+7 (910) 508-14-12
+7 (491) 242-73-42

ООО "ПРОФЭНЗИМ"

 

ФЕРМЕнтные препараты для спиртовой, мукомольной и хлебопекарной отраслей 

   

Иновационные решения. Передовые технологии. Новые возможности.

 

 

Микробное заражение и его предотвращение

 

 

Строение клетки эукариотов

  

                                                           
Человеческие клетки (микроскоп)                                           Дрожжевые клетки (микроскоп)

                                                                                              (Saccharomyces spp)

Если рассмотреть человеческую и дрожжевую клетки, то очевидно сходство фундаментальной биологии этих клеток. Они одинаково содержат : ядро, хромосомы (дрожжевая-23, человеческая- 46), рибосомы, комплекс Гольджи, митохондрии, эндоплазматическую мембрану, лизосомы, пероксисомы, клеточную стенку.

Находясь на одном клеточном уровне, мы «родственно» похожи на дрожжи по питанию, функционированию и строению. Что может быть губительно для наших клеток, то же может быть губительно и для дрожжей.

Поместите себя «вовнутрь» процесса и посмотрите, понравится ли «вам» окружающая среда. Спросите «себя»:

 

  • «Могу ли я жить, расти здесь?»
  • «Что здесь происходит?»
  • «Я отравлен?»
  • «Нравятся ли мне условия здесь?»
  • «Что меня угнетает?»
  • «Есть ли у меня все для питания?»

 

Думайте о дрожжах как о себе!

 

 

Ход гликолиза

 

Спиртовое брожение есть процесс разложения сахара микроорганизмами на спирт и углекислый газ с выделением энергии.

 

С6Н12О6 = 2С2Н5ОН + 2СО2 + 27 ккал

 

глюкоза    -        этиловый   +  углекислый + энергия

 (100кг)         спирт (51,1 кг)    газ (48,9 кг)

 

Теоретически из 100 кг глюкозы получается 51,1 кг этилового спирта и 48,9 кг углекислого газа.

 

Какие же факторы уменьшают достижение 51,1% выхода по спирту?

 

В процессе брожения глюкоза расходуется на следующее: рост дрожжей, производство глицерола, другие конечные продукты.

   А также глюкозу расходует инфекция, уменьшая выход спирта. Кроме того, образуются продукты жизнедеятельности инфицирующих микроорганизмов - микотоксины, уксусная, молочная и др. кислоты, подавляя развитие культурной расы дрожжей. Находя в сбраживаемом сусле богатую среду, инфекция быстро развивается, потребляет необходимые макро и микро питательные вещества, истощая сусло. Создаются стрессовые условия для жизнедеятельности дрожжей. Клетки претерпевают морфологические изменения, наблюдается псевдо рост, они становятся удлиненными «гифопдобными». Уменьшается количество дрожжевых клеток в биомассе. Каждая последующая генерация дрожжей менее жизнеспособна.

    Кроме микробных, существуют и другие стрессовые факторы для дрожжей. Это температура брожения, содержание сахара, состав среды, осмотическое давление. И, как следствие, наблюдается:

- ухудшение динамики брожения (вялое брожение)

- плохие показатели брожения

- низкий выход спирта

   

Какие виды микроорганизмов встречаются на спиртовых заводах ?

 

     Молочнокислые, уксуснокислые, маслянокислые, гнилостные бактерии и дикие дрожжи. Наиболее превалирующие контаминаты (более 70%)- молочнокислые бактерии рода Laktobacillus. Они представляют наибольшую опасность для спиртового производства.

  Молочнокислые бактерии бывают цилиндрические или палочковидные и сферические или шаровидные (кокки), грамположительные, неподвижные, неспорообразующие. Гетероферментативные молочнокислые бактерии наряду с молочной кислотой образуют уксусную кислоту, летучие кислоты, спирт, диоксид углерода и водород. Интенсивность роста молочнокислых бактерий выше, чем у дрожжей в 5-8 раз. Концентрация более 104 кл/мл угнетает дрожжи.  Оптимальная температура для роста большинства молочнокислых бактерий 20-30˚С. Для термофильных видов- 49-51˚С. Как и другие бесспоровые погибают при 70-75˚С.

     Основные места заражений - бродильные аппараты.

 

   

 

Таким образом, остро встает вопрос о предотвращении заражения. Что апробировано на сегодняшний день?

 

ХИМИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВА

 

         Пероксид водорода, сульфит, формальдегид, триклокарбан, хлоргиксидин, треклозан, озон, йодофор, ЭДТА, гипохлорит

            натрия, диоксид хлора, надуксусная кислота, сорбат калия, сорбиновая кислота, метабисульфит натрия, пероксид водорода с

            мочевиной, гидродифторид аммония.

