

- antibiotice cu structură aromatică: acidul gladiolic, cloramfenicolul(cloromicetina);

- antibiotice cu structură chinonică: fumigatina, ftiocolul;

- antibiotice cu cicluri de furan şi piran: acidul penicilic;

- antibiotice heterociclice cu azot în moleculă: acidul aspergilic, acidulhidroaspergilic;

- antibiotice heterociclice cu azot şi sulf în moleculă: penicilinele;

- antibiotice cu structură polipeptidică: gramicidina;

- antibiotice cu structură complexă: macrolidele;

- antibiotice cu structură nedeterminată: viomicina

Clasificarea după structura chimică oferă posibilitatea formării unor grupe, care elucidea-

ză legătura dintre constituţia chimică şi proprietăţile antibacteriene.

c) După biogeneză, antibioticele se clasifică în următoarele grupe:

- antibiotice derivate din aminoacizi sau din unităţi asemănătoare: oxamicina,azaserina,

cloramfenicolul, penicilinele, bacitracinele, actinomicinele;

- antibiotice derivate din glucide simple: streptomicina, kanamicina,neomicina;

- antibiotice diverse: novobiocina, vancomicina.

Clasificarea după geneză permite explicarea mai uşoară a mecanismului biochimic de

formare a antibioticelor.

d) După acţiunea farmacologică, antibioticele se clasifică în următoarelegrupe

:- antibiotice cu acţiune antibacteriană;

- antibiotice cu acţiune antituberculoasă;

- antibiotice cu acţiune antivirotică;

- antibiotice cu acţiune anticanceroasă;

- antibiotice cu acţiune antifungică;

- antibiotice cu acţiune antiprotozoariană.

Prin urmare, antibioticele nu exercită aceeaşi acţiune antimicrobiană asupra tuturor

germenilor patogeni; ele au spectru antibacterian caracteristic,determinat de rezistenţa

specifică a microorganismelor patogene Substanţele antimicrobiene sunt împărţite în şase

mari categorii: betalactamine; înlocuitori ai betalactaminelor (în sensibilizare şi

6

rezistenţă); aminoglicozide şi polipeptide; antibiotice „clasice” – cu spectru larg;

chimioterapice sistemice şi urinare; tuberculostatice.[ 4]

- Betalactaminele

Betalactaminele, cu nucleu betalactam, grupul de antibiotice cel mai important şi cu

membrii cei mai numeroşi, reunesc patru familii principale: peniciline naturale şi

semisintetice (7 generaţii); carbapeneme; monobactami; cefalosporine (3 generaţii).

- Penicilinele

Peniciline naturale

Penicilinele naturale se obţin din ciupercile genului Penicillium (notatum, chrysogenum,

crustosum); ele au un nucleu betalactamic biciclic (acidul 6 – aminopenicilanic).

Generaţia I cuprinde peste 20 de tipuri de peniciline biosintetice, naturale (penicilinele:

G, X, F, K, V etc).

Penicilinele costituie un grup de antibiotice , obţinute prin biosinteză sau semisinteză,

caracterizate print-un larg spectru bacteriostatic şi bactericid în faza de multiplicare

logaritmică a germenilor patogeni.Deoarece majoritatea penicilinelor, mai ales cele

naturale, sunt inactivate depenicilinazî şi acilază, se impune găsirea unor peniciline cu

rezistenţă şi acţiune ridicată.Penicilinele „ideale” ar trebui să posede un larg spectru

antibacterian, să posede stabilitate în mediul acid, rezistenşă la penicilinază,absorbţie

rapidă şi să nu producă hipersensibilitate la administrare.Cu toate că nu se cunosc

deocamdată, peniciline care să satisfacă toate exigenţele, acestea deţin totuşi supremaţia

în practica medicală, datorită proprietăţilor terapeutice însoţite de toxicitate redusă, cât şi

apariţiei penicilinelor de semisinteză.[ 6]

Penicilinele conţin în structura lor un nucleu tiazolic condensat cu unul tetragonal

diferind între ele prin natura radicalului R.

Structura generală a penicilinei

7

Tabel 2.1

Denumirea penicilinei Structura radicalului Denumirea

Radicalului

Activitate

[UI/mg]

1 2 3 4

Penicilina F CH3-CH2-CH=CH-CH2 2-pentenil 1500

Penicilina dihidro F CH3-(CH2)4 2-pentil 1670

Penicilina G C6H5-CH2- Benzil 1667

Penicilina X HO-C6H4-CH2 p-hidroxi-benzil 900

Penicilina K CH3-(CH2)5-CH2 n-heptil 2300

Penicilina V C6H5-O-CH2- Fenoximetil 1630

Penicilina O CH2=CH-CH2-S-CH2 Alilmercoptometil -

Penicilina S CH3-C=CH-CH2-S-CH2

        Cl

3-clor-2-butenil-tiometil -

.

Proprietăţile produsului

8

În practica terapeutică penicilina V a fost introdusă sub formă de acid liber sau sare de Na

ţi K. Se administrează oral, are toleranţă bună şi se prezintă sub formă de comprimate.

Este indicată în infecţii uşoare, faringite, otite mai ales la copii.

Denumirea comercială: Penicilina V –Ospen –Oracilină

Denumire chimică: Fenoximetilpenicilina

Formulă brută: C16H18O5N2S

Masa moleculară: Mm= 350,4 moli/ g

Formula structurală:

Penicilina V

Proprietăţi fizice

Penicilina V este o substanţă albă, cristalină, fără miros ,cu gust amar, utilizată sub formă

de acid liber, având punct de topire 118-120ºC, insolubilă în apă, solubilă în solvenţi

precum alcooli şi glicerină + alcooli. În mediul bazic viteza de inactivare a Penicilinei V

este de 2.2 ori mai mare decât viteza de inactivare a Peniciliei G. Aceste date sunt luate în

consideratie atunci când se tratează problema separării penicilinelor apoase obţinute de la

fermentaţie.

Proprietăţi chimice

Penicilinele sunt instabile în prezenţa acizilor, alcoolilor, ozidanţilor, metalelor grele şi la

temperaturi ridicate.Penicilinele îşi pierd proprietăţile în soluţii cu pH acid mai mic de 5

sau bazic mai mare de 8.În soluţii apoase prezintă pH = 5,5 – 7,5.

Produsul iniţial rezultat pri hidroliza nucleofilă (prezentă lactamazelo, a penicilinazelor

sau ionolor metalici) a penicilinei este acidul peniciloic,biologic inactiv, acesta prin

acidulare pierde o moleculă de CO2 trecând în acid peniloic.

9

Sub acţiunea cloruri mercurice acidul peniloic se degradează la aldehidă penilică şi

penicil amină.

Penicilinele reacţionează nucleofil cu hidroxiamina formând acizi hidroxiaminici:

10

În reacţia cu alcoolii formează esteri:

În prezenţă de alchilamine penicilinele formează alchilamide:

[1]

11

Proprietăţi biologice

În studiul acţiunii biologice a antibioticelor se urmăreşte stabilirea relaţiei dintre structura

chimică a medicamentului şi acţiunea sa farmacologică pe de o parte, iar pe de altă parte

se caută determinarea naturii şi structurii chimice a receptorilor şi modul de interacţiune

între receptor şi medicament.Proprietăţile biologice a penicilinei sunt date de structura

chimică, proprietăţile fizice şi chimice, conformaţia spaţială, natura interacţiunilor cu

receptorul, viteza de metabolizare. Penicilinele au ca mecanism de acţiune, impiedicarea

formării peretelui celular, prin legarea transversală a lanţurilor aparţinând

unui polimer peptidoglicanic,format dintr-un lanţ de unităţi N-acetilglucozamină-acid  N-

acetilmuramic, cu lanţuri depentapeptidăentaglicină, ataşate perpendicular.

Legătura dintre glicina terminală a pentaglicinei şi Dalanină o realizează transpeptidaza 

membranară.

Penicilinele se cuplează cu transpeptidaza, o blochează, împiedicând astfel formarea legă-

turilor transversale , care asigură existenţa peretelui bacterian. Celulele microbiene,

lipsite de perete, sunt expuse tensiunilor osmotice şi mor. Bacteriile care nu au perete

celular nu sunt sensibile la acţiunea penicilinelor.[9]

Penicilinele pot acţiona asupra funcţiei enzimatice a proteinelor, ducând la autoliza unora

dintre bacterii, sau la inhibarea creşterii.

Administrarea penicilinei se face intramuscular, intravenos sau intrarahidian, la

iintervalede 6 ore. Eliminarea se produce pe cale renală, în formă nemodificată

Domenii de utilizare

Penicilina V are următoarele domenii de utilizare:

- în terapeutică

- obţinerea acidului 6- aminopenicilanic

- obţinerea clorurii acide sau a esterului sare;

- condensarea acidului 6-AP cu clorura acidă sau anhidrida mixtă şi separarea penicilinei

obţinute

2.2 Variante tehnologice

Penicilina V se poate obţine prin urmatoarele variante tehnologice de fabricaţie:

- biosinteză

12

- semisinteză

Factorul principal care intervine în obţinerea tehnologică a unui antibiotic îl reprezintă

calitatea suşei.Tulpina producătoare, precum şi compoziţia mediului de cultură pe care se

dezvoltă sunt hotărâtoare pentu obţinerea unui tip de antibiotic.În general

microorganismele producătoare de antibiotice se păstreză sub formă de culturi pure, în

general mediu de gelatină sau agar-agar, la temperaturi scăzute în condiţii deosebite de

sterilitate şi securitate.

 Procesul biologic de dezvoltare a microorganismului producător de peniciline impune o

anumită ordine a etapelor de fabricaţie industrială. Astfel, iniţial, microorganismul se

dezvoltăla nivel de eprubetă din cultura pură, iar după atingerea unui anumit stadiu de

dezvoltare morfologică se trece la un nivel de ordinul litrilor (preinocul), de ordinul

sutelor de litri(inoculul) şi apoi de ordinal miilor de litri (intermediar).Toate fazele

premergătoare etapei finale au scop obţinerea de biomasă capabilă de a produce

antibiotic.În obţinerea biotehnologică a penicilinelor se disting următoarele faze:

-  prepararea şi sterilizarea mediului nutritiv;

- fermentaţia;

- separarea produselor de fermentaţie cu obţinere de penicilină brută;

 - purificarea, concentrarea şi cristalizarea soluţiei native în vederea obţinerii penicilinei

pure [6]

2.3.Alegerea variantei optime

Varianta optimă aleasă este procedeul discontinuu de fermentaţie în profunzime.

Fermentaţia în profunzime se utilizează la majoritatea proceselor de creştere a

microorganismelor.Fermentaţia discontinuă se caracterizează prin faptul că

microorganismele parcurg într- un singur bioreactor toate etapele de dezvoltare, după

care procesul se reia.

Avantajele procedeului discontinuu de fermentaţie sunt următoarele:

- costul de investiţie redus

- flexibilitate ridicată

- conversia ridicată a substratului

- pericol redus de infectare al culturii

13

- volumul de reactor relativ mare

- se obţin culturi omogene

- se obţin randamente ridicate

- puritatea produsului ca şi activitatea biologică sunt ridicate

2.4. Descrierea procesului tehnologic adoptat

2.41.Elaborarea schemei tehnologice

Obţinerea penicilinei V s-a efectuat după următoarea schemă bloc:

14

Tehnologia de obţinere a penicilinei V cuprinde următoarele faze:

1) Pregătirea mediului de cultură şi sterilizarea sa

2) Fermentaţia

3) Filtrarea soluţiei native

4) Separarea şi purificarea

Mediul de cultură reprezintă substratul nutritive care conţine toate substanţele

nutritive necesare pentru creşterea şi multiplicarea microorganismelor în condiţii

artificiale.

15

Pregătirea mediilor de cultură constă în dizolvarea în apă a componenţilor acestuia

conform reţetei pentru fiecare fază a procesului de fermentaţie.În mediul de cultură

trebuie să se găsească hidraţi de carbon, săruri minerale,surse de azot organic sau

anorganic, precursori şi apă.Deoarece sterilizarea mediului de cultută se face cu abur

direct, cantitatea de apă ce se adaugă la prepararea mediului este mai mică cu o cantitate

egală cu cea a aburului care condensează în timpul sterilizării.

Pregătirea mediilor de cultură se face în aparate destinate acestui scop, prevăzute cu

agitatoare, conducte pentru abur, serpentine de încalzire şi de răcire.Conform reţetei în

aparate se adaugă apă ce se încălzeşte la 60-70 ºC, se adaugă extrasul de porumb şi se

fierbe 30-60 minute.După aceasta este necesară răcirea soluţiei la 50-60 ºC şi se adaugă

restul componentelor mediului respectând următoarea ordine:CaCO3, NH4NO3, NaSO4,

MgSO4, MnSO4, KH2PO4, ZnSO4, lactoză, glucoză.

Mediul de cultură pentru penicilina V conţine următoarele surse de carbon:lactoză şi

glucoză.

glucoza (dextroză) reprezintă o excelentă sursă de carbon şi energie, utilizată pent

ru producerea de antibiotic.

Lactoza, dizaharid reducător (4-β-D-galactozido-D-glucoza) se foloseşte în stare p

ură doar în procesul de biosinteză al antibioticelor pentru obţinerea penicilinelor.

Surse de azot

Azotul necesar mediului de cultură este asigurat de sursele organice şi anorganice de azot

Microorganismele sunt capabile, în mod obişnuit, să biosintetizeze toate tipurile de molec

ule de azot ( aminoacizi, proteine),plecând de la ionul amoniu în funcţie de energia existe

ntă şi timp.Viteza de creştere a microorganismelor atinge valori ridicate numai dacă medi

ul conţine surse de azot.Necesarul de azot în culturile folosite la obţinerea penicilinei V e

ste aigurat de extractul de porumb şi de faina de soia.Acestea sunt surse naturale bogate î

n proteine şi aminoacizi, conţinând acizi nucleici, vitamine, lipide, zaharuri,compuşi cu s

ulf şi fosfor.

Componenţii mediului de cultură

Tabel 1

16

Componentii mediului

de cultură

Inoculator Intermediar Regim

Extract de porumb 2 2-3 2,5-2,8

Făină de soia - - 0,3

Săruri minerale

Surse ce conţin săruri minerale in biosinteză sunt folosite ca:

- elemente constitutive ale produselor: Na2SO4, ZnSO4, MnSO4

- elemente costitutive ale biomasei: CaCO3, KH2PO4, NH4NO3

- modificatori ai presiunii osmotice şi a permeabilităţii membranelor celulare CaCO3

- agenţi de complexare şi precipitare:Na2SO4, MgSO4

Precursori

Precursorii sunt compuşi organic sau anorganici care atunci cand sunt

adăugaţi în mediul de cultură intervin ca molecule intermediare în biosinteză sau

orientează biosinteza către un anumit process.

Acidul fenoxiacetic dirijează procesul de biosinteză a penicilinelor spre obţinerea de

penicilină V, folosind ca microorganism producător Penicillium chrysogenum.Precursorii

sunt consideraţi indispensabili mediului de cultură, iar pentru a evita efectele inhibitorii

aceştia se vor adăuga treptat,menţinându-se o concentraţie constantă.

Sterilizarea este procesul prin care are loc distrugerea sau îndepărtarea

microorganismelor patogene sau apatogene din substanţe preparate, spaţii închise,obiecte.

Procesele de biosinteză impun, în marea majoritate, absenţa totală a sporilor de

microorganisme străine, provenite din aer, apă sau materii prime, care s-ar putea dezvolta

în faza de fermentaţie, infectând cultura unică a microorganismului util.[1]

În industria de biosinteză, unde se obţin culturi microbiene pure, procesul de sterilizare

poate fi realizat prin:

a)Metode termice

- sterilizarea cu aer cald la 140-200ºC

- sterilizarea cu vapori de apă sub presiune la 120-140ºC

- sterilizarea pri încălziri repetate la 70-100ºC

b)Metode fizice

17

- filtrări prin umpluturi fibroase

- filtrări pri materiale poroase

- filtrare prin membrane

- utilizarea radiaţiilor UV,IR, raze X

c)Metode chimice

- utilizarea agenţilor chimici oxid de etilenă,formaldehidă,fenol, ozon

Sterilizarea mediilor de cultură se poate realiza prin metode

mecanice( filtrări,centrifugări),pe cale termică, cu agenţi chimici sau cu unde

electromagnetice.S-a ales ca posibilitate de sterilizare a mediului de cultură sterilizarea cu

abur.

Sterilizarea cu abur este un procedeu foarte simplu şi permite obţinerea unui grad înalt de

sterilitate.Procedeul de sterilizare termică a mediului de cultură poate fi realizat prin

procedeul continuu sau discontinuu,utilizând drept sursă de încălzire aburul sau energia

electrică.Deoarece sterilizarea directă în fermentator prin procedeul discontinuu la 120ºC

necesită un timp mare şi degradarea mediului este mai avansată,se alege procedeul de

sterilizare a mediului de cultură în instalaţia continuă.Acest procedeu prezintă

urmatoarele avantaje:

-conservarea mai bună a proprietăţilor nutritive ale mediului

-controlul superior al calităţii

-utilizarea raţională a consmului de abur

-eficacitatea şi productivitatea sporită

-control automat

Realizarea în condiţii optime a procesului impune un control al spumării mediului şi a

vâscozităţii acestuia.Pentru sterilizarea continuă a mediilor de cultură se folosesc

instalaţii industriale care lucrează la 120-125ºC (fig.2).

18

1-coloana de distilare

2-menţinător

3-răcitor

Fig.nr 2. Instalaţia continuă de sterilizare la 120 – 125ºC

Instalaţia de sterilizare continuă la 120-125ºC este alcătuită din coloana de sterilizare

(1),menţinătorul (2) şi răcitorul (3).Coloana de sterilizare este concepută din două ţevi

concentrice prin ţeava interioară fiind introdus aburul,mediul de cultură circulând prin

spaţiul dintre cele două ţevi.Încălzirea mediului se face prin barbotarea aburului de 5 ata

prin intermediul fantelor practicate pe ţeava interioară, acesta fiind dirijat tangenţial şi

uniform cu ajutorul unui snec montat pe exteriorul ţevii.Mediul staţionează în coloană 4-

6 secunde, după care pătrunde în menţinător, unde rămâne 15-20 minute pentru

perfectarea procesului de sterilizare.În final mediul este răcit printr-un schimbător de

căldură tip ţeavă în ţeavă,la 35-40ºC.

19

Fig.nr 3 Diagrama timp-temperatură pentru sterilizarea continuă la 100-125sC.

Din diagrama timp-temperatură, prezentată în figura nr.3, se observă că, în

aceasta instalaţie, contribuţia fazei de încălzire şi răcire la performanţa procesului de

sterilizare este de 5 – 6%, astfel încat se poate considera că sterilizarea se realizează

aproape în totalitate în faza de menţinere.[3]

Sterilizarea aerului

Procesele industriale de fermentaţie sunt, aproape în totalitae , procesele aerobe şi

în marea lor majoritate, aseptitce.Aceste procese necesită în general un debit de are

barbotat de 1-2 m³aer/m³ mediu de cultură pe minut.Aerul conţine cel mai mare număr şi

cea mai mare varietate de microorganisme dintre toate mediile.Aceste microorganisme

sunt în general sub formă de spori de aceea sunt rezistente la factorii de mediu din aceste

motive sterilizarea aerului nu se poate face prin procedee similare cu procedeele de

sterilizare a mediilor.

Figura 5.Schema de purificare şi sterilizare a aerului.

20

1-filtru

2-compresor

3-răcitor

4-separator de picături

5-filtru general

6-filtru individual

Schema de principiu a liniei de purificare şi sterilizare a aerului prin filtarare pe

material fibros este redată în figura 5.Conform schemei aerului nesteril se filtrează pe

filtru(1) de impurităţi mecanice, apoi aerul filtrate introduce în compresorul(2) unde este

comprimat la 3 atmosfere,prin comprimarea aerului temperatura sa creşte până la 180-

200ºC.Aerul fierbinte se răceste în răcitorul(3) cu ajutorul apei răcite care circulă printr-o

serpentină interioară iar umiditatea din aer se separă în separatorul de picături(4).Acest

separator este o incintă cu rafturi pe care se depun picăturile de apă din aer.Aerul steril

prin filtrare trece prin filtrul general (5) apoi prin cel individual (6) după care pătrunde in

fermentator.

În general pentru sterilizarea aerului se îmbină procedeele termice cu filtrarea.Aceasta se

realizează cu ajutorul filtrelor cu material fibros, cu membrană semipermeabilă şi cu filtre

tip lumânare.Unul din filtrele cu material fibros folosit este cu fibră de sticlă.

