Введение к работе
Актуальность темы. Проблема охраны окружающей среды от загрязнения отходами в последние десятилетия является актуальной как в России, так и за рубежом. На предприятиях Российской Федерации ежегодно образуется около 90 млн тонн токсичных промышленных отходов, из которых 87 млн тонн относятся к III и IV классам опасности (Санитарная очистка … , 1990). По оценке Росприроднадзора, на конец 2010 года в России было накоплено около 90 млрд тонн отходов разного происхождения, из них порядка 16 млрд тонн твердых бытовых отходов (ТБО). Объем ежегодного образования ТБО составляет более 40 млн тонн. В 2011 году в России перерабатывалось только 6% ТБО, что привело к потере 90% продукции на рынке вторичного сырья. Однако потенциал рынка позволяет перерабатывать до 42% от всей массы образуемых отходов (Особенности организации бизнеса … , 2010; РБК исследования рынков … , 2012).
После вступления в силу Федерального закона от 27 декабря 2002 г. № 184-ФЗ «О техническом регулировании» идет процесс наработки общих и специальных технических регламентов. С гигиенических позиций важно, чтобы в каждом регионе, на каждом предприятии решались вопросы защиты окружающей среды. Одним из серьезных вопросов, требующих должного отражения, является решение вопросов обращения с отходами производства и потребления. По данным ООН, от 25 до 33% регистрируемых в мире заболеваний напрямую связаны с низким качеством окружающей человека среды; в 18% случаев причиной преждевременной смерти являются неблагоприятные условия окружающей среды, из них 1% приходится на негативное воздействие промышленных и бытовых отходов (Онищенко, 2008). На фоне усиливающегося антропогенного воздействия на окружающую среду ежегодно в Российской Федерации регистрируется более 30 млн. случаев инфекционных и паразитарных заболеваний (доклады Главного государственного санитарного врача Российской Федерации, 2006-2011).
В медицинской практике для профилактики и лечения инфекционных заболеваний широко применяют медицинские иммунобиологические препараты (МИБП) – сыворотки, вакцины, иммуноглобулины и т. д. Производство МИБП сопровождается образованием значительного количества белковых отходов. При изготовлении сыворотки побочными продуктами являются форменные элементы крови и фибрин, при получении иммуноглобулинов – белковые фракции (фибрин, альбумин, -, - и -глобулины), в вакцинном производстве – культуральная жидкость. Все выше перечисленные отходы сегодня успешно перерабатываются различными биофабриками и научно-производственными объединениями в ценные продукты различного назначения (Грызык, 1990; Агольцов, 1999; Шишкин, Тимирова, Степаненко, 1999; Кузьмиченко и др. 2003; 2009; Бердинських, Курищук, Лялюшко, 2006; Городницкая, Мартынов, Осолодченко, 2007; Байбулатова, Волкова, 2009; Huang, Gang, 2001; Vaiman, Eviatar, Segal, 2002; Deuk, et al., 2003).
Однако комплексные программы по утилизации основных типов отходов, образующихся в процессе производства МИБП и, в частности, гетерологичного антирабического иммуноглобулина (АИГ), в литературе не описаны.
При производстве антирабического иммуноглобулина из сыворотки крови лошади в РосНИПЧИ «Микроб» в качестве отходов ежегодно образуется около 3 т эритроцитарной массы, более 250 кг фибрина и 20 м3 спиртосодержащих стоков (IV-V классы опасности). Указанные отходы являются весьма ценным вторичным сырьевым ресурсом (ВСР) для получения продуктов, которые в дальнейшем могут быть использованы при производстве МИБП.
В этой связи разработка комплексной программы по переработке отходов производства антирабического иммуноглобулина с получением продуктов, которые могут быть вовлечены в замкнутый цикл производства МИБП, является важным и перспективным направлением научных исследований.
Цель работы – разработка биотехнологических приемов переработки отходов производства гетерологичного антирабического иммуноглобулина – эритроцитарной массы, фибрина и спиртосодержащего стока.
Задачи исследования:
-
Разработать технологические приемы переработки эритроцитарной массы для получения биологически активной добавки к рациону продуцентов и выделения сорбированного антирабического иммуноглобулина.
-
Экспериментально обосновать биотехнологическую схему получения жидкой и сухой форм гидролизата фибрина и провести сравнительный анализ физико-химических свойств белковых гидролизатов, полученных из традиционного сырья и фибрина.
-
Оценить возможность применения гидролизата фибрина при конструировании питательных сред для глубинного культивирования холерных вибрионов в производстве профилактических и диагностических препаратов.
-
Разработать технологические приемы регенерации утильного спиртосодержащего стока и оценить возможность применения восстановленного спирта для осаждения -глобулина.
Научная новизна: заключается в том, что впервые научно обоснованы и разработаны основные биотехнологические приемы комплексной утилизации отходов производства гетерологичного антирабического иммуноглобулина. Впервые экспериментально обоснована биотехнологическая схема переработки эритроцитарной массы из крови продуцентов антирабической сыворотки, предусматривающая получение ценных биологических продуктов. Создана технология получения гидролизата фибрина жидкой и сухой форм и показана эффективность его применения в качестве основы питательных сред для глубинного культивирования холерных вибрионов в производстве профилактических и диагностических препаратов, что подтверждено патентом «Питательная среда для глубинного культивирования холерного вибриона»,
№ 2425866 РФ, МПК C12N1/20, C12R1/63; 10.08.2011, Бюл. № 22. Впервые разработан биотехнологический алгоритм регенерации этилового спирта. Показана возможность использования регенерированного этилового спирта на заключительных стадиях выделения антирабического иммуноглобулина.