 

            Недостатки химических веществ

 

  • Не специфичны (все микроорганизмы адаптируются)
  • Некоторые из хим. веществ необходимы в больших дозировках

            для обеспечения действия (затраты, непрактично для внесения)

  • Другие чрезвычайно токсичны (точность низкой дозировки)
  • Химические вещества сохраняются в кормах для животных

 

 

На российских заводах из химических веществ чаще всего применялся формалин,   который чрезвычайно токсичен, угнетает дрожжи и влияет на качество спирта.

 

     Из антибиотиков апробирован пенициллин, который входит в состав таких препаратов, как «Фриконт», «Септрол», «Нобак», «Вектор».

   

ПЕНИЦИЛИН

 

 

         На российских заводах из химических веществ чаще всего применялся формалин,   который чрезвычайно токсичен, угнетает дрожжи и влияет на качество спирта.

 

     Из антибиотиков апробирован пенициллин, который входит в состав таких препаратов, как «Фриконт», «Септрол», «Нобак», «Вектор».

    

 

 Преимуществом пенициллина

 

  • Специфичность (могут поражать один или более микроорганизмов избирательно)
  • Применение низких концентраций (обычно 1,0-3,0 г/м³ сусла)
  • Низкая токсичность для человека
  • Нет влияния на питательную среду
  • Растворим в воде

       

Недостатки пенициллина

 

  • Активное воздействие только на развивающиеся клетки (бактерицидное действие). Не эффективен против зрелых клеток!
  • Узкий спектр действия. Эффективен только против Грам+ бактерий
  • Не стабилен к действию температуры и рН - не работает долго в осахаривателях и бродильных чанах.
  • Остается в барде
  • Легкое приобретаемое сопротивление
  • Аллергия рабочего персонала

    

 Также апробирован препарат «Лактрол»

 

ЛАКТРОЛ

 

 

 

Преимущества Лактрола

 

  • Активный компонент Лактрола составной антибиотик вирджиниамицин, который состоит из двух структурно несвязанных компонентов: Фактор М & S. Каждый фактор антибактериальный. В присутствии обоих факторов возникает синергетический эффект.
  • Имеет выраженное специфичное действие в отношении широкого спектра грамположительных бактерий. Особенно высокую активность Лактрол проявляет в отношении представителей рода Laktobacillus – основных контаминатов спиртового брожения.
  • Трудно вырабатывает сопротивление. Вирджиниамицин отличается крайне медленным развитием резистентности у чувствительных микроорганизмов.
  • Оказывает бактериостатическое и бактерицидное действие.
  • Эффективен против развивающихся и неразвивающихся бактерий.
  • Стабилен к действию температуры (инактивация при 93˚С). Подходит для внесения на разных стадиях процесса.
  • Проявляет стабильность в широком диапозоне рН 3,0-5,0.
  • Не подавляет продуктивные и репродуктивные свойства дрожжевых клеток
  • Не оказывает отрицательного воздействия на активность ферментных препаратов
  • Не ухудшает органолептические характеристики, состав и физико-химические показатели спирта.
  • Не остается в барде.
  • Не токсичен для рабочего персонала.
  • Низкая дозировка 0,25-0,50 г/м³, в зависимости от бактериальной обсемененности.
  • Лактролт- единственный продукт одобренный для применения на спиртзаводах США.

 

Недостатки Лактрола

 

  • Узкий спектр действия. Эффективен только против Грам+ бактерий. Большая молекула Лактрола не может проникнуть в Грам- бактерию. Но немногие Грам- бактерии приводят к проблемам.
  • Растворим в спирте, и только слегка в воде.

 

Какой же антибиотик выбрать?

Как фаза роста бактерий влияет на выбор антибиотика?

 

Бактерии, в процессе своей жизнедеятельности, проходят ряд характерных стадий (фаз) развития, закономерно сменяющих друг друга. Различают три основные стадии: лаг-фазу (или начальную), экспотенциальную (или логарифмическую) и стационарную.

    

 

 

     ЛАГ-ФАЗА

 

 В этой фазе происходит процесс приспособления микроорганизмов к новой среде и окружающим условиям. Увеличения численности микроорганизмов в этой фазе не происходит. Бактерии все еще живы,  потребляют питательные вещества и производят побочные продукты.

Какие антибиотики эффективны во время Лаг фазы?

В этой фазе пенициллин не работает. Все виды пенициллина  работают на ингибирование образования клеточной стенки бактерий в активно развивающейся культуре. Бактерии, которые растут  неактивно, невосприимчивы к действию пенициллина.