21

Figura 4.Filtru cu fibre de sticlă pentru sterilizarea aerului

Filtrul cu fibre de sticlă, prezentat in figura 4., este alcătuit dintr-un strat de

material filtrant fixat între două site, susţinute de două plăci perforate (diametrul

perforaţiilor este de 0,7 – 0,8 cm). Filtrul este prevăzut cu manta de încălzire, care

permite uscarea materilului filtrant sterilizat cu abur direct. Acest tip de filtru, indicat

pentru industria de biosinteză, ofera posibilitatea sterilizarii unor debite ridicate de aer,

realizarea unui grad avansat de purificare şi durata îndelungata de funcţionare.

Dezavantajele filtrului cu fibre sunt ;operaţii complicate la schimbarea  fibrelor de sticlă

(durata 2,5 – 3 ore), manipularea neplacută a fibrelor de sticlă şi anularea efectului de

sterilizare după umezirea materialului filtrant fibros.

22

Figura 6.Modelul curgerii perpendiculare a aerului pe fibra

Sterilizarea pe material fibros poate fi descrisă printr-un model de curgere prin ocolire,

fenomen care impune absenţa totală a umidităţii din filtru.Din aceste motive răcirea

aerului din răcitorul (3) se face până la absenţa condensului iar după separarea acestuia,

aerul saturat se preîncălzeşte cu aer fierbinte până când temperatura de ieşire din filtrul

individual (6 ) depăşeşte cu cel puţin 12-15ºC temperatura punctului de rouă.Stabilirea

parametrilor de funcţionare ai instalaţiei de sterilizare se face numai în funcţie de

parametrii temodinamici ai aerului.

Reţinerea microorganismelor pe filtre de sticlă, în procesul de filtrare a aerului, se

realizează ca efect al următoarelor fenomene: impact inerţial,forţe de atracţie

elecrostatică şi de difuzie.[3]

Fermentaţia

Fermentaţia este faza fundamentală a procesului de biosinteză şi se realizează în 3

etape:inoculator, intermediar, regim.Aceste trei trepte corespund anumitor stadii de

dezvoltare a microorganismelor.

În inoculator se petrece procesul de aclimatizare a microorganismelor la noile condiţii

de dzvoltare.În intermediar începe creşterea exponenţială a numărului de

microorganisme, iar în regim se realizează procesul de creştere a acestora şi elaborarea

penicilinei.

Procesul de fermentaţie a penicilinelor cuprinde trei faze metabolice distincte:faza de

creştere, faza de producere şi faza analitică.

23

Faza de creştere se caracterizează prin acumulare de masă miceliană şi utilizarea

intensivă a componentelor mediului de cultură.Glucoza este asimilată foarte rapid atât

pentru formarea materialului celular, cât şi pentru furnizarea energiei necesare.Cerinţele

de oxigen sunt maxime în această perioadă,iar activitatea respiratorie caracterizată prin

degajarea de CO2,este ridicată.

Faza de producere se caracterizează prin încetinirea creşterii miceliului, fie datorită

epuizării constituienţilor uşor asimilabili,fie altor condiţii existente, scăderea consumului

de oxigen,menţinerea pH-ului la 6,8- 7,5 şi acumularea penicilinei.În această fază lactoza

este folosită lent de miceliu şi furnizează energia necesară procesului de biosinteză.

Faza analitică corespunde stadiului în care microorganismul se epuizează ca urmare a

activităţii metabolice prelungite iar sursele de carbon din mediu sunt epuizate.Conţinutul

în azot al miceliului creşte considerabil şi începe procesul de autoliză al acestuia cu

eliberare de amoniac şi creşte pH-ul peste 8.Producerea penicilinelor încetează şi apare

un proces de hidroliză alcalină a penicilinelor formate.În practica industrială nu este

permisă prelungirea fermentaţiei până la apariţia autolizei.

Pentru faza de creştere a masei celulare pH-ul optim este de 4,5- 5, iar pentru faza de

producere a penicilinelor este de 7- 7,5.Pentru procesele discontinui pH-ul este cuprins

între 6,4 – 7.

Regimul optic de temperatură este de 25 ± 1ºC, iar necesarul de aer,deoarece procesul

este aerob, este de 1 – 1,5 l aer/ l mediu min,la o turaţie a agitatorului elicoidal de 110 –

140 rot / min.

Dirijarea procesului de biosinteză către penicilina V se realizează cu ajutorul unui

precursor care este acidul fenoxiacetic.

Procesul de fermentaţie se realizează în fermentatoare cilindrice verticale costruite din

oţel inoxidabil, echipate cu agitator cu elice sau turbină, serpentină pentru răcire,conductă

pentru aerare, dispozitive sparge-val, filtru individual de aer şi rezervor cu antispumant.

[10]

24

Parametrii procesului de fermentaţie a penicilinei V

Tabel 2

Etapa de

fermentaţie

tºC Agitare

rot/min

Debit de aer

l/l mediu min

Presiunea

ata

Durata

procesului

h

Inoculator 26±1 270 1 1,2 – 1,3 30 - 40

Intermediar 26±1 170 1 – 1,2 1,2 - 1,3 20 – 40

Regim 26±1 120 0,6- 1 1,2 – 1,3 90 - 120

Controlul procesului de fermentaţie se realizează prin determinerea sterilităţii mediului, a

gradului de dezvoltare morfologică a ciupercii,a pH-ului mediului, a activităţii lichidului

de ccultură si a consumului de zahăr.

Concentraţia penicilinelor in soluţia nativă la terminarea procesului de fermentaţie este

cuprinsă între 1 şi 1,8 %.Valoarea exactă depinde de potenţa suşei folosite şi de condiţiile

de realizare a procesului de fermentaţie.

Filtrarea soluţiilor native

Alegerea utilajului pentru filtrare se face în funcţie de umătoarele aspecte:

caracterul suspensiei

productivitate

materialul de construcţie al suparafeţei filtrante

gradul de recuperare

Pentru filtrarea lichidelor ce conţin masă celulară cu caracter fibros se recomandă

filtrele rotative cu vid.

Filtrul rotativ cu vid este construit dintr-un tambur rotativ compus din doi cilindri

orizontali coaxiali. Cilindrul exterior este perforat şi acoperit cu material filtrant iar

25

spaţiul dintre cei doi cilindri este împărţit în 10-12 celule etanşe, fiecare celulă

funcţionând succesiv, independent ca filtru nuce.

Legătura dintre aceste celule şi conductele de vid, cu aer comprimat se realizează

prin intermediul capului de distribuţie,iar îndepărtarea miceliului de pe tambur se face cu

ajutorul unui cuţit răzuitor. Suprafaţa tamburului este împărţită în mai multe zone în care

se realizează operaţiile de filtrare, uscare şi îndepărtare a stratului de miceliu depus. În

timpul unei rotaţii fiecare celulă trece prin toate aceste zone.

Tamburul filtrului rotativ cu vid are un grad diferit de scufundare în suspensia ce

se filtrează. Stabilirea adâncimii de scufundare se face funcţie de caracterul stratului

filtrant şi a necesităţilor de spălare şi uscare. În producţia de antibiotice se utilizează filtre

cu adâncime de scufundare a tamburului de 50%.

Figura 7. Schema filtrului rotativ cu vid

1- tambur;2- capul distribuitorului;3- cuţit răzuitor;4- buncar;5- cuva;6- conductă de apa

pentru spălare;7- celule filtrante;8- strat depus;I- zona filtrării;II si IV- zonele uscării;III-

zona de spălare;V- zona de îndepărtare a sratului depus.

Dacă produsul se găseste numai în soluţia nativă, spălarea masei celulare după

filtrare este uşoară. Totuşi, aici pot avea loc pierderi mari, pentru prevenirea lor trebuie

ales cu grijă locul de amplasare a jeturilor cu apa şi debitul apei de spălare, pentru a nu

dilua prea mult filtratul.

Filtrele rotative cu vid pot fi construite din oţel carbon, oţel inoxidabil, oţel

căptuşit cu cauciuc,sau epoxid, aliaje. [10]

26

Separarea şi purificarea penicilinei V

Datorită diluţiilor mari, separarea penicilinei V se poate face, rentabil, numai prin

extracţii repetate cu solvenţi.Fluxul general al separării penicilinelor cuprinde

următoarele etape:

-filtararea lichidului de fermentaţie în scopul separării biomasei

-extracţia penicilinei din filtrul cu solvent organic în două sau mai multe stadii, în funcţie

de concentraţia sa în soluţie

-reextracţia penicilinelor din solventul organic cu o soluţie de carbonat de sodiu

-distilare azeotopă

Extracţia şi reextracţia

Extracţia reprezintă operaţia de separare a componenţilor unui amestec lichid sau solid pe

baza diferenţei de solubilitate a acestora într-unul sau mai mulţi solvenţi.Dacă amestecul

este supus separării este lichid operaţia este extracţie lichid-lichid.

Extracţia lichid-lichid cuprinde 4 etape:

-contactarea soluţiei iniţiale cu solventul

-solubilizarea celor două faze rezultate

-recuperarea solventului atât din extract,cât şi din rafinat

Viteza extracţiei depinde de 3 factori: aria interfacială de contact dintre cele 2 faze

lichide, forţa motrice a transferului de masă al solutului între soluţia iniţială şi solvent,

coeficienţii de transfer de masă ai solutului în fiecare fază.

Fluxul general al separării penicilinei V este alcătuit din patru etape:

- filtrarea lichidului de fermentaţie cu ajutorul filtrelor rotative cu vid,în scopul separării

biomasei de lichid care conţine penicilina V

- extracţia penicilinei V din filtrat cu un solvent organic în două sau mai multe etape în

funcţie de concentraţia sa în soluţie

- reextracţia penicilinei din solventul organic cu o soluţie de carbonat de sodiu

- distilarea azeotropă

Extracţia penicilinei V foloseşte ca mediu supus extacţiei fizice, lichidul de fermentaţie

filtrat, iar ca solvent organic acetatul de butil la pH 2.

27

Figura 8. Schema de operaţii la separarea prin extracţie fizică a penicilinelor

Pentru extracţia penicilinei V se foloseşte extractorul Podbielniak. Acesta este construit

dintr-o foaie metalică înfăşurată în spirală în jurul unui arbore care se roteşte cu 2000 –

5000 rot/min.Rotorul are forma unei spirale cu un număr variabil de spire a căror secţiune

formează canale paralele.

. Figura 8 Extractorul Podbielniak

1 –ansamblu rotr ax

2-carcasă

3- lagăre

4- curea de transmisie

5-foaie metalică spiralată perforată

6-conducte de distribuţie a fazelor

7- conducte pentru lichide pentru spălare şi curăţare

8- ştuţuri pentru alimentare şi evacuare

28

Distilarea azeotropă

Pentru separarea sărurilor penicilinei V din soluţie apoasă rezultată după reextracţia în

carbonat de sodiu, se foloseşte pocedeul antrenării azeotrope a apei cu acid clorhidric, la

vid astfel încât după îndepărtarea apei are loc cristalizarea sării apoi se filtrează şi se

spală cu butanol.

Uscarea

Este operaţia de îndepărtare a umidităţii din gaze lichide sau solide.Apa din cauza

reactivităţii sale poate produce o serie de reacţii secundare nedorite de hidroliză sau

hidratare.

Uscătoarele se pot clasifica în funcţie de mai multe criterii:

1) după regimul de funcţionare

continue

discontinue

2) după presiunea de lucru

la presiune atmosferică

la vid

3) după procedeul de uscare

cu agent termic gazos

cu încălzirea materialului

4)după sensul de circulaţie a solidului şi a gazului

- echicurent

- contracurent

- curent mixt

5) din punct de vedere constructiv

- uscătoare cu strat fix

- cu strat mobil

- cu strat fluidizat

- cu pulverizare

- de contact

Penicilina V se filtrează şi se usucă în uscătoare dulap la 35 - 45ºC sub vid, timp de 16-20

ore.[10]

29

2.4.2 Materii prime intermediare si auxuliare

Microorganismul producător este  Penicillium Crysogenium şi face parte din categoria

fungilor. Fungii sunt organisme filamentoase saprofite (care cresc pe suprafaţa

substanţelor intrate în putrefacţie şi nu produc boli). Ei se produc pe cale asexuată (fără

participarea unor gameţi de sexe diferite). Sunt organisme cu o mare capacitate de

adaptare la condiţiile variate, nefavorabile ale mediului în care îşi desfăşoară activitatea.

Ele cresc în condiţii extrem de acide, presiune osmotică, uscăciune.

Are structura celulara de tip eucariot:

Aparatul lor vegetal (formele de crestere şi dezvoltare) este diferit de la o specie la alta.

El poate fi:

a).- un gimnoplast sau un plasmodiu

b).- dermatoplast

c).- sifonoplast

d).- talc tipic

a).- Plasmodiu este forma de existenta a fungilor cu organizarea cea mai inferioara. El

este alcătuit dintr-o masă citoplasmatică multinucleată lipsită de peretele celular rigid.

Este caracteristic fungilor primitivi.

b).- Dermatoplastul este aparatul vegetativ întalnit la cele mai multe levuri. El este format

dintr-o singură celulă cu perete celular rezistent. Citoplasma şi nucleu tipic eucariotelor.

c).- Sifonoplastul este aparatul vegetativ întalnit la multe ciuperci filamentoase. El este

alcătuit din numeroase filamente subţiri cunoscute sub numele hife a căror împletire dă

un miceliu.

Hifele miceliene au formă tubulară, sunt rigide, prezetând diametre relativ egale pe toată

lungimea lor. La exterior sunt delimitate de peretele hifal, rigid iar în interiorul hifei se

află citoplasma în care sunt înglobaţi nucle. La aceste ciuperci numărul nucleelor este

variabil. Hifa are lungimi diferite şi nu prezintă septuri intracitoplasmatice .

d).- Talul este aparatul vegetativ întalnit la ciupercile superioare. El este format din

numeroase hife care se împletesc şi formează un miceliu cunoscut sub numele de tal.

Hifele talului pot fi septate complet sau incomplet prezentând împletituri mai mult sau

mai puţin compacte. La ciupercile din clasa Dasidiomycetes hifele se împletesc compact

formând un tal maxim.

30

La toate ciupercile la care aparatul vegetativ este un miceliu, se constată în mod

obligatoriu 2 părţi:

1.– o porţiune formată din hife fine bogat ramificate care pătrund complet în substrat, ele

formând miceliu de substrat. Aceste hife sunt cunoscute sub numele de rizoizi şi

formează sistemul rezoidal al miceliului.

2.– o porţiune aeriana alcătuită din hife lungi, mai puţin ramificate şi mai rezistente. Ele

formează miceliul aerian.

Structura internă deşi este tipică eucariotelor, există totuşi şi unele deosebiri de la o formă

la alta de mucegaiuri. Deosebirile ce pot apăre se referă la prezenţa sau absenţa septului

sau peretelui hifal.

În general în structura unor hife se pot distinge următoarele formaţiuni structurale tipice

celor mai multe eucariote: peretele celular (hifal), membrana plasmatică, citoplasmatică

şi constituienţii citoplasmatici şi nucleu.

            - Perete celular -

Hifa este delimitată la exterior de un perete rigid în structura căreia intră chitina, celuloza,

polizaharide şi unii acizi graşi.                                                                           

Peretele hifal acoperă membrana plasmatică şi tot el este cel care participă la formarea

septului hifal.

- Membrana plasmatică -

Are o structură tristratificată şi se presupune ca ar avea un rol important în formarea

aparatului Golgi. Are totodată importante roluri în transportul unor substanţe din mediu

în celula şi din celula în mediu.

- Citoplasma -

Se prezintă sub formă de masă granulată, în care suspectate vacuole ,picături de grăsimi,

numeroase granule de incluziuni şi particule.

În citoplasma se găsesc de asemenea, reticulul endoplasmatic rugos bine

dezvoltat, aparatul Golgi, mitocondrii, ribozomi liberi sau fixaţi de reticolul

endoplasmaic şi lizozomi, formaţiuni structurale cu rol în liza unor substanţe.[9]

Mediul de cultură are în componenţă următorii constituenţi:

31

1.Lactoza

Generalităţi:

Formulă brută C12H22O11

Masă moleculară 360,30 g/mol

Prezintă o uşoară solubilitate în apă şi este insolubilă în alcool etilic, eter etilic şi

chloroform.

.Zerul şi materialele auxiliare folosite la fabricarea lactozei trebuie să corespundă

 documentelor tehnice normative ale produselor respective şi să respecte dispoziţiile

să respecte dispoziiile legale sanitare şi sanitar-veterinare în vigoare.

Tabel 2.2Denumirea

caracteristicii

Condiţii de admisibilitate

Tipul

Lactoză rafinată Lactoză telenică

Calitate 1 Calitate 2

Aspect pulbere critalină

Culoare albă alb-gălbuie galbenă

Gust miros slab dulceag fără miros străin

Aspectul soluţiei apoase incolor limpede galben deschis galbenă

Puterea rotaţiei specific +52- +53 +51- +52 +47- +51

Pierderi prin uscare

-la 130ºC % max 55 - -

-la 100ºC % max - 0,4 2

Aciditatea exprimată

a acidului lactic % max 0,05 0,07 1

Cloruri % max 0,004 - -

Sulfaţi %max 0,002 - -

Calciu lipsă în condiţiile de mediu - -

Metale grele Pb lipsă în condiţiile de mediu - -

Arsen % max 0,01 - -

Fier lipsă în condiţiile de mediu - -

32

2.Glucoza SR 13359-7

Generalităţi

Obiect şi domeniu de aplicare: prezentul standar d se refera la glucoza obtinută din cartofi

si porumb.

Destinată pentru consum şi scopuri industrial:

 Tipuri de glucoză:

-glucoză lichidă

-glucoză solidă

- aromatizată- nearomatizată

Glucoza aromatizată poate fi fabricată cu diferite adaosuri: esene, aromatizaniţi şi

coloranţi alimentari avizaţi din punct de vedere sanitar, miez de nucă şi miez de floarea-

soarelui conform acordului între producător i beneficiar.

Condiţii tehnice de calitate:

 Pentru glucoza de cartofi şi de porumb, materiile prime şi auxiliare trebuie să corespundă

standardelor şi normelor sanitare în vigoare.

Proprietăţi organoleptice

Tabel 2.4

Caracteristici

Condiţii de admisibilitate

Tip de glucoză

Lichidă Solidă

Aromatizată Nearomatizată

Metodă de

verificare

AspectLichid vâscos

Masă solidă,sub formă de tabele

Masă solidă

Culoare Incolor până la galben

Crem până la galben sau specifică colorantului adăugat

Crem pâna la galben

Miros Lipsă Caracteristic aromei adăugate

Lipsă

Gust Dulce, specific

Dulceag uşor amărui

Corpuri străine Lipsă

SR 13359-1

33

Proprietăţi fizico-chimice Tabel 2.5

Caracteristici

Condiţii de admisibilitateTip de glucozăLichidă Solidă

Aromatizată NearomatizatăMetoda de verificare

Umiditate,% max 20 21 SR13359-2

CuloareRBU,max 200 -ml iod, soluţie0,1n/100ml,max 1,5

-SR13359-3

Densitate 20/20ºC,g/ml,min 1,42 - SR13359-4Indicele de refracţie la 20ºC 1,49 - SR13359-5Aciditate,grade,max 2,5 2,8 SR13359-6Acizi minerali liberi % Lipsă SR13359-7pH la o soluţie 20g/100 ml 4,5...5,5 SR110-12Conţinut de SO2,ml/100g,max

în produs nealbit 4În produs albit 40 15

SR EN1185

Conţinut de cenuşă conductometrică,raportată la s.u.,%,max

0,6 - SR110-2

Conţinutul de dextroză raportată la s.u.(DE),%

32...49 min.75 SR13359-8 sau SR13359-9 sau SR ISO5377

  3. Extract de porumb – STAS-1445/88

Extractul de porumb are urmatoarele caracteristici:

Aspect: lichid cremos de culoare galben închis.

Miros: caracteristic unei fermentţtii lactice.

Sedimentare: după 24 de ore într-un cilindru de 100 ml de 100%.

Aspect microscopic: în frotiu colorat prezintă o masa bacteriană tipică bacteriilor

lactice, în proporţie de peste 90.

Substanţa uscată: minim 50%.

pH=3,5-4.