Практическая значимость работы:
Предложена технология выделения методом десорбции резервного количества антирабического иммуноглобулина из отхода производства – эритроцитарной массы, что позволяет увеличить выход продукта в среднем на 19% без дополнительного привлечения продуцентов.
Разработана инструкция по эксплуатации сушильной установки для получения сухой эритроцитарной массы с учетом конструкционных особенностей аппарата и биологических характеристик объекта высушивания.
Показана возможность использования питательных сред сконструированных на основе гидролизата фибрина для глубинного культивирования штаммов холерного вибриона при производстве профилактических и диагностических препаратов. Разработан проект ТУ «Питательная основа микробиологических сред – сухой гидролизат фибрина».
Разработана инструкция по эксплуатации регенерационной установки и стандартная операционная процедура получения спирта с учетом термодинамических характеристик спиртосодержащего стока и технологических особенностей химического реактора.
По материалам диссертационной работы составлены методические рекомендации «Приготовление гидролизата фибрина и конструирование на его основе питательных микробиологических сред для культивирования микроорганизмов» и «Выделение сорбированного на поверхности эритроцитов иммунной крови продуцентов антирабического иммуноглобулина – дополнительного источника получения препарата», одобренные Ученым Советом РосНИПЧИ «Микроб» и утвержденные директором института, протокол № 2 от 21.04.10 г., протокол № 5 от 23.09.10 г.
Основные положения, выносимые на защиту:
-
-
Разработанные биотехнологические приемы по переработке отхода производства антирабического иммуноглобулина – эритроцитарной массы обеспечивают дополнительный выход специфического иммуноглобулина из иммунной крови и получение ценной минеральной подкормки для лошадей-продуцентов.
-
Экспериментально обоснована биотехнологическая схема утилизации фибрина как отхода производства, позволяющая получить ферментативный гидролизат для производства микробиологических питательных сред.
-
Питательные среды, приготовленные на основе гидролизата фибрина жидкой и сухой форм, по физико-химическим и биологическим показателям соответствуют требованиям нормативных документов и пригодны для культивирования холерных вибрионов.
-
Предложен биотехнологический прием по регенерации этанолсодержащего отхода, обеспечивающий рециклинг восстановленного ректификата в технологический процесс производства антирабического иммуноглобулина.
-
Экспериментальные серии антирабического иммуноглобулина, полученного с использованием разработанных приемов, по качественным характеристикам соответствуют требованиям нормативной документации на иммуноглобулин антирабический из сыворотки крови лошади жидкий, раствор для инъекций.
Работа выполнена в лаборатории профилактических иммуноглобулинов ФКУЗ РосНИПЧИ «Микроб» в рамках научно-исследовательской темы № 40-2-09 «Оптимизация технологических этапов производства МИБП и разработка новых препаратов для диагностики ООИ» (номер госрегистрации: 0120.0853923).
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были представлены на: итоговой научно-практической конференции ФКУЗ РосНИПЧИ «Микроб» «Итоги и перспективы фундаментальных и прикладных исследований в институте «Микроб» (Саратов, 2009-2012 г.г.), Международной конференции «Развитие научных исследований и надзор за инфекционными заболеваниями» (Санкт-Петербург, 2010 г.), научно-практической школе-конференции молодых ученых и специалистов Роспотребнадзора «Современные технологии обеспечения биологической безопасности» (Оболенск, 2010-2011г.г.), VI Московском Международном конгрессе «Биотехнология: состояние и перспективы развития» (Москва, 2011 г.), научно-практической конференции молодых ученых и специалистов Роспотребнадзора «Инновационные технологии обеспечения противоэпидемической защиты населения» (Нижний Новгород, 2011 г.), Х съезде Всероссийского научно-практического общества эпидемиологов, микробиологов и паразитологов «Итоги и перспективы эпидемиологического благополучия населения Российской Федерации» (Москва, 2012 г.), Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых и специалистов Роспотребнадзора «Фундаментальные и прикладные аспекты анализа риска здоровью населения» (Пермь, 2012 г.), научно-практической конференции «Фундаментальные и прикладные аспекты инфекционной патологии», посвященной 100-летию Института эпидемиологии и микробиологии НЦ ПЗСРЧ СО РАМН (Иркутск, 2012 г.), Международной научно-практической конференции «Биотехнология: реальность и перспективы в сельском хозяйстве», посвященной 100-летию СГАУ имени Н.И. Вавилова (г. Саратов, 2013 г.).
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 13 работ, из них 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ. Получен патент на изобретение № 2425866.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, собственных исследований, включающих объекты, материалы и методы исследований, результатов и обсуждений, заключения, выводов и списка литературы. Библиография включает 185 источников, в том числе 154 – отечественных и 31 – зарубежных. Объем диссертации составляет 124 страницы машинописного текста, включает 14 таблиц, 15 рисунков.
Похожие диссертации на Разработка биотехнологических приемов малоотходных технологий в производстве гетерологичного антирабического иммуноглобулина
-
