коллоквиум 2

23. Для чего используются коллекторы? Какие виды коллекторов существуют?

Изобразите их.

Коллекторы необходимы для распределения материального потока в несколько ферментаторов

А- вариант верхней разводки коммуникаций (коллектор с верхним расположением) линия материального потока, вентили при подаче в ферментатор термический затор и при верхней разводке точка ввода пара в верхней части, точка отвода в нижней части

Б - вариант нижней разводки коммуникаций (коллектор с нижним расположением) термический затвор организован так, что точка ввода пара верхней части находится ближе к крышке ферментатора, чем к точке отвода конденсатора

Предпочтительнее нижнее расположение коллектора, так как в этом случае линия ввода пара находится ближе к крышке ферментатора

25. Перечислите узлы в монтажной схеме ферментатора, относящиеся к открытым трубным окончаниям. Изобразите их. Как они стерилизуются? Каким образом поддерживается стерильность в открытых трубных окончаниях?

Открытые трубные окончания связаны непосредственно с атмосферой: 1 - узел ввода посевного материала из колб

2- линия отработанного воздуха (если непрерывно подаем сжатый воздух, то отработанный воздух должен отводиться)

3- линия отбора проб (если он открытым способом)

Стерилизуются открытые трубные окончания вместе с ферментатором, при стерилизации вентили 1,2,3 открыты и в них подаётся пар из ферментатора, но в них невозможно создать избыточное давление, поэтому не достигается температура стерилизации На протяжении всего процесса ферментации к трубным окончаниям подаётся пар через

вентили 4,5,6 для поддержания стерильности

26. Что такое термический затвор, его назначение. Изобразите термический затвор. Как стерилизуются термические затворы? Каким образом поддерживается стерильность в них в процессе ферментации?

Термические затворы устанавливают на трубопроводах, соединяющих ферментатор с другими аппаратами Стерилизация термических затворов проводится одновременно с ферментатором, вентиль 2-3 открыты полностью, и пар в термический затвор подается через вентиль 3, вентиль 4 приоткрыт настолько, чтобы в термическом затворе создавалась избыточное давление при стерилизации

При процессе ферментации вентили 1- 2 закрыты, вентиль 3 открыт, вентиль 4 приоткрыт, те подается пар, конденсируется и конденсат отводится

27. Как рассчитать режим стерилизации пустого ферментатора?

Рассчитываем общ= ln $$! (при этом не принимаем его в пределах 40-100)

% – принимаем с условием, что ферментатор покрыт пленкой м.о.

общ = цилиндр + 2 полусфера = 2 цилиндр + 4 2

Для учета внутренних конструктивных особенностей аппарата: общ3 = 1,5 общ

3

выд= общ − 2 нагр

28. Какими способами можно нагревать пустой ферментатор при стерилизации?

Ферментатор с нижним спуском

•Пар в рубашку и нагрев до температуры 50-60 0С

•Пар в верхнюю часть ферментатора, нижний спуск открыт, через него вытесняют воздух, нагрев до температуры 100 0С

•Прекращают подачу пара сверху, подают пар через барботер и нижний спуск, нагрев до температуры стерилизации

Ферментатор с трубой передавливания

•Пар в рубашку и нагрев до температуры 50-60 0С

•Пар через штуцеры на крышке ферментатора, нагрев до температуры 100 0С, воздух удаляется через трубу передавливания

•Прекращают подачу пара сверху, подают пар через барботер, нагрев до температуры стерилизации

29.Какой способ подачи острого пара в ферментатор при его стерилизации – снизу или сверху – предпочтительнее и почему?

Если подавать пар снизу в ферментаторе останется воздух, пар начнёт конденсироваться ближе к днищу, таким образом в ферментаторе образуется паровоздушная смесь(её теплопроводность низка, что приведёт к появлению слабых точек)

При подаче пара сверху паравоздушная смесь будет вытесняться из ферментатора через нижний штуцер или трубу передавливания, в этом случае слабые точки ликвидируются

30.Какие пути существуют для повышения надежности стерилизации ферментаторов?

•Непрерывная подача пара в полость штуцера (если это возможно по технологии)

•Повышение температуры стерилизации

•Подбор оптимального соотношения геометрических размеров штуцера. Неиспользуемые штуцера по возможности заглушают.

•Применение съемной изоляции (отдельно для штуцеров, одевают колпачки, съёмная изоляция на крышку ферментатора, которую кладут сверху на время стерилизации, а затем снимают)

•Изменение режима нагрева ферментатора в процессе стерилизации

31.Какие два направления существуют в культивировании клеток животных? Опишите в общем виде, как они осуществляются.

Культуры животных клеток делятся на монослойные и суспензионные

•Монослойные (адгезивные) могут расти только прикреплённые к какому-нибудь субстрату (прикрепление клеток в субстрату, распластывание клеток на субстрате,

после того как клетка расплосталась начинается её размножение в питательной среде)

-Стационарные культуры растут в неподвижных культуральных сосудах(культуральный флакон, культуральный планшет, чашка Петри, пробирка со скошенным дном) происходит при соответствующих постоянных температурах, клетки млекопитающих культивируются при 37 градусах и поддерживается она в термостатах или в СО2 инкубаторах (в них поддерживается определенная концентрация углекислого газа).