Conţinutul în acid lactic: minim 20g la 100g substanţă uscată

Zahăr total: maxim 2,5%

34

Tabel 2.6Constituienti g/100g extract de porumb Domenii de valoriSubstanta uscata 46-49,6Cenusa 8,04-10,43N total 3,33-3,67Zahar total (exprimat x g glucoza) 4,00-4,70Acid lactic 0,74-4,39Aciditate (ml sol.NaOH 0,1N/100g extract de porumb)

11,6-19,3

Fe 0,009-0,02P 1,5-1,9Ca 0,02-0,07Zn 0,05-0,012K 2,0-2,5SO2 0,22Sedimente solide 38,4-52,9

5.Făină de soia

Generalităţi:

Faina de soia este o sursă de azot naturala, bogată în proteine, aminoacizi conţinând şi

acizi nucleici, vitamine, oligoelemente, lipide, zaharuri, compuşi cu sulf şi fosfor după

cum urmează:

Tabel 2.7

Proteine 34 %

Materii grase 3,5 %

Metionina 0,54 %

Cisteina 1,1 %

Lizina 2,4 %

Calciu 0,2 %

Sodiu 0,287 %

Potasiu 1,7 %

Magneziu 0,21 %

Sulf 0,32 %

Fosfor 0,6 %

35

6.Butanolul  STAS-903-62

Identificare: - formulă chimicaă C4H10O

                      - masă molecularaă74,12

Proprietăţi fizice:

-    p.f.= 98oC

-    indice de refracţie 1,3975

-    aciditate exprimată în CH3COOH, % max= 0,02

-    aspect: lichid limpede, incolor

-    miros: caracteristic

7.Acetatul de butil

Identificare :

 Formula chimică CH3CO(CH2)3CH3

 Masa moleculară 116,16

Proprietăţi fizice :

- aspect : lichid limpede, fără substanţe în suspensie, inflamabil. Se fabrică în trei tipuri

funcţie de conţinutul de eter.

-    tipul 98 pentru industria antibioticelor (interval distilare 123-127oC)

-    tipul 92

-    tipul 88

- miros caracteristic

- d= 0,878g/cm3

8.CaCO 3 Carbonatul de calciu  STAS 1083-76

Prezentul standard se referă la carbonatul de calciu precipitat,tehinic, obţinut prin

tratarea soluţiei de var cu bioxid de carbon.Produsul se prepară sub formă de pulbere

microcristalină.

Formula chimică:CaCO3

Masa moleculara relativă: 100,09 g/mol

Carbonatul de calciu precipitat, tehnic se livrează în patru tipuri:

- tipul I destinat, în special, la fabricarea pastei de dinti;

36

- tipul A destinat, în special, industriei de produse cosmetice, industriei de

antibiotice si industriei electrotehnice;

- tipul B destinat, în special, industriei de material plastic şi industriei cauciucului;

- tipul C pentru alte utilizări

Condiţii tehnice de calitate a carbonatului de calciu

Tabel 2.8

Tipul 1*) A B C

Grad de alb, % min 97 92 92 -

Fineţe:

-rest pe sita cu ţesătură de sîrmă 0063 STAS

10077-67,%

-rest pe sită cu ţesătură de sîrmă 009 STAS

10077-67 % max

0,1

0,05

1

0,5

1

0,5

-

1

Densitatea în grămadă în stare

tasată,g/cm³,max

0,45 0,45 0,45 0,47

Cifră de sedimentare,cm³,min 95 91 90 90

Umiditate,%, max 0,4 0,4 0,6 0,6

Substanţe insolubile in acid clorhidric,%,

max

0,1 0,2 0,2 0,2

Oxizi de fier şi aluminiu, %,max 0,5 0,5 0,5 0,5

Carbonat de calciu, %,min 99 99 98,5 97

Alcalinitate, %, max 0,008 0,008 0,10 0,15

Limite de pH la un adaos de 1... 30cm³ acid

clorhidric n

5,5...6,0 - -

-pH-ul suspensiei 2% în apă,max 9 10 - -

Cuprul, %,max 0,001 0,001 0,001

Mangan, %,max 0,003 0,003 0,003 -

Arsen lipsă lipsă lipsă -

37

9.Acidul clorhidric HCl STAS 339-80

Generalităţi

Formulă chimică HCl

Masă moleculară 36,46

Tipuri şi sorturi

După modul de fabricare, acidul clorhidric se clasifică în două tipuri:

-acid clorhidric de sinteză

-acidul clorhidric rezultat din cloruri organice, care după provenienţă se fabrică şi se

livrează în trei sorturi: A,B,C

Calităţi:

Acidul clorhidric de sinteză se livrează în 3 calitaţi l,ll,lll

Acidul clorhidric rezultat din clorurări organice se livrează în următoarele condiţii

-sortul A,în trei calităţi l,ll,lll

-sortul B in patru calităţi l,ll,lll,lV

Domeniul de aplicare

Produsul se utilizează în principal în industria chimică.

Condiţii tehnice de calitate

Tabel 2.9

Calitate L ll lll

Aspect Lichid transparent

Culoare Incolor pâna la

galben-verzui

Galben-verzui până

la galben

Galben-verzui până la

galben portocaliu

Acid clorhidric,%,min 32 31 28

Acid sulfuric,%,max 0,04 0,2 0,5

Fier,%,max 0,005 0,008 0,05

Dioxid de sulf,%,max 0,05 0,07 0,1

Arsen Lipsă lipsă -

Clor Lipsă lipsă -

38

10. Fosfat monopotasic  STAS  10497-76

Generalităţi

Prezentul standard se referă la fosfatul monopotasic ethnic utilizat, în principiu mediul de

cultură la fabricarea antibioticelor.

Formula chimică KH2PO4

Masa molecular 136,09 g/mol

Condiţii tehnice de calitate

Tabel 2.9

Aspect şi culoare Cristale albe

Umiditate ,%,max 0.3

Fosfat monopotasic,%,min 96

Cloruri ,%,max 0,25

Fier,%,max 0,003

Metale grele(Pb),%,max 0.1

Substanţe insolubile în apă,%,max 0,5

Observaţii:

-caracteristicele din table,cu excepţia umidităţii, se referă la fosfatul monopotasic uscat la

105 ± 2

-cu acordul beneficiarilor se poate livra 0,05% fier

11. Azotat de amoniu STAS 405-30

Generalităţi

Standardul cu nr. 450- 30 la ayotatul de amoniu tehnic,granulat obţinut

  prin neutralizarea acidului azotic cu amoniac utilizat la fabricarea explozivilor şi în

 alte scopuri industrial.

.Formula chimică: NH4NO3

Masa moleculară relativă: 80.04 g/molAzotatul de amoniu tehnic granulat, se livrează în

două tipuri:

-tip I – folosit la fabricarea explozivilor

-tip II – folosit în alte scopuri industrial

Condiţii tehnice de calitate

39

Tabel 2.10

Tip L Ll

Aspect Granule neaglomerabile Garanule neaglomerabile

Culoare Alb alb-roz

Granulaţie

între 1…3mm,%,min

95 95

Granule sub 1 şi peste 3

mm,% max

5 5

Umiditate,%,max 0,2 0,3

Aciditate liberă,%,max 0,02

Azotat de amoniu %,min 0,02 0,02

Azotat de magneziu,

%,min

98.8 99,4

Azotat total,%,min 34,6 34,8

Reziduu de calcinare,

%,min

0,2 -

Observaţie

Conţinutul de azotat de amoniu,azotat de magneziu si azotat total este raportată la

produsul uscat

Precursor în obţinerea Penicilinei V

Acidul fenoxiaceti

Formulă chimică C6H5OCH2COOH

Masă moleculară 152,14 g/mol

Proprietăţi fizice

-pulbere de culoare cafeniu deschis sau solid alb

-puţin solubil în apă

-reacţionează exotem cu toate bazele atât organice cât şi anorganice

-solubil în eter, metanol, acid acetic

-punct de topire 98-101ºC

-stabil în condiţii normale

40

Acidul fenoxiacetic este utilizat ca precursor în fermentaţia antibioticelor în special

pentru penicilina V şi este un schelet principal de regulatori de creştere a plantelor şi

erbicidelor.Acesta este utilizat ca un intermediar pentru vopsele de fabricaţie, produse

farmaceutice, pesticide,fungicide.Acesta este utilizat în aromă.

Agent antispumant

Uleiu tehnic de floarea soarelui STAS 2710- 70

Standardul cu numărul 2710- 70 se referă la uleiul tehnic obţinut din seminţe de floarea

soarelui.

Uleiul tehnic de floarea soarelui se livrează în două calităţi:

Calitatea 1, obţinută prin presare sau extracţie cu solvenţi şi prelucrare ulterioară

Calitatea 2, obţinută prin presare sau extracţie cu solvenţi

Proprietăţi fizice şi chimice

Tabel 2.11Calitate 1 2 Metodă de analizăAspect la 60ºC Limpede fără

impurităţi mecanice

- STAS 145/1-67

Densitate relativă la 20ºC

0,914…0,927 STAS 145/3-67

Indice de refracţie la 20ºC

1,4710…1,4760 STAS 145/4-67

Culoare de iod,mg I/100cm³ max

20 - STAS 145/2-67

Inpurităţi insolubile în eter etilic,% max

0,1 1 STAS 145/11-67

Umiditate şi materii volatile,% max

0,2 1 STAS 145/10-67 cap 1

Indice de aciditate,mg KOH/g max

2 12 STAS 145/16-67 cap 1

Sunstanţe organice nesaponibile, % max

1,2 1,2 STAS 145/15-67

Indice de iod, g I/100g min

119…135 STAS 145/16-67 cap 1

Cenuşă, % max 0,05 - STAS 145/13-67Indice de saponificare,mg KOH/g

186…198 STAS145/17-67

Substanţe mucilaginoase lipsă - STAS 145/18-70 165 135 STAS 145/6-67 cap 1

41

Cloroform

Formulă chimică HCCl3

Masă molecular relativă 119,38

Tipuri ,calităţi şi domeniu de utilizare

În următoarele calităţi:

tip A, stabilizat cu 0,6...1% alcool etilic absolut, utilizat în industria de medicamente:

calitatea 1 şi 2

tip B,nestabilizat,tehnic,utilizat ca solvent

Condiţii tehnice de calitate

Cloroformul este greu solubil în apă,miscibil în orice proporţie cu alcoolul etilic

absolut,eter etilic,benzină şi majoritatea uleiurilor.Este neinflamabil.

Proprietăţi fizice şi chimice

42

Tabel 2.12

Denumirea

caracteristicii

Tipul

A(stabilizat)

Calitate 1 Calitate 2

B(nestabilizat)

Aspect lichid limpede,incolor ,volatil

Miros caracteristic

Gust dulceag, arzător

Densitate relativă 1,473...1,480 1,473...1,490

Cloroform %,min 98 97 -

Densitate

-punct iniţial de

fierbere,ºC,min

-punct final de

fierbereºC max

-între punctul iniţial

şi final de fierbere

distilă % vol.. min

59

62

97

57

63

96

57

63

94

Reziduu în

evaporare,% max

0,002 0,002 0,015

Clor liber Lipsă în condiţiile determinării de la pct. 4,6

Cloruri % max 0,0008 0,0008 -

Aciditate Lipsă în condiţiile determinării de la pct. 4,8

Substanţe organice

străine

Lipsă în condiţiile determinării de la

pct.4.91

15 mg I/100cm³

Apă Lipsă în condiţiile determinării de la

pct.4.10

-

[5]

2.4.3. Mecanismul reacţiilor biochimice

43

Mecanismul biosintezei penicilinelor nu este încă elucidat în totalitate, însă ţinând seama

de faptul că în molecula lor se găsesc trei componente de bază: d- valină, l cisteină şi un

acid substituient, precum şi identificarea în miceliul de Penicillium crysogenum a unei

tripeptide, se pot concepe etapele ce intervin în biositeză.Prima etapă constă în formarea,

din glucoză, a l-cisteinei şi d- valinei,iar din acesta a  δ-amino-adipil-cisteinil-valinei

conform.

44

Pentru elucidarea mecanismului celei de a doua etape, în care se formează sistemul

biciclic al penicilinelor sunt propuse două ipoteze.În următoarea schemă este prezentată

ipoteza conform careia se pleacă de la o tripeptidă:

După această schemă sinteza nucleului de bază a penicilinei, acidul 6-amino-penicilanic

ar rezulta din acidul α-amino-adipic, l-cisteină şi l-valină trecând prin faza tripeptidei.În

45

ultima etapă se formează penicilină Vsau acid 6-aminopenicilanic prin pierderea grupei

acil.

Penicilinele s-ar putea forma şi direct din l-cisteina su l-valina printr-o serie defaze

intermediare, despre care nu se ştie dacă se formează în stare liberă, aşa cum sunt redate

în schema de mai sus. În esenţă, se distung în această schemă urmatoarele faze in

formarea penicilinei: condensarea aminoacizilor, dehidrogenarea peptidei, hidrogenarea

şi ciclizarea intermediarului la acid 6-aminopenicilanic şi introducerea catenei laterale.

46

Formarea acidului 6 – amino – penicilanic în lipasa precursorului, precum şi obţinerea

diferitelor peniciline în funcţie de precursorul folosit, demostrează că precursorul de

biosinteză poate decurge şi după Schema 3.[1]

47

2.4.4 Cinetica reacţiilor biochimice

Prin metoda cinetică se fsce studiul mecanismului reacţiilor enzimatice a proceselor

metabolice şi a vitezei de transformare a substratului în produs.Această metoda este

singura modalitate de studiu a proceselor enzimatice, deoarece numărul enzimelor pure

separate până în prezent este relativ redus.

Viteza de fermentaţie este definită prin variaţia momentană a concentraţiei

produsului, a intensităţii respirţiei sau a concentraţiei masei celulare, iar viteza

volumetrică este definită prin cantitatea de produs obţinută, cantitatea de substrat utilizaă,

consumul de oxigen sau cantitatea de celule obţinute pe unitatea de volum de mediu de

cultură şi în unitatea de timp. Vitezele volumetrice calculate în funcţie de masa celulară,

de consumul de zaharuri, de cantitatea de produs biosintetizat şi de consumul de oxigen

la fermentaţia penicilinei V sunt redate grafic in figura 2.4.1

    .

Figura 2.4.1 .Vitezele volumetrice la fermentatia penicilinei V

A-            viteza de utilizare a oxigenului, g/l.h.

B-            viteza de crestere a masei celulare, g/l.h

C-            viteza de consum a zaharurilor, g/l.h

D-            viteza de producere a penicilinei, g/l.h

48

Viteza specifică se defineşte prin raportul dintre viteza volumetrică şi densitatea

bacteriaăa, fiind exprimată în grame produs obţinut în unitatea de timp şi pe gram de

masă celulară. Pentru cazul concret al fermentţtiei penicilinei V, vitezele specifice sunt

prezentate în figura 2.4 .2

Procesele metabolice care au loc în interiorul celulelor vii sunt reaţtii fizico-

chimice foarte complexe care se produc cu viteze mari şi sunt catalizate de enzime.

Referidu-se la acest aspect, Gaden defineşte fermentaţia ca reprezentând”reacţiile

chimice catalizate de sisteme care, la rândul lor, sunt produse de către microorganisme în

timpul creşterii”.                                                       

Figura 2.4. 2. Vitezele specifice la fermentatia penicilinei V

A-      viteza de producere a penicilinei, g/g.h

B-      viteza de utilizare a oxigenului, g/g.h.

C-      viteza de consum a zaharurilor, g/g.h

D-      viteza de crestere a masei celulare, g/g.h

Enzimele  sunt macromolecule cu structură proteică care catalizează procesele

biochimice. Din punct de vedere structural, enzimele sunt compuşi de natura hetero-

proteică cu sensibilitate deosebită la toţi factorii care afectează proteinele. Activitatea

enzimelor este influenţată de temperatură, pH, presiune osmotică, concentraţia

substratului, concentraţia produşilor rezultaţi în reacţie. Activitatea enzimatică este

49

inhibată de anumiţi agenţi specifici, printre care: sulfamide, antibiotice, narcotice,

coloranţi, apă oxigenată, dioxid de carbon, dezinfectante.Substanţa asupra căreia se

exercită acţiunea enzimelor se numeşte substrat . Prezenţa enzimelor permite

transformarea substratului la temperatură normală a materiei vii, oferind, în acest fel,

energia necesară desfăşurării procesului de biosinteză.

Funcţia esenţială a enzimelor constă în accelerarea vitezei reacţiilor metabolice la

temperatură normală a organismelor. Având activitatea catalitică foarte ridicată, enzimele

reduc considerabil barierele de potenţial ale reacţiilor de transformare a substratului,

facilitând astfel deplasarea echilibrului spre formarea de produs.

Mecanismul prin care enzimele transformă substratul poate fi descris cu

ajutorul teoriei stării de tranziţie. Această teorie presupune că substratul se combină cu

enzima formând un complex activat, instabil, care ulterior se descompune în produs şi

enzimă. Enzima eliberat reia ciclul de transformare a substratului, conform schemei:

în care: E-enzima liberă;    S-substrat;    P-produs. 

   E-S*- complex activat enzimă-substrat;

   k+1 - constanta de viteză a reacţiei de formare a complexului enzima- substrat;

   k-1- costanta de viteză a reacţiei de formare a substratului şi enzimei din

complexul enzima-substrat

   k2- constanta de viteză a reacţiei de formare a produsului din complexul

enzima- substrat.

De asemenea, se poate admite că între enzima şi substrat, pe de o parte, şi

complexul enzima-substrat, pe de altă parte, există un echilibru descris prin ecuaţia:

Iar viteza de descompunere a complexului enzima- substrat în produs este redată prin

intermediul expresiei:

50

unde;  CE-S*-concentraţia complexului enzima-substrat în stare activate.

            Kc*-constanta de echilibru

            KB-constanta Boltzman

            h-costanta Planck

Viteza reactiei de formare a produsului este:

vp =viteza specifica de descompunere a complexului activat

Reformulând se obţine:

                           

Constanta de echilibru a formării complexului activat se poate exprima funcţie de

energia liberă standard ΔG*:

ΔG* = ΔH* - T∙ΔS* = -R∙T∙lnKC *

Din această ecuaţie, constanta de echilibru se poate determina cu expresia:

KC = e∆G*/RT

Modele cinetice pentru viteza de formare a produsului

Michaelis şi Menten dezvolta modelul cinetic al vitezei de formare a produsului în

funcţie de concentraţia substratului şi a enzimei. După aceşti autori, reacţia dintre enzimă

51

şi substrat se desfăşoară în două etape. În prima etapă, viteza de reacţie este dependentă

direct de cantitatea de substrat, iar în etapa a doua, în care are loc fermentarea produsului

şi eliberarea enzimei, care este capabilă să reia ciclul descries de sistemul de reacţie,

viteza depinde de concentraţia complexului enzimă-substrat:

Viteza de formare a produsului în procesul enzimatic este:

VP= =k2 Cc                                                    

Pentru determinarea concentraţiei complexului enzimă-substrat Cc se utilizează

expresia vitezei de formare a acestuia, pentru cazul în care Cs>CC:

=k+ 1 –(CE- CC) CS- k-1 CC-K2 CC

În regim staţionar, concentraţia complexului nu variază în timp, iar expresia

anterioară devine:

K +1 (CE- CC) CS- k-1 Cc- K2CC= 0

                           

                                             

De mai sus rezultă:

vP== K2 Cc=

V= K2 CE     -viteza maximă de formare a produsului şi corespunde stadiului în

care întreaga cantitate de enzima formează complexul enzimă-substrat.

      - constanta de echilibru la disocierea complexului enzimă-substrat.

 - constanta Michaelis-Menten.

52

Constanta KM este egală cu constanta de echilibrul KS numai atunci când K2>

k+1. Cu cât valoarea lui KM este mai mică, cu atât este mai mare afinitatea enzimei

pentru substrat. Introducand constanta KM se obţine:

              

                                  

Această ecuaţie este denumită ecuaţia Michaelis-Menten şi descrie viteza de

formare a produsului într-un proces enzimatic, reprezentând modelul ideal pentru viteza

proceselor enzimatice în regim staţionar, lipsite de procese secundare de

inhibiţie.                          

Ecuaţia Michaelis-Menten a fost stabilită în ipoteza că CS >> C E .   Creşterea

concentraţiei enzimei în mediu de fermentaţie peste o anumită limită atrage după sine

anularea acestei ipoteze şi, în consecinţă, viteza reacţiei enzimatice nu va mai fi direct

proporţională cu concentraţia enzimei.

Din reprezentarea grafică se observă că KM este acea valoare a concentraţiei

substratului CS pentru care reacţia porneşte cu jumatate din viteza maximă, V.

Figura 2.4.3.Reprezentarea grafică a ecuaţiei Michaelis-Menten

53

Deoarece valoarea vitezei maxime de reacţie este limita asimptotei la curba, ea nu

poate fi determinate cu exactitate. Pentru determinarea constantei KM  şi a vitezei

maxime V, se utilizează metodele de liniarizare. Una dintre acestea este metoda

Lineweaver-Burk:                                          

Prin reprezentarea grafică în coordinatele  şi  se obţine diagrama Lineweaver-

Burk (figura 2.4.4. ), care permite determinarea constantelor V şi KM în funcţie de

variaţia concentraţiei substratului şi de valorile experimentale ale vitezei de formare a

produsului.

