Обеззараживание биологических аэрозолей в удаляемом газе при проведении стадии ферментации биотехнологического процесса

Основной целью данного обзора является рассмотрение литературных сведений по методическим приемам и инженерным решениям обеззараживания выводимых из оборудования газов, содержащих микроорганизмы, в процессе культивирования. Рассмотрены методические подходы и инженерные решения удаления или инактивации микроорганизмов, содержащихся в биологическом аэрозоле. На ряде примеров показаны преимущества и недостатки применяемых систем очистки биологических аэрозолей. Представлены данные о современных, не впитывающих влагу, мембранных фильтрах, анонсируемых производителями как элементы, позволяющие осуществлять стерилизацию воздуха, подаваемого для насыщения кислородом культуральной среды в биореакторах, и обезвреживание выводимого из них газа. Подробно рассмотрена сконструированная специалистами РосНИПЧИ «Микроб» система очистки отходящих из биореактора газов, в которой основным элементом являются гидрофобные фильтры на основе спеченной массы порошков никеля. Сформулированы требования для конструирования систем обезвреживания микроорганизмов в газах, выводимых от оборудования, в котором протекают биотехнологические процессы. Проведенный анализ данных литературы позволяет учесть отрицательные и положительные стороны описанных в обзоре решений при разработке методических приемов и инженерных решений обеззараживания выводимых из оборудования газов.

биологический аэрозоль, биотехнологические процессы, методические подходы, инженерные решения, удаление и инактивация микроорганизмов

1. Владимцева И.В., Самыгин В.М., Жога Л.К., Гришкина Т.А., Потапова Л.В. Установка для культивирования микроорганизмов. Патент РФ № 2292387, опубл. 27.01.2007. Бюл. № 3.

2. Самыгин В.М., Владимцева И.В., Гришкина Т.А., Александров А.Ю., Редкозубов С.В. Конструкция установки для глубинного культивирования аэробных патогенов. Биотехнология. 2008; 2:65–8.

3. Самыгин В.М., Гришкина Т.А., Жога Л.К., Александров А.Ю., Редкозубов С.В., Нгуен Тхи Нгок Минь. Система защиты окружающей среды от бактериальных аэрозолей в установках для культивирования микроорганизмов. Проблемы особо опасных инфекций. 2009; 100:22–6. DOI: 10.21055/0370-1069-20092(100)-22-26.

4. Фролов А.И., Орлов Ю.Н., Ворожцов А.С., Юдин В.Г. Малая ферментационная установка (варианты). Патент РФ № 2142995, опубл. 20.12.1999. Бюл. № 36.

5. Никифоров А.К., Васин Ю.Г., Щербаков Д.А., Ульянов А.Ю., Строганов В.В., Еремин С.А. Ферментационная установка для культивирования микроорганизмов. Патент РФ № 86184, опубл. 27.08.2009. Бюл. № 24.

6. Ульянов А.Ю., Никифоров А.К., Еремин С.А., Щербаков Д.А., Васин Ю.Г., Комиссаров А.В. Разработка биореактора и оценка возможности его использования в производстве холерной вакцины. Вестник Саратовского госагроуниверситета им. Н.И. Вавилова. 2011; 1:39–43.

7. Малкольм Г.К. Оболочка для выращивания биологических объектов. Патент СССР № 1836419, опубл. 23.08.1993. Бюл. № 31.

8. Марквичев Н.С., Манаков М.Н., Коростелев В.В., Зайко М.Л., Арсентьев А.В., Митичкин О.В., Простова Г.А., Зеленщиков Д.Б., Кривошеин Ю.С., Мельниченко Е.Г. Установка для культивирования животных, растительных или микробных клеток. Патент СССР № 1838401, опубл. 30.08.1993. Бюл. № 32.

9. Марквичев Н.С., Коростелев В.В., Манаков М.Н., Хлебников А.В., Арсентьев А.В., Зеленщиков Д.Б., Простова Г.А., Митичкин О.В. Установка для культивирования клеток или микроорганизмов. Патент РФ № 2005778, опубл. 15.01.1994. Бюл. № 1.