-Роллерные растут в роллерных бутылях, вращаемых вдоль своей продольной оси, на специальных установках роллер-инкубатор/барабанная роллерная установка, ПС распределяется по всей площади, следовательно площадь поверхности при культивировании увеличивается

•Суспензионные растут в виде суспензии одиночных клеток в жидкой питательной среде. Проводят в биореакторах, но должна быть гомогенность перемешивания при

низких скоростях, чтобы не было раневого стресса клеток При стационарном способе культивировани клетки растут без добавления субстрата после

посева культуры, но недостаток питательных веществ и образования токсичных продуктов метаболизма может снизить продуктивность клеток, чтобы избежать этих проблем используют стационарный с подпиткой. Питательне вещеста добавляются порциями в биореактор.

При непрерывном способе культивирования продукты метаболизма, которые могут ингибировать рост клеток, их удаляют добавляя компенсирующий объём свежей ПС, чтобы избежать недостатка субстрата для роста. Предпочтителен непрерывный способ культивирования с задержанием клеток.

•Псевдосуспензионное культивирование-комбинация двух способов культивирования (поверхностно-зависимые клетки выращивают с помощью технологии суспензионных культур)

32.Назовите основные преимущества использования газо-вихревых биореакторов.

Перемешивание жидкости осуществляется воздушным вихрем без мешалки. Сверху есть электродвигатель, который приводит в движение лопасти находящиеся над поверхностью жидкости

Преимущества

•мягкое 3д перемешивания

•высокая скорость массообмена

•очень малое энергопотребление

•не меняет своих характеристик при разных коэффициентах наполнения

•хорошо перемешиваются вязкие жидкости и жидкости, которые изменяют свою вязкость в процессе культивирования

33.Как рассчитать тепловой эффект биосинтеза?

Совокупность реакций биосинтеза:+ 0 = + + ж + ж/д

S – питательный субстрат0 - посевной материал

М – биомасса клеток продуцента, выросшая в ферментаторе (полученная) Р – целевой продуктж - неиспользуемые продукты жизнедеятельности

Закон Гесса: количество продуктов, вступивших = количеству продуктов конечных+ м0= мкон+ + ж+ ж/дж/д= + м0− мкон− − ж

- теплота сгорания субстрата, кДжм0 - теплота сгорания биомассы в посевном материале, кДж

м кон − теплота сгорания биомассы в ферментаторе в конце процесса, кДж

- теплота сгорания целевого продукта, кДж

ж - теплота сгорания неучтенных продуктов жизнедеятельности, кДж (использовать эту величину неудобно)

поэтому = ж

Тогда теплота сгорания биомассы, вновь образовавшейся в процессе ферментации:м = м кон − м0

ж\д= − м −

34. Как рассчитать теплоту сгорания субстрата?

Теплота сгорания субстрата – сумма теплот сгорания всех органических компонентов ПС.

! = D " "

где " — удельная теплота сгорания i-ого компонента среды, кДж/кг." — масса i-ого компонента в среде, кг.

35. Как рассчитать теплоту сгорания вновь образованного мицелия?

# = сух.м.в кон − сух.м.в нач

# = м..кон м.кон − м.нач м.нач

м..кон\ м.нач– удельные теплоты сгорания сухого мицелия в посевном материале и в КЖ после ферментации, кДж\кгм.кон \ м.нач– количество сухого мицелия в посевном материале и в КЖ, кг

При этом надо учитывать – коэффициент влажности мицелия (0,8)

36. Как рассчитать теплоту сгорания целевого продукта?

= ·

- удельная теплота сгорания целевого продукта, кДж/кг (для некоторых антибиотиков определена, но чаще ее считают)

- масса целевого продукта в культуральной жидкости, кг

Акж - активность кж, содержание ЦП , ЕД/млцп - удельная активность целевого продукта, ЕД/мг или мкг/мг

сцп - концентрация целевого продукта в к.ж., кг/м3

37. Как определить удельную теплоту сгорания целевого продукта?

= 204,2 + 44,4 + сумма , кДж/моль

n – количество атомов кислорода, необходимых для полного окисления 1 молекулы целевого продукта

m – количество молей воды, образовавшихся в результате полного окисления 1 молекулы целевого продукта

- сумма термических характеристик химических связей в молекуле целевого продукта. Термическая характеристика – справочная величина. Для определения величины термических характеристик необходимо знать структурную формулу целевого продукта (определить наличие, например, двойных связей, различных функциональных групп и т.п.)

Для расчета необходимо написать уравнение полного окисления 1 молекулы целевого продукта и уравнять его из расчета на 1 молекулу ЦП.

38.Что такое эквивалентная масса компонента? Какой компонент принимают за самый энергоемкий?

Т.к. в ПС много окисляющихся компонентов и не все возможно учесть для простоты расчет потребленного кислорода и выделившегося углекислого газа ведут по эквивалентной массе наиболее электроемкого компонента.

Эквивалентная масса компонента-отношение количества тепла выделившегося при окислении самого энергоёмкого компонента к удельной теплоте сгорания наиболее энергоёмкого компонента Наиболее энергоемким компонентов считается компонент, при сгорании всей массы

которого выделяется наибольшее количество тепла.

39.Как рассчитать количество потребленного в процессе ферментации кислорода и выделившегося углекислого газа?

Условно принимаем, что в среде содержится только один компонент (наиболее энергоемкий), при окислении которого выделилось количество тепла, равное ж\д.

Наиболее энергоемким компонентов считается компонент, при сгорании всей массы которого выделяется наибольшее количество тепла.

Затем записывается уравнение реакции окисления наиболее энергоемкого компонента и с учетом стехиометрических коэффициентов рассчитывается количество 2и СО2.