Figura 2.4.4 Reprezentarea grafica a ecuatiei Lineweaver-Burk.

În literartura de specialitate se întâlnesc si alte reprezentări ale ecuaţiei Michaelis-

Menten:

                                            

54

Reprezentarea grafica a acestei ecuaţii în coordinate VP şi  este o dreapta,

redată în figura 2.4.5

Figura 2.4.5.Reprezentarea grafica a vitezei reacţiei enzimatice după metoda

Eadie-Hofsee.

O altă reprezentare a ecuaţiei Michaelis-Menten a fost propusă de Woolf.

                                                           

Figura 2.4.6. Reprezentarea grafica a ecuaţiei Michaelis-Menten după metoda lui Woolf.

Modelul Michaelis-Menten a fost conceput ca un model ideal şi descrie viteza de formare

a produselor în procese de fermentaţie perfecte. Însă, acest model, care abordează

cinetica enzimatică în regim staţionar, poate fi extins şi la procesele în care, alături de

55

transformarea enzimatică a substratului în produs, intervin reacţii de inhibiţie competitiv

sau necompetitivă a enzimelor. Prezenţa inhibitorilor nu se poate evita, deoarece ei apar

ca urmare a degradării mediului nutritiv în timpul sterilizării, a unor reacţii secundare şi

nu numai.

Principalele tipuri de inhibiţii întalnite curent în procesele fermentative sunt:

- inhibiţia competitivă;

- inhibiţia necompetitivă;

- inhibiţie de substrat;

- inhibiţie de produs.

Procesul  de transformare enzimatică a substratului în produs însotit de inhibiţie

competitivă este descries prin reacţiile:

E+SKS

E-SK2

P +E

CC

E +IKI E-I

CD

Caracteristic pentru procesul de transformare enzimatică însoţit de inhibiţie competitivă

este faptul ca enzima pusă în libertate prin disocierea complexului enzima-inhibitor, E-I,

îşi pierde capacitatea de a cataliza transformarea substratului în

produs.                              

Viteza de formare a produsului este proporţională cu concentraţia complexului enzima-

substrat, de aceea este nacesară cunoaşterea valorii acesteia, în regim staţionar. În acest

scop, se scriu constantele de echilibru, pentru situaţia în care :

                                       

unde:CI - concentratia inhibitorului;

          CD-  concentratia complexului enzima-inhibitor.

                                       

Ecuaţia vitezei de formare a produsului devenind:

56

                

                

in care KM=KS

Figura 2.4.7. Reprezentarea grafică a vitezei reacţiei enzimatice însoţită de inhibiţie

competitivă  dupa metoda Lineweaver-Burk.

În cazul în care inhibitorul nu acţionează competitiv, afinitatea enzimei pentru substrat

sau inhibitor ramâne neschimbată, indiferent dacă enzima este liberă sau fixă în complex.

Reacţiile care au loc în sistemul cu inhibiţie necompetitivă sunt:

   

   

57

Figura 2.4.8. Reprezentarea grafica a vitezei reactiei enzimatice insotita de inhibitie

necompetitiva dupa metoda Lineweaver-Burk.

Modele cinetice pentru viteza de crestere a masei celulare

Cinetica proceselor de biosinteză poate fi studiată şi sub aspectul creşterii masei celulare

funcţie de concentraţia substratului. Astfel, Monod, analizând procesul de creştere

bacteriană în corelaţie cu variaţia concentraţiei unui singur substrat, a stabilit pentru faza

de creştere logaritmică a masei celulare (figura 2.4.8) urmatoarea expresie de calcul a

vitezei specifice:

                                                        

în care: -   viteza specifică de creştere a masei celulare când substratul este limitat:

           -   viteza maximă de creştere a masei celulare când substratul  nu este limitat:

           -   constanta de saturaţie.

Dependenţa dintre viteza specifică de creştere a masei celulare şi concentraţia

substratului limitativ este redată în figura 2.4.8., din care se constată ca viteza specifică

de creştere tinde asimptotic către valoarea maximă.

58

Figura 2.4.9. Dependenţa dintre viteza specifică de creştere şi concentraţia substratului

limitativ

Substratul limitative poate fi sursa de carbon si energie, un aminoacid essential, oxigenul,

fosforul sau azotul anorganic.

Tinand cont de faptul ca viteza specifica de crestere este definita prin relatia:

                                                              

Se obţine ecuaţia de creştere a masei celulare în funcţie de concentraţia substratului

limitativ CS:

                                       

            

              

 Trebuie remarcat faptul că ecuaţia Monod este valabilă numai în cazul în care creşterea

este limitată de un singur substrat, ceea ce în condiţiile industriale se întâmplă foarte rar.

De obicei, în aceste procese intervine şi un doilea substrat, care, de cele mai multe ori,

este chiar oxigenul. În aceste condiţii, vitezele specifice de creştere a masei celulare sunt

descrise prin ecuaţia Monod modificată sau prin ecuaţia Monod-Cantois :

                                    

59

în care:CS,CL - concentraţiile substraturilor limitative;

           KL,KS- constantele de saturatie corespunzatoare substraturilor limitative;

             B- constanta Cantois.

 Pentru culturi industriale continue, Monod a introdus o constantă caracteristică Y,

denumită constanta de exploatare sau de creştere:

                    

În funcţie de valorile constantelor cinetice KS,μmax,Y stabilite de Monod, se pot

caracteriza cantitativ culturile microbiene discontinue.

Totuşi în unele cazuri s-a observat că valorile vitezelor de creştere calculate cu relaţiile

propuse de Monod se abat considerabil de la valorile obţinute experimental. Această

abatere evidenşiază faptul că descrierea matematică a procesului de creştere a masei

celulare trebuie să cuprindă întregul  ciclu de creştere, şi nu doar faza de creştere

exponenţială, ca în cazul ecuaţiei Monod pe baza acestei premise, Kono şi Asai au

împărţit curba de creştere a microorganismelor în patru faze (figura2.4.10):

 I. faza de inducţie                       I faza de creştere exponenţială

III. faza de trecere                         IV. faza de scădere

Pentru fiecare fază, autorii au propus următoarele ecuaţii pentru viteza de creştere a

microorganismelor:

I.                        II.                                                               

III                   IV. 

in care: Φ -  coeficientul Kono

             CIM- concentratia maxima a masei celulare

            CIC-  concentratia critica a masei celulare

60

Figura 2.4.10. Curba de crestere a microorganismelor dupa Kono si Asai.

Formele integrate ale vitezelor de creştere a masei celulare, prezentate mai jos, redau

concentraţiile biomasei în fiecare etapă, iar prin însumare permit obţinerea valorii totale a

concentraţiei microorganismelor:

I.                                                                                                                       

II.

III.                                                                                                    

IV.                                                                     

unde: CIF - concentraţia finală a microorganismelor;

                  -  durata de creştere a microorganismelor.

În faza de inducţie Φ=0, în faza exponenţială Φ=1, iar în faza de trecere valoarea lui Φ se

modifică treptat de la 0 la 1. Kono şi Asai au demonstrat că relaţiile stabilite de ei oferă,

comparativ cu relatiile Monod, o concordanţă mult mai bună cu datele experimentale.

61

2.4.5 Termodinamica reacţiilor biochimice

Procesul de fermentaţie se încadrează, din punct de vedere termodinamic, în categoria

sistemelor termodinamice deschise, sisteme specifice organismelor vii, caracterizate prin

schimb de energie şi de materie cu mediul înconjurator, pe care îl transformă. Sistemelor

deschise le este specific faptul că ele nu sunt în echilibru cu mediul lor. Organismele vii

se află, de obicei, într-o stare staţionară, care reprezintă condiţia de bază a sistemelor

deschise, şi în care viteza transferului de materie şi energie din mediu în sistem este

compensată total de viteza transferului de materie şi energie din sistem în afara lui.

Faptul că celula este un sistem deschis, care nu se află în echilibru cu mediul sau, un

mecanism care captează energie liberă din mediu, producându-i simultan o creştere

oarecare a gradului de dezordine, adică a entropiei, face parte din logica moleculară a

stării vii.

În plus, sistemele deschise aflate în stare staţionară pot efectua un lucru, deoarece sunt

departe de condiţia stării de echilibru. În starea stationară, viteza de producere a entropiei

are o valoare minimă, iar sistemul operează cu maximum de eficienţă în condiţiile date.

Semnificaţia acestei relaţii a fost discutată pertinent, punându-se în evidenţă faptul că

viaţa este o continuă luptă împotriva tendinţei de a produce entropie. Sinteza unor

molecule mari, bogate în informaţii, formarea structurilor intracelulare, creşterea

biomasei sunt puternice forţe antientropice. Însă, organismele vii, fiind obligate să se

supună principiului al doilea al termodinamicii, şi anume să producă entropie, au ales

calea de a produce entropie cu viteza minimă, menţinându-se astfel în stare staţionară,

stare în care reacţiile din celulele vii decurg cu o viteză foarte mare. Ca urmare, studiul

entalpiei capată o importanţă deosebită.

În acelaşi context, trebuie subliniat faptul că fluxul de energie ce trece printr-un sistem

termodinamic deschis determină autoorganizarea acestuia, astfel încat viteza de

producere a entropiei să se menţină la valori minime.

De asemenea, microorganismelor le este caracteristică eficienţa deosebită în prelucrarea

energiei şi materiei, eficienţă care depaşeşte cu mult majoritatea maşinilor cunoscute de

omenire.

Analiza aprofundată a acestor aspecte evidenţiază că celulele vii funcţionează ca maşini

izoterme care absorb energia din mediul lor, energie pe care o transformă în energie

62

chimică, folosită apoi pentru realizarea funcţiei chimice, de biosinteză a componentelor

celulare, a funcţiei osmotice, necesară transportului de materiale în celula, şi a funcţiei

mecanice, de contracţie şi locomoţie, toate acestea la temperatură constantă.

Sursa de energie a sistemelor termodinamice deschise o reprezintă hidratii de carbon,

lipidele, alcoolii, proteinele etc, care prin combustie chimică eliberează o mare cantitate

de energie. O parte din această energie se elimină din sistem, iar o parte este

înmagazinată de sistem în compuşi organici macroenergetici, dintre care se remarcă

acidul adenozintrifosforic (ATP), compus care asigură, practic, rezerva energetică a

celulei. Din structura ATP-ului, prezentată mai jos, rezultă ca legăturile dintre grupările

fosfat adiacente din ATP şi ADP (acidul adenozindifosforic) sunt legături de tip

anhidridă, notate cu ~, în timp ce legatura dintre acidul fosforic şi riboza din AMP (acidul

adenozinmonofosforic) este o legatură esterică, notată cu linie dreapta.

În acest context, trebuie subliniat faptul că energia liberă standard de hidroliză a

legăturilor tip anhidridă este mult mai mare comparativ cu cea a legăturilor esterice. Deşi

ATP-ul conţine doua legături macroenergice (~), în reacţiile enzimatice intervine, de

obicei, numai fosfatul terminal. De asemenea, este necesar de precizat că ATP-ul nu este

numai un rezervor de energie chimică, ci este în primul rand, un transmiţător de energie

chimică în celulele vii. Transportând energia să la alte molecule, acest compus pierde

gruparea fosfat terminală, trecând în ADP, care, la rândul său, poate accepta energie

chimică şi reface ATP-ul, primind o grupare fosfat.

Prin reunirea acestor observaţii, ca şi a multor altora, s-a constatat că ATP-ul

funcţionează ciclic ca transportor de energie chimică de la reacţiile de ardere, care

furnizează energia chimică, la diferitele procese celulare care necesită un cosum

energetic.

63

Figura 2.4.9.Ciclul ATP – ADP şi modalităţile de utilizare a energiei eliberate de ATP

S-a evidenţiat experimental că, indiferent de natura substratului limitativ considerat ca

sursă de energie sau molecule combustibil (excepţiile fiind foarte rare), raportul dintre

cantitatea în grame a celulelor microbiene obţinute în stare uscată şi numărul de molecule

de ATP sintetizate este aproximativ constant şi are valoarea de 10,5. De asemenea, s-a

demonstrat că în procesul de cultivare a bacteriilor în condiţii aerobe 60±5% din

cantitatea de carbon din mediu este asimilată de celule şi numai 40±5% este oxidat la

CO2. Din punct de vedere energetic, circa 62% din energia liberă de ardere a

componentelor masei bacteriene, astfel încat Hc=22KJ/g s.u. (masa bacteriana).

Dacă substratul furnizor de energie este glucoza, care se consumă într-un procesul de

fermentaţie aerob prin catabolism, atunci se formează, conform reacţiei de mai jos, 38

moli ATP, care pot înmagazina 1159 kJ din cei 2870 obtinuţi prin combustia unui mol de

glucoză:

Glucoza + 6O2  →  6CO2 + 6H2O + 38 moli ATP

Moleculele de ATP si ADP fiind puternic ionizate, datorită faptului că pH-ul lichidului

intracelular are valoarea 7, formează în prezenta ionilor de Mg2+ (aflat în cantitate

ridicată în lichidul intracelular) complecşi de tipul celui prezentat mai jos, complecsi care

constituie, de altfel, chiar forma activa a ATP-ului:

64

Cea mai importantă sursa de căldură în timpul fermentației o reprezintă căldura degajată

în urma activitătii microorganismelor sau enzimeleor (Q1). Spre deosebire de procesele

anaerobe, în fermentațiile aerobe efectul termic activității metabolice poate determina

creșterea puternică a temperaturii mediului de cultură, depășind nivelul optim.

Efectul termic al proceselor biochimice este rezultatul acumulării biomasei, pe de o parte,

și al elaborării procesului, pe de altă part, ambele etape bazându-se pe consumul

substratului. Căldura degajată poate fi măsurată direct în calorimetre sau cu ajutorul unor

echipamente speciale.

De asemenea, poate fi estimată cu destulă precizie, prin corelația vitezei de consum a

oxigenului de către microorganisme sau pe baza căldurilor de formare,ori a căldurilor de

combustieale substratului, masei celulare, produsului etc. [3]

Calculul efectului termic total al proceselor biochimice se realizează prin :

Q1 = Vu * RQ

În care : Q1 = efectul termic al procesului biochimic

Vu = volumul util de lichid de fermentaţie

RQ = viteza de degajare a căldurii

Există o coleraţie între viteza de degajare a căldurii, RQ , şi viteza de consum a

oxigenului, RO2.

RQ = 5*105 * RO2 [ W/m3], pentru lizină RO2 = 30 mmoli/h.

Calculul efectului termic total al proceselor biochimice se realizează prin :

Q1 = Vu * RQ

În care : Q1 = efectul termic al procesului biochimic

Există o coleraţie între viteza de degajare a căldurii, RQ , şi viteza de consum a

oxigenului, RO2.

RQ = 5*105 * RO2 [ W/m3], pentru penicilina V RO2 = 25 mmoli/h= * 10 -3 moli/s

RQ=5 *105 *10 -3 = 0,0347222 * 102 moli/m3 s

65

2.4.6. Bilanţul de materiale

Scopul bilanţului de materiale constă în determinarea cantităţilor de substanţe utilizate în

scopul obţinerii Penicilinei V.

Etapele procesului tehnologic se desfasoara cu urmatoarele randamente:

Filtrare: η = 80%;

Extracţie : η =94%;

Reextracţie : η = 90%;

Cristalizare: η = 94%;

Filtrare: η = 95%;

Uscare: η = 98%.

Calcule preliminare

Producţia pe an este: Pan = 23 t Penicilina V/an

Pan = 23000 kg Penicilina V/an

Fondul anual de timp : FAT = 330 zile

Durata unei sarje: ts = tf + taux

tf = durata fermentaţiei, h

taux = timpi auxiliari, h

tf = 140 h

taux = 10-15 h Se adopta taux = 12 h

ts = 140 + 12 ts = 152 h

Numărul de şarje se calculează cu relaţia : ns = (FAT * 24) / ts , şarje

ns = (330 * 24) / 152

ns = 52 şarje

Producţia pe şarja : Ps = Pan / ns , kg / şarja

Ps = 23000 / 52 = 442,30769 kg / sarja

În fermentator se obţine o producţie : Pf = Ps /ηg

ηg = 0.56709

Pf = 442,30769 / 0.56709

Pf = 779,96030 kg /şarja

66

Topt = 26 °C

Productivitatea microorganismului pentru Penicilina V este 44420 U.I./ ml , iar

activitatea standard este 1630 U.I./mg.

1 mg……………………..1630 U.I.

X mg……………………44420 U.I.

X =27,25153 mg/ml

P = 27,25153 kg/m3

Volumul util este dat de relaţia : Vu = Pf / P , m3

Vu =779,960301 / 27.25153 = 28,62078 m3

Mmdc = masa mediului de cultură

Mmdc = ρ * Vu

ρ = densitate apei la temperatura de 26°C = 995.9 kg/m3

Mmdc = 995,9 * 28.62078 = 28503,4348kg/ şarja

Pregatirea mediului de cultura

100 kg mdc……………………………….3 kg glucoză

28503,4348kg kg mdc………...…………..x1

x1 = 855,103044 kg glucoza

100 kg mdc……………………………….7 kg lactoză

28503,4348kg kg mdc……………………..x2

x2=1995,24043 kg lactoză

100 kg mdc……………………………….2.8 kg extract de porumb

28503,4348 kg g mdc……………………..x3

x3 = 798.09617kg extract de porumb

100 kg mdc…………………………….0.3 kg făină de soia

28503,4348kg kg mdc…………………...x4

x4 = 85,51030 kg făină de soia

67

100 kg mdc…………………………….0.3 kg NH4NO3

28503,4348 kg mdc…………………..x5

X5=85,51030kg NH4NO3

100 kg mdc…………………………….1.3 kg CaCO3

28503,4348kg mdc…………………..x6

X6 = 370,54465 kg CaCO3

100 kg mdc…………………………….0.002 kg ZnSO4

28503,4348kg mdc…………………..x7

X7 = 0,57006 kg ZnSO4

100 kg mdc…………………………….0.06 kg Na2SO4

28503,4348 kg mdc…………………..x8

X8 = 17,10206 kg Na2SO4

100 kg mdc…………………………….0.6 kg KH2PO4

28503,4348kg mdc…………………..x9

X9 = 171,02060 kg KH2PO4

100 kg mdc…………………………….0.002 kg MnSO4

28503,4348 kg mdc…………………..x10

X10 = 0,57006 kg MnSO4

100 kg mdc…………………………….0.4 kg Acid fenilacetic

28503,4348 kg mdc…………………..x11

X11 =114,01373 kg acid fenilacetic

100 kg mdc…………………………….0.8 kg Na2S2O3

28503,4348kg kg mdc…………………..x12

X12 = 228,02747 kg Na2S2O3

68

100 kg mdc…………………………….83.436 kg H2O

28503,4348 kg mdc…………………..x13

X13 = 23782, 12586 kg H2O

TABEL 2.4.6.1. Compoziţia mediului de cultură

MATERII

INTRATE

% Kg/sarja MATERII IESITE % Kg/sarja

Glucoza 3 855,103044 Glucoza 3 855,103044

Lactoza 7 1995,24043 Lactoza 7 1995,24043

Extract de porumb 2.8 798,09617 Extract de porumb 2.8 798,09617

Faina de soia 0.3 85,51030 Faina de soia 0.3 85,51030

NH4NO3 0.3 85,51030 NH4NO3 0.3 85,51030

CaCO3 1.3 370,54465 CaCO3 1.3 370,54465

ZnSO4 0.002 0,57006 ZnSO4 0.002 0,57006

Na2SO4 0.06 17,10206 Na2SO4 0.06 17,10206

KH2PO4 0.6 171,02060 KH2PO4 0.6 171,02060

MnSO4 0.002 0,57006 MnSO4 0.002 0,57006

Acid fenilacetic 0.4 114,01373 Acid fenilacetic 0.4 114,01373

Na2S2O3 0.8 228,02747 Na2S2O3 0.8 228,02747

H2O 83.436 23782,12586 H2O 23782,12586

TOTAL 100 28503,4348 TOTAL 100 28503,4348

Deoarece in timpul sterilizarii o parte din componentii mediului de cultura se degradeaza,

urmatorii component se iau in exces de 10 % : glucoza, lactoza, extract de porumb, faina

de soia.