10. Бондаренко А.Ф., Родичкин В.И. Аппарат для суспензионного выращивания культур клеток. Патент РФ № 1405296, опубл. 09.07.1995. Бюл. № 19.

11. Мандрыка Е.А., Цетович А.Н., Молочков В.С., Флеров Ю.Л., Шитиков Е.С. Газопромыватель отходящих газовых потоков при культивировании и сушке микроорганизмов. Авторское свидетельство СССР № 1590114, опубл. 07.09.1990. Бюл. № 33.

12. Тур А.А., Киселева И.И., Кузнецов А.М. Устройство для очистки отработанного воздуха к ферментаторам. Патент РФ № 2060794, опубл. 27.05.1996. Бюл. № 15.

13. Тур А.А., Киселева И.И., Тур Л.А. Барботажный аппарат газоочистки для биотехнологических производств. Экология и промышленность России. 2008; 8:10–2.

14. Тур А.А., Киселева И.И., Усов В.В. Современные процессы газоочистки биотехнологических производств. Вестник Иркутского государственного технического университета. 2010; 6:125–8.

15. Григорьев В.В. Устройство для очистки отработанного газа из ферментера. Патент РФ № 2032732, опубл. 10.04.1995. Бюл. № 10.

16. Валашек Е.Р. Система очистки отработанного газа из ферментера. Химико-фармацевтический журнал. 1988; 5:638–40.

17. Редикульцев Ю.В., Ширшиков Н.В. Установка для производства биопродукта. Патент РФ № 2123525, опубл. 20.12.1998. Бюл. № 35.

18. Редикульцев Ю.В., Кудряшов В.К., Смолин Б.И., Орлов Д.В. Установка для проведения и исследования микробиологических процессов. Патент РФ № 2031935, опубл. 27.03.1995. Бюл. № 9.

19. Miller О.T., Schmitt R.F., Phillips G.B. Applications of germicidal ultraviolet in infectious disease laboratories. I. Sterili¬ zation of small volumes of air by ultraviolet irradiation. Am. J. Public Health Nations Health. 1955; 45(11):1420–3. DOI: 10.2105/ajph.45.11.1420.

20. Турченинов В.В., Максименко М.В. Устройство для обеззараживания воздуха. Патент РФ № 2416432, опубл. 20.04.2011. Бюл. № 11.

21. Сизиков В.П. Устройство для обеззараживания воздуха. Патент РФ № 2506501, опубл. 10.02.2014. Бюл. № 4.

22. Жуйков В.А., Климова Е.В. Установка для УФ дезинфекции твердых, жидких и газообразных продуктов. Патент РФ № 2524533, опубл. 27.07.2014. Бюл. № 21.

23. Nicholas G.R. The history of ultraviolet germicidal irradiation for air disinfection. Public Health Reports. 2010; 125(1):15–27. DOI: 10.1177/003335491012500105.

24. Копылов Г.А., Ковалёв В.Д. Способ очистки диэлектрических сред от микроорганизмов и устройство для его реализации. Патент РФ № 2430742, опубл. 10.10.2011. Бюл. № 28.

25. Володина Е.В., Наголкин А.В. Устройство для стерилизации и тонкой фильтрации газа. Патент РФ № 2026751, опубл. 20.01.1995. Бюл. № 2.

26. Володин А.М. Устройство для инактивации и тонкой фильтрации вирусов и микроорганизмов в воздушном потоке. Патент РФ № 2344882, опубл. 27.01.2009. Бюл. № 3.

27. Столяров В.П., Скворцов Ю.Ф., Денисов А.К., Кондратов А.П. Устройство для очистки и ионизации воздуха. Патент РФ № 24634, опубл. 20.08.2002. Бюл. № 23.

28. Kishioka T., Daitoo K.K. Air sterilizing and purifying facility which inactivates bacteria caught by a combination of electric dust collector using filter as dust collecting electrode and electronic sterilizer and which exhibits active bactericidal action by releasing superoxide anion radical and minus ion through arranging electronic sterilizer on the blowoff side. Раtent Japan 2248808A, publis. 22.05.2001.

