Аппаратурное оснащение микробиологических производств

Для выращивания микроорганизмов были предложены типы биореакторов: конструкции у них в основном были сходны. Их можно подразделить на 2 типа: без подводки стерильного воздуха (для анаэробов) и с подводкой его (для аэробов).

Аэрируемые биореакторы могут быть с мешалками и без них. При конструировании биореакторов учитывается время протекания различных биологических процессов у представителей различных групп организмов.

Размеры ферментаторов определяются соотношением внешнего диаметра к высоте и составляет 1:2 до 1:6. Универсальными являются ферментаторы для анаэробных и аэробных процессов. Эти ферментаторы классифицируют по способу ввода в аппарат энергии для перемешивания:

• газовой фазой (ФГ)

• жидкой фазой (ФЖ)

• газовой и жидкой фазами (ФЖГ)

Примером аппарата группы газовой фазой может быть ферментатор с эрлифтом

В аппарате отсутствует механическое перемешивание, здесь проще поддерживать асептические условия. Воздух для аэрации подается по трубе который расположен вертикально в ферментаторе. Аэратор, который обеспечивает движение выходящего воздуха, расположен в нижней части диффузора и насыщает питательную среду воздухом. Газожидкостная смесь поднимается по диффузору и перемешивается через верхние края. Часть воздуха уходит из аппарата, а более плотная среда опускается вниз в кольцевом пространстве между корпусами ферментатора и диффузором.Так происходит многократная циркуляция среды в ферментаторе. Для отвода биологического тепла внутри ферментатора установлен змеевик, аппарат также снабжен секционной рубашкой. В производстве кормового белка широкое распространение получили ферментаторы с самовосстанавливающими мешалками из группы ФЖ -жидкой фазой. Ферментатор представляет собой вертикальный цилиндрический аппарат, снабженный циркуляционными, теплообменными и аэрирующими устройствами. Теплообменные устройства выполняют в виде трубок, которые установлены в трубных решетках.

Ферментаторы периодического действия из групп (ФЖГ) - газовой и жидкой фазы применяются для получения антибиотиков, витаминов. Конструкция этого ферментатора обеспечивает стерильность ферментации длительное время. Это цилиндрический вертикальный аппарат со сферическим днищем, имеющий аэрирующий, перемешивающий и теплопередающий устройства. Воздух для аэрации поступает в ферментатор через барботер. Отверстия в барботере направлены вниз, барботер должен соответствовать диаметру мешалки. Эффективность работы ферментатора определяется интенсивностью перемешивания. Перемешивающие устройства служат для сохранения температуры во всем объеме аппарата, своевременному подводу продуктов питания к клеткам и вывода продуктов метаболизма. Для культуральных жидкостей с высокой степенью вязкости эффективными являются открытые турбинные мешалки с шестью лопастями.

Важным элементом в ферментаторах являются теплообменные устройства. Применение концентрированных питательных сред, высокий удельный расход мощности на перемешивание - все это сказывается на возрастании тепловыделений и для отвода тепла в ферментаторе устанавливают наружные и внутренние теплообменные устройства. Промышленные ферментаторы имеют секционные рубашки снаружи, а внутри аппарата - четыре змеевика. Общая продуктивность процесса в биореакторе определяется количеством целевого продукта в ЕД активности или в кг, получаемого с 1м³ ферментационной емкости в час. Расчет ведут отдельно - для периодического и непрерывного процесса. Общую продуктивность для непрерывных процессов определяют в установившемся режиме, а для периодических процессов и полунепрерывных - с учетом времени на подготовку ферментатора к работе.

Объемная продуктивность процесса - это количество целевого продукта в ЕД активности или в кг, получаемое с 1м³ питательной среды в час.

Выход продукта от субстрата - это количество целевого продукта в ЕД активности или в кг, полученное из 1 кг компонента ферментационной среды, являющегося энергоносителем.

ЗНАЧЕНИЕ АСЕПТИКИ В БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ

Биотехнологические процессы в основном проводят в асептических условиях. Асептика - это комплекс мероприятий, направленных на предотвращение попадания в среду посторонних веществ.

Использование асептики в биотехнологии предполагает использование биообъекта (может быть и микробы) и полное исключение попадания других микроорганизмов.

Асептика включает в себя:

- влажную уборку помещений; обработку антисептическими веществами, ультрафиолетовое облучение, использование стерильных инструментов; подача стерильного воздуха в ферментаторы и др.

Существует механическая, физическая и химическая защита биообъекгов. К механической защите относятся: удаление механических примесей (например, из воздуха культиваторов с помощью фильтров).

К физической - обработка воздуха и поверхностей приборов ультрафиолетовыми лучами, кипячение, стерилизация, обработка ультразвуком.

К химической - обработка поверхностей химическими антисептиками.

В производстве источниками микробов - контаминантов могут быть почва, вода, воздух, человек. Из почвы микробы - контаминтанты такие как актиномиценты, палочки - бациллы попадают в биотехнологические процессы. С пылью они могут попасть в воздух.

Люди, которые заняты в биотехнологическом производстве, могут быть источником контаминирующей микрофлоры. Но на поверхности кожи в среднем сосредоточено до 10'° микробных клеток. Наиболее загрязненными являются кисти рук, подошвы, локти, шея. Многочислена микрофлора ротовой полоста:

бактериальные коковые формы, вибрионы. Здоробый человек за одно чихание выделяет до 20000 микробных клеток, которые распространяются до 1,5 м.

Источником микробов - контамининтов могут быть и компоненты питательных сред (фаги, дрожжи). Микробы контаминанты не только могут подавать развитие и функции био-объекта, но и дезорганизовать какую-либо ткань. Они способны продуцировать токсические вещества.