- Glucoza: 1.1 * 3 = 3.3%

1.1 * 855,103044 = 940,6133484kg / sarja

- Lactoza : 1.1 * 7 = 7.7 %

1.1 * 1995,24043 = 2194,764473 kg/sarja

69

- Extract de porumb : 1.1 * 2.8 = 3.08 %

1.1 * 798,09617 = 877,905787 kg/sarja

- Faina de soia : 1.1 * 0.3 = 0.33 %

1.1 * 85,51030 = 94,06133 kg/ şarjă

TABEL 2.4.6.2. Compoziţia mediului de cultură cu exces

MATERII

INTRATE

% Kg/sarja MATERII IESITE % Kg/sarja

Glucoza 3.3 940,6133484 Glucoza 3.3 940,6133484

Lactoza 7.7 2194,764473 Lactoza 7.7 2194,764473

Extract de porumb 3.08 877,905787 Extract de porumb 3.08 877,905787

Faina de soia 0.33 94,06133 Faina de soia 0.33 94,06133

NH4NO3 0.3 85,51030 NH4NO3 0.3 85,51030

CaCO3 1.3 370,54465 CaCO3 1.3 370,54465

ZnSO4 0.002 0,57006 ZnSO4 0.002 0,57006

Na2SO4 0.06 17,10206 Na2SO4 0.06 17,10206

KH2PO4 0.6 171,02060 KH2PO4 0.6 171,02060

MnSO4 0.002 0,57006 MnSO4 0.002 0,57006

Acid fenilacetic 0.4 114,01373 Acid fenilacetic 0.4 114,01373

Na2S2O3 0.8 228,02747 Na2S2O3 0.8 228,02747

H2O 82.126 23408,73086 H2O 82.126 23408,73086

TOTAL 100 28509,4348 TOTAL 100 28509,4348

2.Etapa de sterilizare

În această etapa se degradează compuşii care la etapa precedentă au primit un exces de 10

%.

TABEL 2.4.6.3.

70

MATERII

INTRATE

% Kg/sarja MATERII IESITE % Kg/sarja

Glucoza 3.3 940,6133484 Glucoza 3 855,103044

Lactoza 7.7 2194,764473 Lactoza 7 1995,24043

Extract de porumb 3.08 877,905787 Extract de porumb 2.8 798,09617

Faina de soia 0.33 94,06133 Faina de soia 0.3 85,51030

NH4NO3 0.3 85,51030 NH4NO3 0.3 85,51030

CaCO3 1.3 370,54465 CaCO3 1.3 370,54465

ZnSO4 0.002 0,57006 ZnSO4 0.002 0,57006

Na2SO4 0.06 17,10206 Na2SO4 0.06 17,10206

KH2PO4 0.6 171,02060 KH2PO4 0.6 171,02060

MnSO4 0.002 0,57006 MnSO4 0.002 0,57006

Acid fenilacetic 0.4 114,01373 Acid fenilacetic 0.4 114,01373

Na2S2O3 0.8 228,02747 Na2S2O3 0.8 228,02747

H2O 82.126 23408,73086 H2O 83.436 23782,12586

TOTAL 100 28509,4348 TOTAL 100 28503,4348

3.Fermentaţia

Se calculează:

Necesarul de aer;

Biomasa;

Apa evaporata.

3.1. Se consideră necesarul de aer : 1 L aer pentru 1 L mdc * min.

1 L = 10-3 m3 mdc…………………….1L= 10-3 m3 aer

Vu = 28,62078m3 mdc………………..x m3 aer

X =28,62078 m3 aer/m3 mdc

71

1 min………………………………….28,62078m3 aer

Tf = 140 * 60 = 8400 …………………V’aer

V’aer = 240414,552 m3 aer

ρaer = ρ0 * (T0 / T)*(p / p0)

ρ0 = densitatea aerului în condiţii normale = 1.293 kg /m3

T0 = temperatura normală = 273K

T = temperatura de lucru (fermentaţie) = 298 K

p = presiunea de lucru în fermentator = 1.1 atm

p0 = presiunea normală =1 atm

ρaer = 1.293 * (273/299) * 1.1

ρaer =1,298621 kg/m3

Maer = ρaer * V’aer

Maer = 1.298621*240414,552 = 312207,3859kg aer/ sarja

3.2. Biomasa

Cx = 20 g s.u. / L mdc

Celulele vii contin 20 % substanta uscata si 80 % apa.

10-3 m3………………………..100 g celule (biomasa)

28,62078m3………………….Mbiomasă , g biomasă = kg biomasă/ şarjă

Mbiomasă = 2862,078 bkg biomasă/ şarjă

3.3 Apă evaporată

1 kg aer preia………………………….0.01 kg H2O

312207,3859 kg aer……………………x

X = 3122,073859 kg apă evaporată

Lichidul de fermentaţie:

Mldf = M’mdc + Minocul – MH2O evaporate - Mbiomasă

M’mdc = 90% * Mmdc = 0.9 * 28503,4348= 25653,09132 kg/ sarja

Minocul = 10% * Mmdc = 0.1 * 28503,4348 = 2850,34348 kg/ sarja

Mldf = 2850,34348 + 25653,09132 – 3122,073859 – 2862,078

72

Mldf = 22519,28294 kg lichid de fermentaţie / şarjă

TABEL 2.4.6.4.

MARIMI INTRATE Kg / sarja MARIMI IESITE Kg / sarja

Mediu de cultura 2850,34348 Lichid de fermentatie 22519,28294

Produs util PG 779,96030 (Pf )

Inocul 25653,09132 Biomasa 2862,078

Aer 312207,3859 Aer 312207,3859

Apa evaporate 3122,073859

TOTAL 340710,8207 TOTAL 340710,8207

4. Filtrearea η = 80% = 0.8

Precipitatul reţine 20% din lichidul de fermentaţie.

MPP = Mbiomasa + MH2O din pp

Mpp = Mbiomasa / 0.8

Mpp = 2862,078 / 0.8 = 3577,5975 kg / sarjă

Mfiltrat = Mldf – 0.2 * Mpp

Mfiltrat = 22519,28294 – 0.2 * 3577,5975= 21803,76344kg / sarjă

TABEL 2.4.6.5.

MARIMI INTRATE Kg / sarja MARIMI IESITE Kg / sarja

Licghid de fermentatie 22519,28294 Precipitat 3577,5975

(Penicilina G) (779,96030 ) Filtrat 21803,76344

Biomasa 2862,078 Penicilina G (produs

util)

( 623,96824 )

TOTAL 25381,36094 TOTAL 25381,36094

5. Extraţtia η = 94% = 0.94

Extracţia se realizează utilizând acetat de butil în raport 1:3 cu filtratul.

2PCOOK + H2SO4 2 PCOOH + K2SO4

73

2 * 372 ………98………………………….2 * 334……..174

623,96824…..X…………………………….Y…………..Z

X = 78,5975418Kg H2SO4 / sarjă

Y = 535,7465094 kg penicilina / sarjă Y’ = Y * 0.94 = 503,6017188 Kg

penicilină/sarjă

Z = 139,5507375 kg K2SO4 /sarjă

Fermentaţia are loc la un pH = 6.7 dar pentru a avea loc extracţia este necesar un pH al

fazei apoase egal =2; pentru aceasta se adaugă H2SO4.

pH = 6.7 Δ pH = 6.7 – 2 = 4.7

pH =2

pH = - log [H+]

4.7 = - log [H+] [H+] = 1.995 * 10-5 ioni H* / L

1 mol H2SO4…………………..2H+

t moli H2SO4…………………..1.995 * 10-5 ioni H+

t = 9.975 *10-6 moli H2SO4

Vfiltrat = Mfiltrat / ρ = 21803,76344/ 1000= 21,8683209 m3 = 21868,2091 L

1 L = 10-3 m3 filtrat……………………9.975 * 10-6 moli H2SO4

21,8683209m3 …………………………..u moli H2SO4

U = 0.0218037 kmoli H2SO4 / sarjă

Md= x + u*0.98

Md =78,5975418 + 0.0218037*0.98 = 80,734310 kg H2SO4 , 100%

Pentru extracţie se foloseşte H2SO4 4 %:

Ms = (Md * 100) / c

Ms=(80,734310 *100) /4 = 2018,357757 kg H2SO4/sarjă

Mapă = ms-md= 1937,623447 kg H2SO4 / sarja

74

Macetat de butil = Mfiltrat / 3 = = 7267,921147 kg acetat de butil / sarja

Mextract = 98% Macetat + MPG extrasă=7626,164443 kg/ şarjă

Mrafinat = 2% + MPG neextrasa + MK2SO4 + Mapa din sol + (Mfiltrat – MPG)

Mrafinat = 145,35842 + 32,1447905 + 139,5507375+ 1937,623447 + 21300,16173

Mrafinat = 23463,84586 kg / sarjă

TABEL 2.4.6.6

MARIMI INTRATE Kg / sarja MARIMI IESITE Kg / sarja

Filtrat 21803,76344 Extract 7626,184443

( Penicilina G) ( 623,96824) (Penicilina G extrasa) (503,60171)

Acetat de butil 7267,921147 Rafinat 23463,84586

H2SO4 4% 2018,357757

TOTAL 31090,04234 TOTAL 31090,04234

6. Reextracţia η = 90% = 0.9

Reextracţia se realizează cu K2CO3 10% în exces de 10%.

2 PCOOH + K2CO3 2 PCOOK + CO2 + H2O

2*334………138……………………..2*372…….44….....18

503,6017188……..X………………………..Y………..Z………T

X = 99,281481 kg K2CO3 /sarjă

Y = 535,256684 kg Penicilina V Y’ = 481,731015 kg PV reextras

Z = 31,654965 kg CO2 Z’ = 28,489468 kg CO2

T = 12,949758 kg H2O T’ = 11,654782 kg H2O

Soluţia K2CO3 în exces:

X’ = x + 10% = x*1.1= 99,281481 * 1.1 = 109,209629 kg K2CO3 100%

K2CO3 exces = 0.1 * 109,209629 = 10,9209629 kg/ sarja

Ms = x’ * (100/10) = 109,2096299 * 10 = 1092,096299 kg K2CO3 10%

Mapa = ms – x’ =1092,096299 – 109,209629= 983,000001 kg H2O din carbonat

Datorită excesului există K2CO3 nereacţionat:

75

a = 0.1 * x

a = 0.1 * 99,281481 = 9,9281481 kg K2CO3 nereacţionat

Solvent:

Msolvent = Mextract – MPG extrasă - 2% Macetat

= 7626,16443 – (503,6017188 * 0.9 ) – (0.02 * 7267,921147)

= 7027,564473

Msol carbonat = MPG Extrasa + MH20din carbonat + MK2CO3 nereactionat +

MK2CO3 exces + Mapa din reactie + MCO2 + (0.02* Macetat)

Msol carbonat = 503,6017188+ 983,000001 + 10,920962+ 11,654782 + 28,489468 +

+(0.02*7267,921147)

Msol carbonat = 1690,953503 kg /şarjă

TABEL 2.4.6.7.

MARIMI INTRATE Kg / sarja MARIMI IESITE Kg / sarja

Extract 7626,164443 Solvent-acetat epuizat 7027,564473

K2CO3 10% 1092,096299 Solutie carbonat 1690,953503

TOTAL 8718,517986 TOTAL 8718,517986

7. Cristalizarea prin distilare azeotropa

η = 94% = 0.94

Compoziţia azeotropului apă : butanol = 32 : 68 (%)

Mapă din carbonat = Msol carbonat - MPG (Y’)

= 1690,953503– 481,731015

= 1209,22248 kg /şarjă

32 kg H2O……………………………..68 kg BuOH

76

1209,22248 kg apă din carbonat………..x

X = 2569,597787 kg BuOH

Se ia un exces de 20% butanol :

X’ = x * 1.2= 3083,88373 kg / şarjă butanol

Mbutanol exces = 3083,88373 – 2569,597787

= 513,9195574 kg/ ăarja

Mazetrop = Mapa din sol de carbonat + x

= 1209,222488 + 2569,597787

= 3788,820275 kg/şarjă

MPG necrsistalizata = y’ *0.06

= 481,731015 * 0.06

= 28,90386 kg / şarjă

MPG cristalizata = y’ * 0.94=472,09639 kg/şarjă

MBuOH = MBuOH exces – MPG necristalizată

= 513,915574 – 28,90386

= 485,015697kg/şarjă

MBuOH 1 = MBuOH + MPG necrisatliza

= 485,015697 + 28,90386

= 542,823417 kg / şarjă

TABEL 2.4.6.8.

MARIMI INTRATE Kg / sarja MARIMI IESITE Kg / sarja

Solutie carbonat 1690,953503 PG precipitat 472,0963947

(Penicilina G) (481,731015) Azeotrop 3788,820275

Butanol 3083,517344 Butanol + PG necrist 542,823417

TOTAL 4774,83723 TOTAL 4774,83723

77

8. Filtrarea. Spalarea pe filtru η = 95% = 0.95

Spalarea se face cu butanol şi apoi cu CHCl3, care reprezintă 20% din masa penicilinei

cristalizata.

(BuOH + CHCl3)necesară = (20*MPGpp)/100

(BuOH + CHCl3)necesara = (0.2 * 481,73101) = 96,3462 kg/şarjă

MBuOH : MCHCl3 = 1:1

MBuOH = 48,1713 kg/şarjă

MCHCl = 48,1713 kg/ şarjă

Precipitatul conţine 10% umiditate:

Mpp = PG + 0.1 * Mpp

0.9 * MPP =PG

MPP = (481,73101* 0.95 )/0.9

Mpp= 508,49384kg/ sarja

Mbutanol 2 = Mbutanol 1 + MPG pierduta - Mpp

= 542,82341 + 481,73101– (508,49384 * 0.1) = 516,06062 kg/şarjă

TABEL 2.4.6.9

MARIMI INTRATE Kg/sarja MARIMI IESITE Kg/sarja

Penicilina G pp 481,73101 Precipitat 508,49384

Butanol 1 542,82341 (Penicilina G) (367,0790)

Cloroform 48,1731 Butanol 2 516,06062

Butanol 48,1731 Cloroform 48,1731

Butanol 48,1731

TOTAL 1120,9006 TOTAL 1120,9006

9. Uscarea η = 98% = 0.98

Umiditatea este de 10 %.

Mcloroform = 0.1 * Mpp + MPG pierduta

= (0.1* 508,49384 ) + ( 0.02*452,82715 )=141,41481

78

TABEL 2.4.6.10.

MARIMI INTRATE Kg/sarja MARIMI IESITE Kg/sarja

Precipitat 508,49384 Penicilina G 367,0790

Cloroform evaporat 141,41481

TOTAL 508,49384 TOTAL 508,49384

79

2.4.7. Consumuri specifice

CS = MS / PS

PS = 442,30769 kg / şarjă

TABEL 2.4.6.11

CONSUMURI SPECIFICE MS CS = MS / PS

Glucoza 940,6133484 2,126604

Lactoza 2194,764473 4,962076

Extract de porumb 877,905787 1,984830

Faina de soia 94,06133 0,212660

NH4NO3 85,51030 0,193327

CaCO3 370,54465 0,837753

ZnSO4 0,57006 0,001288

Na2SO4 17,10206 0,038665

KH2PO4 171,02060 0,386655

MnSO4 0,57006 0,001288

Acid fenilacetic 114,01373 0,257770

Na2S2O3 228,02747 0,515540

H2O 23408,73086 52,92408

TOTAL 28509,4348 64,44253

80

 Cap.3.Controlul fabricaţiei

3.1 Controlul, reglarea şi automatizarea procesului tehnologic

Obiectivul conducerii automate a unui fermentator este realizarea şi menţinerea

condiţiilor favorabile pentru viaţa şi producerea microorganismelor.Acest fapt se face

prin reglarea automată a unor parametri tehnologici specifici proceselor de

biosinteză.Principalii parametric luaţi în considerare sunt:

-temperatura

- presiunea

- pH-ul

- concentraţia reactanţilor

- debitul

- nivelul lichidului

- nivelul spumei

- nivelul oxigenului

1. Reglarea automata a nivelului

Schemele de reglare a nivelului, precum şi tipul de regulator utilizat, depende de:

 1. obiectivul urmărit prin reglarea automată:

pentru menţinerea, cu precizie ridicată, a unui nivel constant (în reactoare, tamburele

cazanelor de abur, s.a.) se va folosi un regulator PI;                                                          

pentru reglarea nivelului în limite largi (vase tampon, rezervoare de depozitare,

rezervoare de decantare din instalaţiile de tratare a apelor uzate) se utilizează regulatoare

P, montate ca în fig.nr.3.1 ;

81

Figura.3.1. Schema de reglare a nivelului

Aici, nivelul va fi menţinut între limitele date de poziţiile A şi B în aceste cazuri, mai

importantă decât stabilizarea nivelului este stabilizarea debitului de ieşire din rezervoare;

2. mărimea manipulată disponibilă: debitul fluxului de intrare, Fi ,sau debitul fluxului de

ieşire, Fe,din rezervor.

Alegerea variabilei manipulate este dictată de poziţia rezervorului în schema tehnologică

din care face parte. Astfel, dacă principala perturbaţie apare pe calea de evacuare a

lichidului (rezervor intermediar care alimentează alte utilaje), ventilul de reglare se

plasează pe conducta de intrare (fig.nr.3.2) şi invers, dacă variaţia debitului de intrare este

perturbaţia majoră (rezervoare de depozitare, rezervoare tampon în coloane de distilare,

reactoare cu amestec) variabila manipulate va fi debitul de evacuare (fig.nr.3.3).

Figura.3.2. Ventil pe conducta de intrare      Figura.3.3Ventil pe conducta de ieşire

La scaderea nivelului sub valoarea de referinţă, de pildă, regulatorul va comanda

deschiderea, în plus, a ventilului de reglare (fig.nr.3.2) sau închiderea lui (fig.nr.3.3) până

la anularea abaterilor.

3.presiunea din rezervor.

În cazul unui rezervor închis, cu secţiune transversală mare şi cu suprapresiune depăşind

considerabil presiunea hidrostatică, variaţii ale suprapresiunii vor induce abateri relative

mici ale nivelului dar modificari înseminate ale debitului de ieşire.

82

Figura.3.4.Schema de reglare a nivelului în cascadă

Pentru aceste situaţii se recomanda reglarea nivelului cu SRA evaluate, în cascadă şi

“nivel-debit” ca în figura 3.4.

Dacă perturbaţia este modificarea debitului Fi, atunci abaterea nivelului este eliminată

prin acţiunea cascadei “ nivel-debit” dacă perturbaţia este variaţia suprapresiunii, atunci

bucla de debit reactionează rapid, modificând debitul Fe, înainte ca perturbaţia să

provoace abateri semnificative ale nivelului;

4. tipul de proces-cu autostabilizare (rezervoare deschise cu evacuare liberă sub influenţa

presiunii hidrostatice) sau fară autostabilizare (rezervoare cu evacuare forţată asigurată de

o pompa cu debit constant sau rezervoare închise cu suprapresiune) nu modifică

schemele de reglare şi este luat în considerare doar la alegerea regulatorului şi la

acordarea acestuia.

2.Reglarea automată a temperaturii

În procesele din industria chimică, caldura este transferată prin radiaţie, prin amestecarea

fluidelor reci şi calde sau, cel mai frecvent, prin conducţie prin pereţii utilajelor.

Variabila manipulata este, de regula, debitul de agent termic.                              

Pentru schimbatoarele de caldură montate orizontal se recomandă plasarea ventilului de

reglare pe conducta de alimentare cu abur (figura.3.5), iar pentru cele montate vertical, pe

conducta de evacuare a condensului (figura.3.6.).

În primul caz, (figura.3.5. ) la o micşorare a temperaturii lichidului încalzit, sub valoarea

de referinţă, regulatorul comandă creşterea debitului de abur.Această creştere conduce la

ridicarea rapidă a presiunii în spaţial de abur şi, ca urmare, la o mărire a temperaturii de

condensare şi la un transfer de caldură mai intens către lichidul tehnologic.

În al doilea caz (figura.3.6.), dacă temperatura lichidului încalzit depăşeste referinţa,

regulatorul comandă închiderea parţială a ventilului de reglare de pe conducta de

83

condens.În consecinţă, creşte nivelul condensului, acesta acoperind o suprafaţă mai mare

a tuburilor încalzitoare.

Figura.3.5Schimbător de căldură .orizontal    Figura.3.6.Schimbător de căldură vertical

Deoarece timpul de retenţie a condensului este apreciabil, răspunsul sistemului de reglare

este mai lent decât al celui din primul caz.

Dacă reglarea automată a temperaturii trebuie realizată rapid şi schimbătorul de caldură

este supradimensionat, se recomandă utilizarea schemei din figura.3.7. Aici 10% pana la

30% din fluxul de lichid tehnologic este trimis pe o cale ocolitoare si amestecat, la iesire,

cu lichidul incalzit.

Figura 3.7.Schimbător de cldură cu reglare automată

Pentru stabilizarea temperaturii în vaporizatoare se foloseşte o schemă de reglare în

cascadă: temperatura (bucla supraordonată)-debit (bucla subordonată) ca în

figura.3.8.Bucla de debit stabilizează debitul de abur (la valoarea de referinţă dată de

regulatorul de temperatură) înainte ca abaterea acestui debit (ca perturbaţie pentru

vaporizator) să influenţeze temperatura care este parametrul reglat principal.