29. Herbert J. Arrangement for producing unipolar air ions. Patent USA 3582711A, publis. 01.06.1971.

30. Дроздов С.Г., Гарин Н.С., Джиндоян Л.С., Тарасенко В.М. Основы техники безопасности в микробиологических и вирусологических лабораториях. М.: Медицина; 1987. 256 с.

31. Decker H.M., Citek F.J., Harstad J.B., Gross N.H., Piper F.J. Time temperature studies of spore penetration through an electric air sterilizer. Appl. Microbiol. 1954; 2(1):33–6.

32. Gremillion G.G., Miller L.F., Bodmer G.A. An electric incinerator for sterilization ofsmall volumes of air. Appl. Microbiol. 1958; 6(4):274–6. DOI:10.1128/AEM.6.4.274-276.1958.

33. Elsworth R., Telling R.C., Ford J.W.S. Sterilization of air by heat. J. Hyg. (Lond.) 1955; 53(4):445–57. DOI: 10.1017/S0022172400000954.

34. Barbeito M.S., Taylor L.A., Seiders R.W. Microbiological evaluation of a large-volume air incinerator. Appl. Microbiol. 1968; 16(3):490–5.

35. Chatigny M.A., Sarshad A.A., Pike G.F. Design and evaluation of a system for thermal decontamination of process air. Biotechnol. Bioeng. 1970; 12(4):483–500. DOI: 10.1002/bit.260120402.

36. Chatigny M.A. Protection against infection in the microbiological laboratory: devices and procedures. Adv. Appl. Microbiol. 1961; 3:131–92.

37. Chisti Y. Biosafety. In: Subramanian G., editor. Bioseparation and bioprocessing: а handbook. Vol. 2. New York: Wiley-VCH; 1998. Р. 379–415.

38. Chisti Y. Build better industrial bioreactors. Chemical Engineering Progress. 1992; 88(1):55–8.

39. Справочник технического директора, главного технолога и службы управления качеством фармацевтического предприятия 2008–2009. М.: Издательский дом «Медицинский бизнес»; 2009. 316 с.

40. Стерилизующие фильтры из фторопласта. Microfluor® II Cartridges & Cap. [Электронный ресурс]. URL: http://www.pharmtech.ru/docs/3m/2/steril/3m_microfluor.pdf (дата обращения 05.06.2019).

41. Фильтрующие патроны из ПТФЭ Sartofluor®. Надежные и масштабируемые дыхательные фильтры. [Электронный ресурс]. URL: http://www.sartorius.it/fileadmin/fm-dam/DDM/ Bioprocess-Solutions/Filtration_Technologies/Sterile_Filtration/Sartofluor/Data_Sheets/Broch_Sartofluor_SPK1502-r.pdf (дата обращения 07.06.2019).

42. Мембранные фильтры марки ЭПМ.Ф4 на основе гидрофобного фторопласта (PTFE). [Электронный ресурс]. URL: http://www.technofilter.ru/files/pdf/epmf4.pdf (дата обращения 05.06.2019).

43. SupaPore TP. Гофрированный мембранный фильтрующий картридж. [Электронный ресурс]. URL: http://www.dalva.ru/images/16TPSupaPoreTP.pdf (дата обращения 11.06.2019).

44. Fluorodyne® II DFL Membrane Filter Cartridges. [Электронный ресурс]. URL: http://tools.pall.com/ps/PDFGenerator?URL=http://www.pall.com/main/Biopharmaceuticals/PrintPdf.page?lid=gri78lwi (дата обращения 12.06.2019).

45. Процессная фильтрация. От чистоты до стерильности. (P)-SRF N. [Электронный ресурс]. URL: http://www.dalva.ru/images/donaldson/p-srf-n.pdf (дата обращения 10.06.2019).

46. Перепелица А.И., Васин Ю.Г., Комиссаров А.В., Морозов К.М., Никифоров А.К. Система очистки отходящих газов биореактора от биологического аэрозоля. Современные проблемы науки и образования. 2015; 1–1:227.