       Лактрол работает на ингибирование синтеза протеина в рибосомах бактерии на всех стадиях роста.

 

 ЭКСПОТЕНЦИАЛЬНАЯ ФАЗА

 

         Это фаза интенсивного размножения. В этой стадии бактерии размножаются с максимальной  для данного вида скоростью (некоторые виды достигают двойного количества через 20 мин). Производится большое количество молочной, уксусной кислот.

         Какие антибиотики эффективны во время Экспоненциальной фазы?

Экспоненциальная фаза – единственная фаза, во время которой пенициллин эффективен.

      Лактрол продолжает ингибировать синтез протеина в течение экспоненциальной фазы, останавливая рост бактерий. Доказано, что дозировка 0,5 г/м³ сусла эффективно останавливает рост Laktobacillus, при внесении на середине экспоненциальной фазы.

Эта фаза наступает тогда, когда абсолютное число бактерий  перестает увеличиваться, хотя многие из них находятся в стадии активного деления. Число вновь образующихся и число погибающих или переходящих в стадию покоя клеток приблизительно одинаково. На протяжении этой фазы численность клеток не изменяется, скорость размножения равна скорости отмирания. Бактерии все еще живы, потребляют питательные вещества и производят побочные продукты.

        Какие антибиотики эффективны во время Стационарной фазы?

В этой фазе пенициллин - не эффективен. Как было видно на примере Лаг фазы – не происходит активного роста.

       Лактрол- эффективен. Синтез протеина еще подавляется Лактролом – интенсивность синтеза сведена к минимуму.

       Из вышесказанного можно сделать вывод, что Лактрол имеет ряд преимуществ перед пенициллином.

 

      Теперь несколько слов о дозировании антибактериальных препаратов

 

Какие виды дозирования, применяемые на практике, существуют?

 

  • Однократное дозирование (традиционное)
  • Непрерывное дозирование
  • Пульсационное дозирование (очень гибкое иэффективное!)

 

       При однократном дозировании расчетное количество препарата (100% от общей дозировки) задают непосредственно в  бродильный чан разовой дозой вначале залива на «подушку».

       Посмотрим на график и увидим зависимость стабильности вирджиниамицина и пенициллина от времени брожения.

 

 

     

Вирджиниамицин сохраняет свою стабильность практически на 90% на протяжении 48 ч.

Пенициллин утрачивает свою стабильность полностью уже к 18 ч.

        При непрерывном дозировании, в условиях Механико-ферментативной схемы разваривания, антибиотик может вноситься в поток сусла на стадиях разваривания и осахаривания. И только на стадии осахаривания в условиях Мичуринской схемы разваривания. В этих случаях, важно соблюдать точную дозацию препарата для поддержания определенной концентрации антибиотика в потоке сусла. Препарат непрерывно дозируется дозаторами.

Для верного дозирования антибиотика непрерывным способом необходимо учитывать:

  • Скорость потока массы
  • «Опасные» места в потоке (очаги инфицирования)
  • Наиболее опасное место для Лактрола (Температура, рН)
  • Место инактивации (Температура, рН)
  • Место стабильности (Температура, рН, спирт, побочные продукты)
  • Виды контаминатов, на которые будет оказываться воздействие

 

 

        При пульсационном дозировании антибиотик вносится через определённые промежутки времени в различные места на заводе

 

            Пульсационное дозирование - оптимизированное дозирование

 

            Почему пульсационное дозирование?

 

            Преимущества:

  • Бактерии более уязвимы высокими концентрациями антибиотика.
  • Бактерии постоянно реагируют на изменение количества антибиотика.
  • Высокая концентрация антибиотика – глубокое проникновение в биоплёнку на оборудовании.
  • Позволяет точно задать желаемую концентрацию (с учетом содержания в корме) для регулирования и по-прежнему использовать большое количество антибиотика.
  • Производственные испытания показывают меньшую вероятность проявления сопротивления по сравнению с непрерывным дозированием вследствие изменяющейся концентрации.
  • Агрессивным пульсационным дозированием избирательно поражаются «проблемные пятна» – остальная часть оборудования обрабатывается менее агрессивно, но поддерживается заданная концентрация антибиотика.

 

Недостатки:

  • Нужно точно знать антибиотик, производительность завода и процессы.
  • Для выполнения расчетов применяется сложная математическая модель.
  • Редкая задача антибиотика может позволить бактериям снова заполнить всю систему!

(Если слишком много времени проходит между дозированием и концентрация антибиотика низка, то интенсивность роста оставшихся бактерий может увеличиться до начального уровня!)