84

Figura .3.8.Schema de reglare în cascadă a temperaturii

Sisteme de reglare evoluată (mai ales în cascadă) sunt curent utilizate şi pentru

stabilizarea temperaturii în reactoare chimice.

3.Reglarea automata a concentraţiei

Reglarea automată a concentraţiei în reactoare este realizată de cele mai multe ori

indirect, stabilizând direct alţi parametri care influenţează desfăsurarea procesului de

reacţie: temperatura, debitele de reactanţi, timpii de staţionare în reactor, etc.Deseori nici

nu este nevoie de o reglare a concentraţiei în reactor deoarece se urmăreste obţinerea

conversiei maxime posibile.

Reglarea automată directă a concentraţiei este justificată în cazurile în care viteza de

reacţie fluctuează, datorită modificării activităţii catalizatorului, a temperaturii sau a

purităţii fluxurilor de alimentare şi abaterile concentraţiei produsului au efecte economice

semnificative.De exemplu, concentraţia unui produs poate trece printr-un maximum după

care, creşterea conversiei reactanţilor duce la descompunerea acestuia într-o serie de

produse secundare.În acest caz, reactorul trebuie automatizat având ca scop obţinerea

unei concentraţii optime a produsului care, în mod obişnuit, poate fi mai mică decât

valoarea maximă.

Utilizarea schemelor de reglare bazate pe masurarea automată a concentraţiei este, înca,

puţin practicată deoarece:

   Analizoarele automate au, de regulă, un domeniu limitat de aplicare; ele pot analiza

numai concentraţia într-un anumit component pe când aparatele care masoară

temperaturi, debite, presiuni, etc, funcţionează indiferent de natura mediului măsurat;

85

   Analizoarele introduc în bucla de reglare întârzieri mari de transport (timpi

necesari pentru prelevarea probei, analiza ei şi comunicarea rezultatului), chiar dacă sunt

montate “în flux” şi nelinearitaţi;

   De regulă, analizoarele sunt aparate puţin robuste cu fiabilitate redusă şi

întreţinere pretenţioasă.

Se preferă reglarea concentraţiei masurând alţi parametri care descriu, cu aproximaţie,

compoziţia sau gradul de conversie: densitatea, indicele de refracţie, vâscozitatea, etc.

Mai des întalnim reglarea concentraţiei amestecurilor de lichide sau de gaze. În

figura .3.9. schema stabilizării concentraţiei soluţiei la ieşirea dintr-un amestecător de

lichide şi în figura.3.10 schema reglării concentraţiei produsului unui amestecător de

gaze.

Figura.3.9 Schema de reglare a concentraţiei soluţiei la ieşirea dintr-un amestecător de

lichide

În figura.3.9.măsurarea concentraţiei se realizează cu un analizor ca aparat de măsura pe

ramura de reacţie a buclei 1, montat în flux pe o cale ocolitoare variabilă manipulată este

debitul de concentrate la intrarea în amestecator.

86

Figura.3.10.Schema de reglare a concentraţiei produsului cu un amestecător de gaze

În figura.3.10 se foloseşte drept aparat de masură un analizor de compoziţie a

amestecurilor de gaze analizor specific tipurilor de componente care se amestecă montat,

deasemenea, pe o derivaţie a conductei de ieşire a produsului; variabila manipulată în

bucla I este debitul unuia dintre componenţi (gaz A).

În ambele situaţii, stabilizarea concentraţiei este uşurată adaugând, la buclele I, circuite

de stabilizare ale debitelor componentelor care nu sunt mărimi de execuţie (diluant,

respectiv gaz B, buclele II); în acest fel se elimină fluctuaţiile de debit ale acestor

componente, fluctuaţii care se manifestă ca perturbaţii pentru sistem.

4.Reglarea automată a pH-ului

Pentru obţinerea pH-ului dorit al unei soluţii se recurge la adăugarea, în aceasta, ca medii

de reglare, a unor reactivi sub forma altor soluţii de acizi sau baze, substanţe pulverizante

(CaCO3, CaO etc), substanţe gazoase (CO2, SO2, NH3 ) sau a unor soluţii tampon sau

agenţi de

precipitare.                                                                                                                           

Sistemele de reglare pentru pH pot fi împărţite în 2 categorii, după scopul urmărit:

1. reglarea pH-ului este o acţiune suplimentară, având ca scop realizarea unei condiţii

necesare pentru buna desfăşurare a procesului; un exemplu bun îl constituie procesul de

fermentaţie discontinuu unde, datorită unui timp îndelungat de staţionare a masei de

reacăie în reactor şi a consumului lent de reactiv adăugat pentru stabilizarea pH-ului,

reglarea este destul de uşor de îndeplinit şi un regulator simplu, bipoziţional, da

satisfacţie.

2. stabilizarea pH-ului în reactoarele de neutralizare în care se amestecă soluţia principală

cu un reactiv, cu scopul de a se realiza un anumit pH; exemplul cel mai des întalnit este

cel al tratării continue al unor soluţii sau al neutralizării produselor reziduale.

Reglarea automată a pH-ului este afectată de o serie de dificultăţi specifice, dintre care

remarcăm:

1. spre deosebire de reglarea altor parametri (nivel, debit, presiune, etc), unde se foloseşte

un singur mediu de “reglare”, în cazul stabilizării pH-ului la o anumită valoare vor fi

necesare, uneori, 2 medii de reglare diferite ; este cazul neutralizării unor ape reziduale,

al căror pH se poate abate în ambele sensuri, în raport cu valoarea prescrisă care, de

87

regula, este 6-7; o astfel situaţie poate fi rezolvată adaugând fie reactivi acizi, fie reactivi

bazici în funcţie de sensul în care se abate, iniţial, pH-ul.

2. precizia cu care se poate regal pH-ul este dependentă de valoarea de

referinţă (figura.3.11), de faptul dacă mediul reglat este puternic sau slab acid sau basic

(fig.nr.3.11.), de valoarea abaterii primare şi, bineînţeles, de precizia cu care se adaugă

reactivul de neutralizare, în cm3 [reactiv/l solutie], la aceeaşi valoare prescrisă.

Pentru a ne explica această comportare, se pleacă de la forma tipică, neliniară, a curbelor

de titrare care are aspectul unui “S”.

In figura.3.11 observăm că, datorită acestui aspect, cu cât este mai departată de valoarea

pH=7, cu atât creşte precizia de reglare; astfel, dacă referinţa este (pH) r1 (punctul 1),

plasată în apropierea punctului de echivalenţă, la o imprecizie de adăugare a reactivului

de +/-(ΔV), abaterea valorii reglate de la cea de referinţă este evident mai mare decât

abaterea corespunzatoare referinţei (pH) r2 (punctul 2), pentru aceeaşi imprecizie de

adăugare a reactivului.

Figura 3.11.Schema de reglare a pH-ului

3. existenţa, în buclă, a unor întârzieri (timp mort şi întârzieri de capacitate) apreciabile.

Întârzierea pură este dată, în principal, de timpul necesar transmiterii semnalului de la

punctul de adăugare a reactivului de neutralizare (punctul A) până la punctul de măsurare

(punctul B ). Apropierea celor 2 puncte, ca în schema de reglare din figura.3.12, în scopul

88

reducerii timpului mort, este limitată de necesitatea de a asigura un timp de reacţie

suficient de lung.

Figura 3.12 Schema de reglare în scopul reducerii timpului mort

Întârzierea de capacitate este introdusă atât de traductorul de pH cât, mai ales, de

capacitatea rezervorului tampon de amestec, impus de acea necesitate de a asigura timpul

de reacţie, ca în schema de reglare din figura.3.13.

Figura.3.13.Schema de reglare a timpului de reacţie

Dacă timpul de reacţie este tr [s] atunci volumul rezervorului tampon, Vr [m3], se

calculează cu relaţia :

Vr=F tr

unde :   F[m3/s]  - este debitul de soluţie ce intră în vas.

Mărind volumul vasului tampon atenuăm oscilaţiile pH-ului soluţiei reglate, având ca

rezultat creşterea preciziei de reglare; în acelaşi timp, însă, creşte întârzierea de capacitate

introdusă de rezervor în bucla de reglare, ceea ce măreşte dificultatea reglării;

89

                O calitate bună a reglării pH-ului este condiţionată de o bună amestecare a

soluţiei cu reactivul de neutralizare şi, în fine, de o curaţire periodică a electrodului de

masură a pH-ului.

Schema de reglare din figura.3.14. este utilizabilă, îndeosebi, în situaţiile în care debitul

soluţiei al cărei pH trebuie stabilizat este constant şi reacţia de neutralizare este rapidă.

Dacă reacţia de neutralizare este lentă şi este însoţită de variaţii mari de debit ale

mediului reglat se utilizează schema de reglare în cascadă din figura.3.15

Ambele regulatoare ale cascadei sunt regulatoare de pH; cel din bucla supraordonată,

pHC-1, care este informat asupra valorii măsurate la punctul final, B, furnizează referinţa

celui din bucla subordonată, pHC-2, care stabilizează pH-ul în punctul A, imediat după

ieşirea din vasul tampon.

Figura .3.15Schema de reglare în cascadă

Pentru cazuri mai dificile, cum sunt cele întalnite în neutralizarea apelor reziduale al

căror pH se poate abate în ambele sensuri, ceea ce impune utilizarea a 2 medii de reglare

diferite se poate folosi schema de reglare din figura.3.16, o combinaţie de reglare în

cascadă cu o reglare cu divizarea comenzilor.

Regulatorul supraordonat pHC-1, informat asupra pH-ului în punctul final B, comandă

debitul de reactiv bazic, ca variabilă manipulată şi, în acelaşi timp, furnizează referinţa

pentru regulatorul subordonat pHC-2 care stabilizează pH-ul în punctul intermediar A.

Regulatorul subordonat va comanda, în regim de divizare, doua mărimi de execuţie-

debitele celor 2 reactivi disponibili.

90

Figura .3.16Schema de reglare în cascadă ce reglarea divizării comenzilor

 

5.Reglarea nivelului spumei

 

Aeraţia şi agitarea interna necesară a se efectua în procesele biochimice industriale, are ca

efect formarea de spume, uneori deosebit de abundente.

În orice biosinteză industrială este absolut necesar efectuarea unui control al formării

spumei pe toată durata desfăşurării procesului.

Operaţiile de control şi reglare sunt efectuate automat sau continuu pe toată durata

procesului biochimic respectiv.                                                                                         

Această problemă este rezolvată relativ simplu prin cuplarea controlului analitic al

formării spumei, cu introducerea în bioreactor a agenţilor de antispumare cu o viteză care

trebuie sa depindă de nivelul spumei. Senzorii sau electrozii de contact reprezintă cea mai

simplă soluţie pentru controlul formării spumei.

Aceste sisteme (figura 3.17) sunt constituite din două fire metalice fixate într-un corp

izolant a căror capete sunt plasate la o foarte mică distanţă unul de altul.

Acest tip de senzor se plasează la o anumită înaltime deasupra mediului lichid din

interiorul bioreactorului.

Prin ajungerea spumei la extremităţile capetelor neizolate ale firelor metalice, se

realizează practic un contact electric cu apariţia unui semnal analitic, care după o

91

prealabilă amplificare poate declanşa un sistem de avertizare optic (un bec luminos),

acustic (o sonerie sau sirenă) sau ambele. Simultan, semnalul dat poate acţiona

spărgătorul mecanic de spumă sau după un anumit interval de timp sistemul de adăugare

a agentului antispumare.

1.- nivelul lichidului mediu de cultură

2.- spumă

3.- corpul senzorului

4.- sursa electrică

5.- avertizor optic

6.- avertizor

acustic

Figura .3.17 Principiul constructiv al unui senzor de

contact pentru controlul formării spumei

În cazul sistemelor de contact, de control al formării

spumei, au fost descrise şi dispozitive bazate pe utilizarea unor electrozi capacitivi

acoperiţi cu teflon.

La toate aceste sisteme cu electrozi de contact, după scaderea nivelului spumei, prin

acţionarea mecanică, fizică sau chimică, se produce implicit deschiderea circuitului

electric şi întreruperea sistemelor de combatere a formării spumei. În acest mod, ori de

cate ori are loc o creştere a nivelului spumei peste o anumită limită la care este plasat

senzorul, are loc declanşarea sistemelor de avertizare şi combatere a spumei, iar după

scaderea nivelului spumei, sunt deconectate sistemele respective .

Bazat pe utilizarea electrozilor de contact au fost realizate şi sisteme de control automat

al formării spumei şi conectare gradată a diferitelor dispozitive de combatere a formării

spumei. Un asemenea sistem, utilizabil în procese de culturi microbiene, se prezintă sub

forma unei scheme bloc, în figura 3.18.

Când în bioreactorul 1 spuma ajunge la nivelul senzorului 2, apare un semnal care ajunge

apoi la blocul de control 3, care pune în funcţiune dispozitivul 7, ce controlează primul

mecanism de spargere a spumei 4 (de exemplu un disc rotitor rapid). Dacă formarea

spumei la nivelul senzorului 2 se întrerupe, atunci elementele finale de combatere

chimică a spumei 5 si 6, nu se comută. Dacă sistemul mecanic 4 nu reuşeste să oprească

92

formarea spumei sau spuma se formează din nou, atunci prin linia ulterioar 10, semnalul

de ieşire ajunge la circuitul logic 12 (de tip AND), cand se conectează cu senzorul 2, cea

de a doua linie de combatere a formării spumei, prin intermediul dispozitivului 8. Se

activează (prin furnizarea unui impuls la o valva solenoidă) dispozitivul auxiliar 5, de

introducere a unor antispumanţi din rezervorul 14. Dacă şi acest caz combaterea spumei

nu este eficientă, astfel încat nivelul acesteia să scadă la o poziţie sub senzorul 2, se

activează într-un mod similar sistemul final de reglare 6, care introduce în bioreactor un

antispumant de mai mare eficienţă. Dispozitivele 10 si 11 are rolul de a preveni

conectarea simultană a tuturor sistemelor finale de reglare şi combatere a formării

spumei, atunci când spuma intra în contact cu senzorul 2. De asemenea, dispozitivul este

prevăzut şi cu un sistem pentru întreruperea ansamblului 7, după un anumit interval de

timp (5 sau 30 minute) după care revine la poziţia iniţială. Parţile operatorii ale sistemelor

mecanice de distrugere a spumei, pot fi bineînţeles diferite.

                                                      

                                  

1.-senzor

2.-spuma

3.-lichid

4.-sistem de amplificare

5.-electrovalva

6.- rezervor de lichid antispumant

7.-sisteme de egalizare a presiunii

Figura .3.18.Reprezentarea schematică  a unui sistem automat de

control al formării spumei şi reglare

93

Figura3.19. Schema unei instalţtii de control al formării spumei

1 – bioreactor; 2 – senzor de contact; 3 – blocul de control; 4 – dispozitiv de conectare a

sistemului mecanic de spargere a spumei; 5, 6 – sisteme finale de introducere a

antispumantilor; 7, 8, 9 – declanşatoare ale dispozitivelor de combatere a formării

spumei; 10, 11 – dispozitive de prevenire a conectării simultane a tuturor sistemelor de

reglare şi combatere a formării spumei;12, 13 – circuite logice; 14, 15 – rezervoare cu

antispumanţi.

6.Reglarea automată a oxigenului

Oxigenul constituie unul din parametrii chimici de bazăpentru majoritatea proceselor

biochimice industrial influenţând în mod decisive numeroase microorganism, încât

dezvoltarea multora dintrea acestea este condiţionată.

Reglarea automată a oxigenului se face prin intermediul senzorului Mancy.Este un sensor

de tip galvanic, constă în eliminarea completă a rezervorului cu electrolit.Întreaga

cantitate de electrolit se găseşte sub forma unui film plasat între electrozi şi membrane

permeabilă pentru O2.

Suprafaţa relative mare a catodului din argint face posibilă măsurarea semnalului analitic

prin conectarea direct a senzorului la un ampermetru.

Datorită acestui principiu constructive, senzorul nu prezintă răspuns histerezis.În schimb

acest sensor prezintă o mare dependenţă a semnalului analitic faţă de mişcarea lichidului

probei de analizat.Astfel, pentru o aceeaşi probă, s-a constatat un răspuns al senzorului de

aproximativ 20 ori mai mare, în condiţii de agitare comparative cu proba neagitată.[10]

94

3.2. Controlul de calitate

                3.2.1. Metode de analiza a materiilor prime si a materialelor intermediare

1. Extractul de porumb

Metoda de analiza a aminoacizilor

α – aminoacizii, în prezenţa ninhidrinei, formează un compus albastru – violet, care

prezintă un maxim de absorbţie la 570 nm sau prin descompunere enzimatică ionii de

amoniu formaţi pot fi dozaţi spectrofotometric, permiţând dozarea directă a azotului din

aminoacizi (metode spectrofotometrice).

Cromatografia cu gradient de pH stă la baza funcţionarii unor analizoare automate pentru

aminoacizi (figura nr.3.20.).

Figura nr.3.20.Principiul constructiv al unui analizor de aminoacizi cu eluţie în gradient

de pH

1 – coloana cromatografică termostata;

2 – rezervor cu soluţie tampon de pH;

3 – soluţie cu reactiv de culoare pentru determinarea spectrofotometrica a aminoacizilor

(ninhidrina);

4 – camera de amestecare;

5 – serpentina pentru răcire;

6 – spectrofotometru ;

95

7 – înregistrator;

8 – pompe;

9 – proba de analizat.

Aceste analizoare folosesc în general separarea pe o coloana cromatografică termostatata

(1) umplută cu schimbatori de ioni, iar eluarea se face cu soluţie tampon (2), cu diferite

valori ale pH – ului, după un program prestabilit obţinerea unui gradient de pH cu

rezoluţie maximă, într-un timp minim.

Detecţia se efectuează spectrofotometric, pe baza reacţiei de culoare pe care o dau

aminoacizii eluaţi de pe coloana, cu ninhidrina.

Absorţia optică a compusului dorit se masoară la 440 si 570 nm cu un spectrofotometru

cu dublu fascicul (6), iar semnalul analitic obţinut care e direct proporţional cu

concentraţiile diferiţilor aminoacizi din proba de analizat, se înregistreaza grafic cu

ajutorul unui înregistrator.

2. Glucoza

Reactivii folosiţi pentru analiză trebuie sa fie de calitatea”pentru analiza”(p.a.) sau de

calitate echivalentă. Apa trebuie sa fie distilată.

2.1.Examenul organoleptic

Examenul organoleptic se face asupra probei aduse la temperatura de 20oC.

Pentru verificarea aspectului, culorii şi a corpurilor străine, o parte din proba de glucoza

lichidă se introduce într-un vas de sticlă incolora cu diametrul de 7-12 cm, iar proba de

glucoza solidă se secţionează cu un cuţit în bucăţi de cca. 250 g. Verificările respective se

fac la lumina naturală a zilei sau la o sursă deă, pe fondul unei hârtii albe.

Gustul şi mirosul se apreciază asupra probei respective prin degustare şi mirosire.

2.2. Determinarea culorii glucozei

Principiul metodei. Se adaugă soluţia de iod 0,1 n în apă, în condiţii determinate, până se

obţine o culoare identică cu cea a glucozei lichide de analizat.

96

 Mod de lucru.Într-un pahar de laborator se introduc 100 ml din proba de glucoza lichidă.

Într-un alt pahar identic se introduc 100 ml apă, în care se adaugă cu ajutorul unei biurete,

picătură cu picătură, soluţie de iod, până când coloraţia din cele doua pahare este

identică. Compararea se face la volume egale de lichid. Coloraţia celor 2 pahare se

constată  cu ochiul liber la lumina zilei, pe fondul unei hârtii albe.

Exprimarea rezultatelor. Culoarea se exprimă prin volumul soluţiei de iod 0,1 n folosit

pentru egalarea culorii, în ml.

2.3. Determinarea acidităţii

Principiul metodei. Proba de analizat, dizolvata în apă, se titrează cu hidroxid de sodiu,

soluţie 0,1 n în prezenţa de FF soluţie 1% în alcool etilic 70% vol.

Mod de lucru. Se masoară cu pipeta 100 ml din soluţia de lucru obţinută anterior şi se

introduc într-o capsulă de porţelan. Se titrează cu soluţie de hidroxid de sodiu în prezenţa

FF, până la apariţia coloraţiei roz, care persistă timp de 1 minut. Se execută în paralel 2

determinări din aceeaşi soluţie de lucru.

Calcul. Aciditatea se exprim în grade de aciditate. 1 grad de aciditate reprezintă volumul

în ml de soluţie de NaOH  n, necesar pentru neutralizarea acizilor liberi din 100 g produs.

                Determinarea umidităţii se face prin: metoda picnometrică, obligatorie în caz

de litigiu şi metoda refractometrică, rapidă.

         Metoda picnometrică

Principiul metodei. Se determină cu ajutorul picnometrului densitatea soluţiei de glucoza

de 20 g/100 ml ţi în funcţie de aceasta se stabileşte conţinutul de substanţă uscată şi

respectiv de umiditate.

Mod de lucru. Se umple picnometrul cu soluţie de lucru obţinută anterior şi se ţine în

termostat 30 min la temperatura de 20oc. seă densitatea ă conform STAS 184/2-71, iar

din tabel se deduce conţinutul în substanţă uscată, corespunzator densităţii relative

determinate.

Calculul : %s.u.= 100-Su

în care s.u. reprezintă conţinutul de substanţă uscată , în % citit în tabelul din anexa A.

         Metoda refractometrică

97

Principiul metodei. Se citeşte la refractometru conţinutul de substanţă uscată solubilă

(exprimat în zaharoză) din soluţia de glucoză cu concentraţia de 20 g/100 ml şi în funcţie

de acesta se stabileşte conţinutul de substanţă uscată şi respectiv de umiditate.

Mod de lucru. Pe prisma fixă a refractometrului se picură cu ajutorul unei baghete  2 sau

3 picături din soluţia de lucru obţinută anterior şi se închid prismele imediat. Se

deplasează ocularul până la suprapunerea reperului cu linia de separare a celor două

câmpuri. Apoi se citeşte direct conţinutul de substanţă uscată a substanţei de lucru. Se

efectuează două determinări din soluţia de lucru.

Calcul . Conţinutul de substanţă uscată al probei de analizat, exprimat în %, se calculează

cu relaţia:

în care: c- conţinutul de substanţă uscată citit la refractometru. %.

             v- volumul soluţiei obţinute, ml.

             m- masa probei de analizat luate pentru pregătirea soluţiei de lucru.

3 .Sulfat de Zinc, tehnic

Determinarea conţinutului de zinc

Metoda polarografică

 Principiul metodei.Proba se dizolvă în apă şi se acidulează cu acid pentru oxidarea

fierului. Dupa separarea fierului, zincul se polarografiază în mediu amoniacal, între 1,0 v

şi 1,5 v.78

 Aparatura

Polarograf şi accesorii.

 Reactivi:acid azotic d = 1,40 diluat 1+1

amoniac, sol d = 0,91

gelatină, sol 1% preparată la 60°C - proaspat preparată

.soluţie de bază - într-un balon cotat de 1000 ml se introduc 20g clorură de

 amoniu şi 80 ml amoniac sol. d = 0,91, se aduce la semn cu apa

.soluţie etalon de zinc - într-un pahar Berzelius de 150 ml se dizolvă 0,4g zinc

 metalic intr-un amestec format din 10ml acid sulfuric d = 1,84 diluat 1+1 si 1 ml

98

acid azotic d = 1,40 diluat 1+1. Se fierbe pentru dizolvare completă şi eliminarea

vaporilor nitroşi. Soluţia se trece într-un balon cotat de 1000 ml. Se adauga 25 ml soluţie

d = 0,91, 100 ml soluţie de bază şi 20 ml soluţie 1% de gelatină.

Se aduce la semn cu apă. 1 ml soluţie etalon conţine 0,0004 g zinc.

 Modul de lucru

Într-un pahar Berzelius de 250 ml se introduce 1 g proba de analizat şi se dizolvă în 30 ml

apă 5 ml acid azotic. Se fierbe pentru oxidarea fierului şi eliminareavaporilor

nitroşi.După răcire, soluţia se trece într-un balon cotat de 500 ml şi se adaugă 25 ml

soluţie de ammoniac,

50 ml soluţie de baza,10 ml soluţie de gelatină

Se aduce la semn cu apă. Se lasă să se depună hidroxidul de fier. Soluţia se introduce în

vasul pentru polarografiere. Se adaugă circa 1 g sulfit de sodiu, se agită şi se lasă 5

minute în repaus.Se polarografiază faţă de electrodul saturat de calomel între 1 V si 1.5

V.

În aceleaşi condiţii se polarografiază şi un volum egal de soluţie etalon.

Se măsoară înăliţmea treptei polarografice a probei de analizat şi a soluţiei etalon.

4. Sulfat de sodiu anhidru tehnic

Determinarea conţinutului de sulfat de sodiu

 Principiul metodei

Ionul sulfat se precipită sub forma de sulfat de bariu, care se determină gravimetric.

 Reactivi:

acid azotic d= 1,4

acid clorhidric 10%

azotat de argint, soluţie 1%

clorură de bariu, soluţie 10%.

 Modul de lucru

Din probă se introduc 25 ml într-un pahar Berzelius şi se adaugă 250 ml apă.Soluţia se

acidulează cu 5 ml acid clorhidric, se încălzeşte la fierbere, apoi se adaugă picătură

cu picătură, sub continuă agitare, 20 ml soluţie de clorură de bariu. Se fierbe circa 10

minute.Se lasă să se depună precipitatul de sulfat de bariu, circa 30 minute după care se

controlează dacă precipitarea este complet - prin adaos de 1 ml soluţie de clorura

99

de  bariu. Se lasă să se depună precipitatul minim 4 ore. Se filtreză prin hârtie de filtru

cu porii mici şi precipitatul se spală cu apă fierbinte până la dispariţia ionilor clor

în filtrat.

 Hârtia de filtru cu precipitat se introduce într-un creuzet de porelan, adus în

  prealabil la masă constantă la 800°C, se arde apoi se calcinează la 800°C, în etuvă, pânî

la masă constant.

5. Carbonat de calciu precipitat

Determinarea conţinutului de Carbonat de calciu

 Reactivi

- acid clorhidric, n.

- hidroxid de sodiu, sol. 0.5 n

- fenolftaleină, sol 1% in alcool etilic sol 96% vol

.- metiloranj, sol 0.1 %

 Mod de lucru

Circa 1 gram din proba uscată se introduce cantitativ într-un vas Erlenmayer de 300 ml.

Se adaugă 100 ml apă lipsită de dioxid de carbon şi se amestecă prin agitarea vasului

timp de 3 minute. Se adaugă 2 picături soluţie fenolftaleină, apoi, acid clorhidric picătură

cu picătură, sub agitare, până la virarea culorii indicatorului.Se adaugă 40 ml acid

clorhidric, exact măsuraţi, se fierbe timp de 10 minute şi se răceşte. Se adaugă 2 picături

soluţie metiloranj şi se titrează excesul de acidclorhidric cu soluţie de hidroxid de sodiu.

Titrarea este considerată terminată atunci când, prin adaugarea unei picături de soluţie de

hidroxid de sodiu, indicatorul virează de la portocaliu la galben.

Această picatură se scade din volumul de soluţie de hidroxid de sodiu

consumat pentru titrare

.Între două determinări paralele se admite o diferenţă de maxim 0,5 % în valoarea

absolută.

6.Azotat de amoniu, tehnic

 Principiul metodei

100

Azotatul de amoniu reacţionează cu aldehida formic cu formare de

hexametillentetramina.Acidul azotic pus în libertate se titrează cu hidroxidul în prezenţă

de fenolftaleină.

 Reactivi

aldehida formică, soluţie 16%, neutralizată cu sol 0,1 n de hidroxid de sodiu în prezenţă

de fenolftaleină

- fenolftaleina, soluie 1% in alcool etilic 96% vol.

- hidroxid de sodiu, sol 0,1 n

- roşu de metil, sol 0,1% în alcool etilic 96% vol.

 Modul de lucru

Din proba de azotat de amoniu se iau 5g şi se introduc într-un balon cotat de100 ml şi se

completează cu apă până la semn. Din această soluţie, se iau cu o pipetă câte 25 ml şi se

introduc în doua vase Erlenmayer de 200 ml. În primul vas, se adaugă una sau două

picături de soluţie de  roşu de metil şi dacă este cazul se neutralizează cu soluţie de

hidroxid de sodiu. În al doilea vas, se adaugă volumul de soluţie de hidroxid de sodiu

adăugat în primul vas pentru neutralizarea soluţiei - fără soluţia de roşu de metil, 10

ml soluţie de aldehidă  formică masuraţi cu cilindrul gradat şi 5...7 picături

de fenolftaleină. Se agită şi se lasă să stea 5 minute, pentru terminarea reacţiei de formare

a hexametilentetraminei şi eliberează acidul azotic.

Se titrează cu soluţie de hidroxid de sodium până la coloraţia slab roz, persistentă.

 

7.Tiosulfat de sodiu

 Reactivi

iod, sol. 0,1 n

amidon, sol. 0,5 % Preparare: se dizolvă prin agitare continuă 0,5 g amidon în 10 ml acid

salicilic soluţie 0,1 %. Se adaugă 30…40 ml apă clocotită şi se fierbe până la dizolvarea

amidonului. După răcire se completează cu apă până la 100 ml.

 

 

101

Mod de lucru

10 ml proba tiosulfat de sodiu în apă şi se trece cantitativ într-un balon cotat de100 ml,

se adduce la semn cu apă şi se omogenizează. Se iau cu pipeta 10 ml proba, se introduce

într-un vas Erlenmeyer de 300 ml şi se adaugă circa 40 ml apă. Se titrează cu o soluţie de

iod în prezenţă de amidon, până când apare o coloraţie albastră care se menţine timp de

un minut.

8.Carbonat de potasiu tehnic

Determinarea conţinutului de sulfaţi

 Principiul metodei:

Precipitarea ionului sulfat cu clorură de bariu şi dozarea gravimetrică a acestuia ca sulfat

de bariu.

 Reactivi:

acid azotic d = 1,4

acid clorhidric d = 1,19

azotat de argint, sol. ,5 %

acid sulfuric d = 1,84

clorură de bariu, sol. 10 % metiloraj sol. 0,1 %

 Mod de lucru

Din soluţia pregătită se iau 50 ml şi se introduce într-un pahar de 200 ml.Se adaugă 2-3

picături de soluţie de metiloranj, se neutralizează cu acid clorhidric până la virarea

indicatorului,apoi se adaugă 1 ml acid clorhidric în exces.

 Se fierbe soluţia cateva minute, apoi în soluţia caldă se adaugă în fir subire, 25

 ml soluţie de clorură de bariu. Se fierbe încă 2 - 3 min. Se lasă să se depună până a

 doua zi. Se filtrează apoi prin hârtie de filtru cu porozitate mică şi se spală precipitatul

cu apă caldă până când filtratul nu mai dă reacţia ionului clor (verificarea cu soluţie de

 azotat de argint, în prezenţa de acid azotic).

Filtrul cu precipitat se introduce într-un creuzet de platină sau de porţelan, adus în

  prealabil la masă constantă prin calcinare în cuptor electric, la cca. 800°C.

 

Precipitatul se usucă în etuvă la 105 ± 2 °C, apoi se carbonizează hârtia pe becul de gaz,

având grijă ca hârtia să nu ardă cu flacară. Se calcineaza creuzetul în cuptorul electric la

102

800°C, timp de 30 de minute. Se răceşte creuzetul în exicator şi apoi se cântareşte. Se

repetă operaţiile de uscare, răcire şi cântărire până la masă constantă.

Dacă precipitatul calcinat are o culoare cenuşie, se adaugă o picătură de acid sulfuric şi se

calcinează din nou înca 15 minute.

9.Acetat de n-butil

Principiul metodei. Saponificarea esterilor cu soluţie alcoolică de KOH şi titrarea

excesului de KOH cu HCl, în prezenţa FF ca indicator.

Mod de lucru. Într-un vas conic de 250 ml cu gâtul slefuit se introduc 50 ml soluţie de

KOH şi se cântareşte la balanţa analitică. Se introduc apoi 5 ml proba şi se cântăreşte din

nou la balanţa anlitică, determinându-se prin diferenţa, cantitatea de probă.

Vasul se racordează la un refrigerent cu reflux, răcit cu apă şi se încălzeşte la fierbere

timp de 1 ora pe baia de apă. Apoi se răceşte vasul şi se spală interiorul refrigerentului şi

sliful de doua ori cu cate 20 ml apă, care se prinde în vasul cu proba. Se adaugă 0,5 ml

soluţie de FF şi se titrează excesul de KOH cu HCl până la dispariţia culorii roz.

10.Cloroform

Principiul metodei. Coţtinutul de cloroform se determină prin metoda gazcromatografică.

Componenţii din proba de analizat se identifică prin compararea timpilor de reţinere a

fiecărui component de pe cromatograma probei cu cei ai unui amestec etalon cu

compoziţie cunoscută şi care conţine toţi componenţii prin metoda normării interne.

Mod de lucru.

Într-o eprubeta colorimetrică cu dop slefuit, spălată în prealabil cu aicid sulfuric, se

introduc, cu ajutorul unei pipete, 10 ml probă. Se adaugă 10 ml acid sulfuric, se agită 30

minute, apoi se lasă în repaus la întuneric timp de 60 minute, după care se examinează

stratul de acid sulfuric.

103

3.2.2. Metode de analiza a produsului finit

Pentru analiza Penicilinei V sare de potasiu se foloseşte ca

microorganism: Staphylococcus aureus ATCC 6538 P.

Medii de cultură pentru:

- întreţinerea tulpinii de microorganisme-test (A)               I-A

- obţinerea suspensiei-stoc de spori (B)                               I-C

- treceri zilnice (C)

Medii de cultură pentru determinarea activităţii microbiologice a antibioticului:

- strat inferior (i)

- strat superior (s)

Concentraţia suspensiei de microorganisme-test (în microorganisme-test/ml):

Solvenţi pentru prepararea soluţiei-stoc (standard şi proba): tampon fosfat pH = 7,0

Solvenţi pentru prepararea diluţiilor de lucru (standard şi proba): tampon fosfat pH = 7,0

Timp de conservare a soluţiei stoc (standard şi proba) la 4oC: 3 zile

                În mediul de cultură prevăzut mai sus pentru a forma stratul inferior al mediului

de cultura folosit pentru determinarea activităţii microbiologice a antibioticului, topit şi

răcit la 50oC, în cazul suspensiei de microorganisme-test în formă vegetativă sau răcit la

60oC  în cazul suspensiilor de microorganisme-test în formă sporulată, se introduce un ml

de suspensie de microorganisme-test pentru 100 ml mediu de cultură şi se amestecă

pentru omogenizare. Concentraţiile suspensiilor de microorganisme-test, obţinute prin

diluţie, conform prevederilor anterioare, necesare însămânţărilor sunt prevazute mai sus.

                5 ml mediu de cultură însămânţat se aduc peste stratul inferior de mediu de

cultură solidificat ţn plăcile Petri, astfel încat să se formeze un strat superior uniform ca

grosime. După solidificarea stratului superior  se aşează pe suprafaţa acestuia la o

distanţă  de aproximativ 28 mm de centrul plăcii Petri şi la o distanţă egală unul faţă de

celalalt, patru cilindri din hotel inoxidabil sau dintr-un alt material adecvat, cu diametrul

interior de 7 mm şi cu înălţimea de 10 mm.

                Se efectuează cate 3 cântăriri atât din antibioticul standard cât şi din cel de

analizat. Din fiecare cântărire se prepară soluţiile-stoc şi soluţiile de lucru. Se folosesc

câte 6 placi Petri. Diluţiile de lucru se introduc în cei 4 cilindri din fiecare din plăcile

Petri, după cum urmează: în primele 6 plăci Petri, în cei 2 cilindri se introduc câte 0,4 ml

104

din prima soluţie standard de lucru şi în ceilalţi 2 cilindri câte 0,4 ml din prima diluţie

proba de lucru. În celelalte 6 plăci Petri se procedează în mod identic cu cea de-a doua

diluţie de lucru (standard şi proba).

                Plăcile Petri se închid, se incubează la termostat la 35-37oC timp de 18 ore şi se

masoară diametrul zonelor de inhibiţie a creşterii microorganismelor-test, produse atât de

diluţiile standard de lucru cât şi de diluţiile-probă de lucru. Determinarea se

efectuează  cu o precizie de 0,1 mm, folosind un instrument adecvat de măsurare.

                Intrepretarea rezultatelor. Se calculeaz media aritmetică a diametrelor zonelor

de inhibiţie pentru fiecare diluţie de lucru şi se procedează conform prevederilor de

la  „Evaluarea statistică a determinărilor biologice-Calculul activităţii biologice prin

evaluarea indirectă-Metode bazate pe răspunsuri gradate”.

                Proba de analizat este corespunzatoare dacă activitatea microbiologică a

acesteia este de cel putin 90% şi de cel mult 110% faţă de activitatea microbiologică a

penicilinei V..

                Limitele de eroare sunt cuprinse între 80 si 125%.

105

Cap.4 Utilităţi

Utilităţile folosite în procesul de producţie al penicilinei V sunt:

-energia electrica

-aburul

-apa

-aerul comprimat

Toate utilităţile sunt considerate ca făcând parte din sfera produselor energetice ale

 unei întreprinderi.

Energia electric

Aceasta reprezintă una din formele de energie cele mai folosite în industria chimică

datorită uşurinţei de transport la distanţe mari cu care poate fi transformată în

energie mecanică, termică sau luminoasă.Energia electrică transformată în energie

mecanică este utilizată la acţionarea electromotoarelor cu care sunt dotate: pompele şi

reactorul cu agitare mecanică. Se utilizează energie electrică pentru iluminat-

monofazat şi pentru motoare-trifazat

Aburul

Vapori de apă sunt cei mai utilizaţi agenţi termici pentru încălzire. Realizarea unor 

 temperaturi peste 200°C necesită presiuni mai mari de 35 atmosfere, ceea ce conduce la

creşterea cheltuielilor de investiţie.

Funcţie de presiunea pe care o are la ieşirea din generator aburul poate fi: abur umed,

abur saturat, abur supraîncălzit.Aburul umed conţine picături de apă şi rezultă de la

turbinele cu contra presiune sau din operaţiile de evaporare, ca produs secundar. Este

cunoscut sub denumirea de abur  mort.Aburul saturat este frecvent folosit ca agent de

încălzire, având căldură latentă de condensare mare şi coeficienţii individuali de tranfer

de căldură mari. Temperatura aburului saturat poate fi reglată uşor prin modificarea

presiunii.Încălzirea se poate face direct , prin barbotare, sau indirect, prin intermediul

unei suptafeţe ce separă cele două fluide.Aburul supra încălzit cedează căldură,în prima

fază căldură sensibilă de răcire, până atinge temperature de saturaţie, când coeficientul

individual de transfer de căldură este mic şi apoi căldură latent prin condensare.

Apa

106

Se utilizează apa pentru răcirea masei de reacţie în timpul fermentaţiei. Apa de răcire

poate proveni din fântâni de adâncime, temperatura ei se menţine între 10 - 15°C tot anul,

sau apa de la turnurile de răcire, când se recirculă având temperatura în timpul verii 25 -

30° C. Pentru răcirea conţinutului de suspensii se realizează coagularea, decantarea

sau filtrarea apei înainte de a fi utilizată în instalaţii.

Pentru evitarea formării crustei, temperatura apei la ieşire din aparate nu trebuie să

depăească 50°C.

Răcirile cu apă industrială se pot realiza pănâ la 35-40°C. Apa este un agent termic cu

capacitate calorică mare, uşor de procurat. Se utilizează şi: apa de incendiu, apa potabilă,

apa tehnologică.

Aerul comprimat

Aerul comprimat se utilizează în următoarele scopuri:

materie primă tehnologică;

amestecare pneumatică;

uscare;

diferite scopuri: curăţirea utilajelor;

purtător de energie (pentru acţionarea aparatelor de măsură şi de reglare, în atelierul

mecanic etc.)

107

Cap.5. Produse secundare, deşeuri de fabricaţie, epurarea apelor

reziduale

Din tehnologia obţinerii penicilinei V prin fermentaţie discontinuă, pe lângă

  produsul principal apar în diferite etape produse secundare şi deşeuri de fabricaţie.

Principalul deşeu rezultat în procesul de biosinteză a penicilinei V este miceliul

 separat prin filtrarea lichidului de fermentaţie. Miceliul se usucă, se tratează cu un

 mediu alcalin, se amestecă cu lisină sau extract vitaminic obţinând o masă proteică

valoroasă pentru zootehnie.

Procesul de epurare constă în îndepărtarea din apele uzate a substanţelor toxice, a

microorganismelor, în scopul protecţiei mediului înconjurător.Evacuarea apelor uzate

neepurate în mod necorespunzător poate prejudicia sănătatea publică.Ca o primă măsură

STAS 1481-76, prevede ca apele uzate să fie evacuate întotdeauna î naval de punctele de

folosinţă.Epurarea apelor uzate se realizează în staţii de epurare; acestea fac parte

integrată din canalizarea oraşului sau industriei, mărimea lor fiind determinată de gradual

de epurare necesar, de debitele şi caracteristicile apelor uzate, de folosinţele prezente şi

viitoare ale apelor.

Epurarea apelor uzate se poate realize prin metode ce se bazează pe procese fizice,

chimice şi biologice, care diferă în funcţie de tipul poluanţilor şi concentraţia lor în apa

uzată.Se poate face o clasificare a acestor metode luând în considerare tipul procesului

care stă la baza metodei de epurare:

Epurare mecanică

Epurare chimică

Epurare biologică

Epurare avansată

Considerând operaţiile şi procesele unitare necesare pentru a realiza îndepărtarea

poluanţilor într-un anumit stadiu al sistemului de epurare în:

Epurare primară

Epurare secundară

- Epurare terţiară (avansată)  

108

Apele uzate industriale sunt admise în reţeaua de canalizare a oraşului numai dacă

îndeplinesc anumite condiţii.Este interzisă evacuarea în reţelele de canalizare orăşeneştia

apelor reziduale industrial ce conţin:

suspensii sau alte materiale care se pot depune-corpuri solide, solide plutitoare sau

antrenate care nu trec prin grătarul cu spaţiul liber de 20 mm între bare-corpuri solide

antrenate, dure care pot genera zone de corodare a colectoarelor -păcură, uleiuri, grăsimi

care pot genera aderenă pe pereii colectorului

-substanţe care provoacă fenomene de coagulare

-substanţţe cu agresivitate chimică asupra materialului de construcie a colectorului

şi staţiei de epurare

-substanţe ca: benzină, benzen, eter, cloroform, acetilenă, hidrocarburi clorurate,etc., care

prin evaporare pot provoca amestecuri detonante

-substanţe nocive care pot pune în pericolpersonalul de deservire al staţiilor de epurare

- substanţe inhibitoate ale procesului de epurare care ar putea prejudicial funcţionarea

instalaţiilor de epurare biologic sau a celor de fermentare a nămolului

- ape cu temperature de peste50°C.

O altă sursă de poluare este reprezentată de eliminarea de gaze, CO2 şi aer de cele mai

multe ori amestecat cu particule lichide sau solide.Prin interacţiunea chimică a acestor

substanţe cu diferite forme fizice ale apei pot rezulta uneori substanţe chimice foarte

toxice.

109

Cap.6 Transport, ambalare, depozitare

Glucoza

Se ambalează, pentru desfacere, în hârtie pergaminată și apoi în hârtie velină.

 Ambalajele de transport pentru glucoza solidă sunt lăzi de lemn căptușite cu material

 corespunzător, iar pentru glucoza lichidă, butoaie de metal sau de material plastic.

 Toate ambalajele de desfacere și transport trebuie să corespundă normelor legale

 sanitare în vigoare. Abaterea admisă la conținutul net al ambalajelor de desfacere este

 de ± 10 g.Glucoza se depozitează în magazii curate, uscate, dezinfectate, lipsite de miros

străin și

 aerisite, având temperatura de max. 20°C și umiditatea relativă a aerului de max. 70%.

Transportul glucozei se face în vehicule acoperite, curate, dezinfectate, uscate și fără

 miros străin.

Azotat de amoniu tehnic, granulat

Se amabalează în saci de polietilenă închiși prin sudură.

Viza organului de control tehnic al calităiția ambalajelor se face prin ablonare sau

etichetare cu următoarele specificaiți:

-marca de fabricație a întreprinderii producătoare

-denumirea produsului de calitate STAS 2126-84-masa netă-numărul lotului

-data livrării

-data fabricașiei

-termenul de garanție.

Depozitarea azotatului de amoniu se face în stive, de max. 20 saci, pentru tipul I și de

max. 10 saci pentru tipul II, în magazii special amenajate, pentru acest produs.Magaziile

vor fi curate, uscate și fără alte surse de încălzire, decât cele ale instalaiților de

condiționare.

Temperatura în timpul depozitării nu trebuie să depăească valorile cuprinse între -15°C și

+30°C.

Azotatul de amoniu nu se depozitează la un loc cu alte materiale.Pentru transportul

azotatului de amoniu, se folosesc vehicule acoperite, uscate și curate.

110

Manipularea, depozitarea și transportul azotatului de amoniu, tehic, granulat, se face

în conformitate cu legile, regulamentele și instruciunile în vigoare privind tehnica

securităii muncii pentru produse comburante.Fiecare lot de livrare va fi insoșit de

documentul de certificare a calității întocmit

 conform dispozițiilor legale în vigoare.

Carbonat de calciu precipitat tehnic

Se ambalează în saci de hârtie, curați, legați cu sârmă.

Sacii se marchează vizibil prin șablonare sau etichetare, cu următoarele specificaiți:

-marca de fabrică;

-denumirea produsului, tipul i STAS 1083-76;

-masa netă;

-numărul lotului;

-semnul organului de control tehnic al calităiți (CTC).

Carbonatul de calciu precipitat, tehnic se depozitează în locuri curate, ferite de

umezeală.Transportul produsului se face cu mijloace de transport curate și acoperite.

La documentele de transport se va anexa un certificat de calitate întocmit conform

dispoziiților legale în vigoare.

Tiosulfat de sodiu

Tiosulfatul de sodiu cristalizat, tehnic, se ambalează în butoaie din hârtie înfășurată

 STAS 5537-65, sau în butoaie din fag STAS 1648-71. Se admite folosirea și a altor 

 ambalaje numai dacă ele se încadrează în prescripițile respective prevăzute de

legislatia în vigoare.Ambalajele se etichetează în mod vizibil și durabil cu următoarele

specificaiți:

-marca de fabrică

-denumirea produsului, calitatea și STAS 1817/2-75

-numărul lotului și data fabricației

-masa brută și tara

-semnul organului de control tehnic al calității (CTC)

-termenul de garanție.

Tiosulfatul de sodiu cristalizat, tehnic se depozitează în încăperi uscate, în care

temperatura nu depășește 30°C.

111

Transportul produsului se face numai cu mijloace de transport acoperite.La documentele

de transport se va anexa un certificat de calitate întocmit conform reglementărilor legale

în vigoare.

 Cloroform

Cloroformul se ambalează astfel:

Tipul A în damigene de sticlă, de culoare închisă sau vopsite în negru, închise cu dopuri

de plută învelite în foiță de staniol sau în celofan și apoi parafinate. Damigenele de sticlă

se introduc în coșuri de nuiele și se protejează cu un strat de paie sau talaș. Sau cisterne

de oțel.

Tipul B în cisterne de oțel sau bidoane de polietilenă.

Ambalajele trebuie să fie curate, uscate și închise etanș.

Ambalajele vor fi marcate cu următoarele specificații:

-marca de fabrică a întreprinderii producătoare

-denumirea produsului, tipul, calitatea, STAS 330-82

-masa netă-numarul lotului

-data fabricației

-termenul de garanție

-viza organului de control tehnic al calității (CTC).

-semnele avertizoare pentru produse toxice, produse care trebuie ferite de umezeală și

produse care trebuie păstrate la rece, conform STAS 5055-66.

Manipularea, depozitarea și transportul cloroformului se face  cu respectarea normelor de

tehnică a securității muncii referitoare la produsele toxice.

Cloroformul se depozitează în încăperi, ferite de lumină, de umiditate și de

căldură,pentru a evita descompunerea produsului cu formare de fosgen

(foarte toxic).Transportul se face cu mijloace de transport acoperite.Fiecare lot de livrare

va fi însoțit de documentul de certificare a calității întocmit conform dispoziiilor

legale în vigoare.

 Acid sulfuric tehnic

112

Până la stabilirea ambalajelor și materialelor de ambalare pentru acidul sulfuric tehnic,

prin normativul de ambalare pe produse și grupe de produse destinate consumului intern,

aprobat de organul central coordonator, acesta se livrează în cisterne de oțel, butoaie și

baloane de sticlă,curate și uscate, sau alte ambalaje convenite între parți cu condiția

menținerii integrității produsului. Butoaiele de oțel vor fi prevăzute cu dopuri de

oțel,filetate, cu garnituri de azbest și vor fi plumbuite.

Baloanele de sticlă vor fi prevăzute cu dopuri etanșe cu ipsos.

Baloanele de sticlă vor fi protejate cu un strat de vată minerală și introduse în coșuri

metalice, prevăzute cu capace de protecie și mânere.

Marcarea ambalajelor se face prin șablonare sau etichetare cu următoarele specificații:

-marca de fabrică a întreprinderii producătoare

-denumirea produsului, tipul, STAS 97-80

-masa brută

-tara

-viza organului de control tehnic al calităii (CTC).

-semnul avertizor pentru produse corosive, STAS 5055-66-PRODUS COROSV, A SE

MANIPULA CU ATENȚIE.

Manipularea, depozitarea și transportul acidului sulfuric tehnic se fac cu respectarea

 normelor de tehnică a securității muncii, referitoare la produsele corosive.

Se interzice transportul altor produse (inclusiv acid sulfuric rezidual) în cisternele

destinate transportului de acid sulfuric tehnic.Fiecare lot de livrare va fi însoțit de

documentul de certificare a calității, întocmit conform dispozițiilor în vigoare.[8]

 

Cap.7 Norme de protecția muncii și PSI

113

Protecția muncii cuprinde totalitatea măsurilor luate pentru a se asigura tuturor oamenilor

muncii condiții bune de muncă, pentru a-i feri de accidente și boli profesionale. Protecția

muncii face parte integrantă din procesul de muncă.

În industria chimică problema protecției muncii este deosebit de importantă deoarece pe

langă factorii de periculozitate comuni cu alte ramuri industriale – elemente mobile

(periculoase) ale utilajelor , acțiunea curentului electric, degajări importante de căldură,

zgomote și trepidații – intervin și numeroși factori specifici industriei chimice, cum ar

fi:

degajări de substanțe toxice;

prezența frecvența a unor substanțe inflamabile;

posibilitatea exploziilor cauzate de amestecuri explozive;

operații cu lichide agresive care pot provoca arsuri chimice;

temperaturi ridicate.

Protecția muncii are următoarele trei aspecte:

protecția juridiară a muncii reprezentată de legislația referitoare la protecția muncii,

legislație constituită în principal din: Codul muncii, Legea nr. 5/1965 cu privire la

protecția muncii, HCM nr. 12896/1966 cu privire la accidentele de muncă, Legea nr.

1/1970 privind organizarea și disciplina muncii, Decretul 400/1981, alte HCM, decretate

elaborate de Consiliul de Stat, instrucțiuni și ordine elaborate de ministere;

protecția sanitară a muncii cuprinde măsurile pentru crearea unor condiții fiziologice

normale de muncă și de suprimare a riscului îmbolnăvirilor profesionale;

protecția tehnică a muncii constă în măsuri tehnice și organizatorice pentru ușurarea

muncii și prevenirea accidentelor de muncă.

Normele de tehica securității muncii elaborate de M.I.Ch. sunt grupate în 6 capitole:

a) Tehnica securității muncii la instalații, aparate și maşini.

b) Tehnica securități muncii la întreținere, reparații și intervenții.

c) Tehnica securității muncii pentru procese fizice și chimice.

d) Tehnica securității muncii la depozitare.

e) Tehnica securității muncii la manipulare, ambalare și transport.

f) Tehnica securității muncii în laboratoare.

114

În ceea ce privește măsurile de protecție individuală ale muncitorului, pentru a completa

măsurile tehnice luate în instalații este necesar să se folosească echipamente și materiale

de protecție individuală prevăzute de nornative. Toți cei care conduc și controlează

procesele de producție sunt obligate să nu permită executarea nici unei operații înainte de

a verifică dotarea fiecărui muncitor cu toate sortimentele de echipament și materiale

necesare.

Norme de igienă a muncii

Normele de igienă a muncii se referă la principalii factori profesionali nocivi din mediul

de producție. Ele stabilesc valorile limită sau optime ale acestor factori, valori care,

respectate previn îmbolnăvirile profesionale și asigură condiții normale de lucru.

În aceste norme sunt tratate probeme referitoare la efortul fizic (mase maxime admise la

ridicat, distanțele de transport manual, etc.), micriclimatul încăperilor de lucru

(temperatura, umiditate, viteza curenților de aer, radiații termice, etc.) precum și

prevenirea îmbolnăvirilor profesionale și a accidentelor de muncă provocate de gaze,

vapori și pulberi.

Se dau concentrațiile maxime admise (CMA) în atmosfera zonei de lucru, în mg/m3 aer,

la circa 400 substanțe, de asemenea norme referitoare la iluminat, nivel de zgomot și

vibrații.

Măsuri P.S.I.

Incendiile și exploziile se produc numai atunci când sunt prezente în cantități suficiente

trei elemente: substanța combustibilă, oxigenul și căldură.

Cauzele principale ale incendiilor și exploziilor se datoresc, pe de o parte aprinderii, iar

pe de altă parte nerespectării parametrilor procesului tehnologic, lipsei de instructaj, de

atenție, de curățenie, etc.

Exploziile pot fi provocate de depășirea instantanee a limitei de rezistența a pereților

vaselor (cazane, butelii de gaze, reactoare, rezervoare, etc.) produsă de presiunea gazelor

sau vaporilor. Exploziile produse de gaze combustibile, vapori sau praf în amestec cu

oxigenul au loc numai la anumite concentrații, care variază cu presiunea și temperatura

amestecului.

Incendiul izbucnește ca urmare a depozitării în secții a unor substanțe ușor inflamabile

sau explosive, care depășesc cantitățile admise, precum și a depozitării lor

115

necorespunzatoare în ambalaje deteriorate, langă surse de caldură și lipsa de

supraveghere a lor. Cea mai frecventă cauză a aprinderii este flacăra directă produsă de

diferite surse.

Caldura degajată în cursul unor reacții exoterme, poate constitui de asemenea, o sursă de

aprindere provocând incendiul. Deosebit de periculos este contactul acizilor concentrate

(H2SO4, HNO3) cu substanțe combustibile.

In timpul desfățurării proceselor tehnologice sunt cazuri când incendiile sau exploziile se

produc datorită aprinderii substanțelor combustibile, fie de la o scânteie electrică, fie prin

încălzirea exagerată a conductorilor electrici și aprinderea materialului izolant.

Incendiile mai pot fi provocate, de asemenea, din cauza electricității statice și a

descărcărilor atmosferice.

Deci, măsurile generale prevenirii incendiilor sau exploziilor sunt, în principal,

următoarele:

evitarea sau reducerea substanței combustibile;

evitarea sau reducerea sursei de căldură;

evitarea sau reducerea oxigenului, aerului sau a substanțelor cu un conținut mare în

oxigen;

împiedicarea contactului substanței combustibile cu sursa de caldură;

controlul permanent al surselor de căldură și cunoașterea caracteristicilor periculoase ale

substanțelor combustibile;

măsuri de siguranță pentru ecranarea sursei de caldura și oprirea accesului substanțelor

combustibile în eventuala zonă de ardere;

controlul automat al concentrațiilor de oxigen în zona de pericol.

Materiale folosite pentru stingerea incendiilor

Materialele stigătoare sunt acele materiale care, folosite într-un anumit mod în zona de

ardere, acționează defavorabil asupra condițiilor necesare arderii, oprind arderea.

Materialele stingătoare se folosesc fie în stare gazoasă, lichidă sau solidă, fie sub forma

unor amestecuri de lichide cu gaze sau lichide cu substanțe solide, însa procesul și

rapiditatea aplicării sunt factorii hotărâtori ai stingerii incendiilor.

116

Cele mai răspandite substanțe stingătoare, sunt: apa, aburul, soluțiile apoase de săruri,

bioxidul de carbon, spuma chimică sau mecanică, prafurile stingatoare.

Apa – folosirea apei la stigerea incendiilor se bazează pe proprietățile ei de răcire și

izolare termică. Proprietățile de racire a apei se datoresc capacității de absorbție a

căldurii și căldurii latente de vaporizare, care au o valoare importantă. Răcirea

suprafețelor aprinse va fi cu atât mai mare, cu cât cantitatea de apă transformată în vapori

va fi mai mare.

Deși apa posedă astfel de calități pentru stingerea incendiilor, totuși domeniul ei de

utilizare în acest scop este limitat. Produsele petroliere și dizolvanții organici nemiscibili

cu apa, având o densitate mai mică, plutescă la suprafața apei și ard în continuare. Apa

folosită la stingerea incendiilor conține săruri, deci ea este bună conducatoare de

electricitate, din acest moriv folosirea ei la stingerea incendiilor produse în instalații de

înaltă tensiune trebuie să se facă utilizându-se dispozitive speciale.

Unele substanțe reacționează violent cu apa, producând o degajare mare de căldură și de

gaze, care pot da naștere incendiilor și exploziilor. Astfel, carbura de calciu (carbidul)

reacționează cu apă degajând acetilena și caldura.

La stingerea incendiilor se folosesc jeturi de apă compacte sau pulverizate.

Aburul – stingerea incendiilor cu ajutorul aburului se bazează pe reducerea concentrației

de oxigen din zonele de ardere (la o concentrație a aburului de 35% vol. arderea

încetează). Folosirea aburului pentru stingerea substanțelor gazoase, lichide și solide se

face în locurile unde există instalații de cazane și sisteme fixe de stingere.

În afară de reducerea concentrației de oxigen din zona de ardere, la stingerea incendiilor

contribuie și efectul mecanic al jetului. Acest procedeu se folosește la stingerea

incendiului la coloanele de rectificare, la conducte, etc.

Soluții apoase de săruri – în scopul îmbunătățirii calității apei se folosesc ca adaosuri:

clorura de calciu, sulfatul de sodiu, sulfat de amoniu, etc. prin evaporarea apei aceste

soluții formează la suprafața materialului aprins un strat de sare care se topește, iar în

unele cazuri se dezagregă. În urma dezagregării se degajă gaze necombustibile care

reduce concentrația oxigenului în zona de ardere, contribuind astfel la stingerea

incendiului.

Soluțiile de săruri se folosesc la stingătoarele manuale.

117

Bioxidul de carbon – nu arde și este un slab conducător de electricitate, ceea ce permite

folosirea lui la stingerea incendiilor izbucnite în instalațiile electrice. Introdus în zonele

de ardere, bioxidul de carbon diluează atmosfera, reducând concentrația substanței

combustibile și a oxigenului din atmosfera de ardere, micșorând sau oprind arederea.

Bioxidul de carbon nu poate opri arderea pentru o serie de substanțe ca bumbacul care

poate să ardă și în mediu inert.

Spumele stingătoare – spuma este formată din bule de gaz înconjurate de un strat subțire

de lichid. În prezent se folosesc două feluri de spume: chimice și mecanice

(aeromecanice). Spuma chimică este rezultatul unei reacții chimice și se compune din

bule de gaz (CO2) care au un înveliș din soluții apoase de săruri. Spumele mecanice se

realizează prin amestecarea mecanică a soluției. Densitatea spumelor este mică și în

consecință plutesc pe suprafața lichidelor ușoare (benzina, petro, esteri, etc) separând

flacăra de substanță combustibilă.

Prafuri stingătoare – în compoziția acestor prafuri intră diferite săruri (carbonat de sodiu,

bicarbonat de sodiu, alaun, etc.) substanțe care preîntâmpină aglomerarea sărurilor (talc,

kiselgur, praf de azbest) și substanțe care contribuie la topirea lor (clorura de sodiu,

clorura de calciu).

Prafurile stingătoare împiedică dezvoltarea arderii prin acoperirea suprafețelor solide

aprinse cu un strat izolator care prin topirea sări contribuie mai active la stingerea

incendiului. Degajarea unor săruri, produce gaze incombustibile care contribuie la

stingerea incendiului.

Stingătoarele de incendiu cu praf sunt acționate prin presiunea unui gaz incombustibil

(CO2), jetul de praf acţionând mecanic asupra zonei de ardere. Jeturile de praf având

conductivitate electrică mică pot fi utilizate pentru stingerea incendiilor instalațiilor

electrice.

BIBLIOGRAFIE

118

1 .C.Oniscu, Tehnologia produselor de biosinteză, Ed.Tehnică, Bucureşti, 1978

2. www.eu5.org

3.Caşcaval, Metaboliţi secundari şi bioreactoare, Ed. Bit, Iaşi, 2004

4.www.scribtube.com

5.STAS-uri şi standarde conform Consiliului naţional pentru ştiinţă şi tehnologie,

Institutul român de standardizare ;

6. www.regielive.ro

7. Anca Irina Galaction, D. Caşcaval, Metaboliţi secundari cu aplicaţii

farmaceutice,cosmetice şi alimentare,Ed. Venus Iaşi 2006

8. Mihai Dima,Canalizări,Volumul II,Epurarea apelor uzate,1998

9. Ioan Şt. Bontaş,Microbiologie industrială,1996

10. Radu Z. Tudose,Alexandru Tancu,Fenomene de transfer şi utilaje în industria

chimică,Îndrumar de proiectare,1990

119