 |
Ферментеры с подводом энергии газовой фазой (группа ФГ).
|
|
|
|
Лекция №7
ОСНОВНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ.
Биотехнологические процессы принципиально отличаются от процессов химического синтеза. Специфика биотехнологических процессов состоит в том, что в них участвуют живые клетки, субклеточные структуры или выделенные из клеток ферменты и их комплексы. Это оказывает довольно существенное влияние на процессы массопередачи (обмена веществ между различными фазами, например перенос кислорода из газообразной фазы в жидкую, из культуральной среды внутрь клетки) и теплообмена (перераспределение тепловой энергии между взаимодействующими фазами) и как следствие на конструктивные особенности оборудования.
Поэтому современные биореакторы должны обладать следующими системами:
· эффективного перемешивания и гомогенизации среды выращивания;
· обеспечения свободной и быстрой диффузии газообразных компонентов системы (аэрирование в первую очередь);
· теплообмена, обеспечивающего поддержание оптимальной температуры внутри реактора и ее контролируемые изменения;
· пеногашения;
· стерилизации сред, воздуха и самой аппаратуры;
· контроля и регулировки процесса и его отдельных этапов.
Все формы и виды ферментационных систем создаются, имея основной целью обеспечение оптимальных условий для проведения процесса. Однако чем больше размер аппарата, объем жидкости в нем, тем сильнее проявляется в нем неидеальность перемешивания, тепловая и диффузионная неравномерность, неравномерность распределения подводимой извне энергии, что все вместе взятое создает резко различающиеся условия жизнеобеспечения клеток в различных частях аппарата. Естественное желание конструкторов пойти на различные улучшения, и как следствие, обычно, на усложнение аппаратуры, вызвало к жизни появление множества самых различных конструкций.
|
|
|
КЛАССИФИКАЦИЯ ФЕРМЕНТЕРОВ
В зависимости от осуществляемых в них процессов, ферментеры могут быть разделены на следующие группы:
1. аэробные, анаэробные;
2. периодические, непрерывные;
3. стерилизуемые, не стерилизуемые;
4. целевой продукт в клетках, вне клеток;
5. глубинные на растворимых и не растворимых субстратах;
6. близкие к идеальному перемешиванию, идеальному вытеснению.
Однако перечисленные группы процессов не равноценны по влиянию на конструкции ферментеров и определить их конструктивные особенности по данной классификации практически невозможно. В то же время на практике часто одни и те же ферментеры по этой классификации используют для проведения разных процессов.
Наиболее универсальна и чаще всего применяется на практике классификация ферментеров по способу ввода энергии в аппарат (по способу осуществления процессов аэрирования и перемешивания):
1.- с газовай фазой;
2.- с жидкой фазой;
3.- с газовой и жидкой фазой (комбинированные).
Для аэробных процессов аэрирование и перемешивание является, безусловно, важнейшей процедурой. Поскольку транспорт кислорода через клеточные мембраны осуществляется по диффузионному механизму, то это предполагает наличие более высокой концентрации кислорода в культуральной жидкости (вне клетки). Сложность достижения необходимого уровня аэрирования (насыщения культуральной жидкости кислородом) заключается в низкой растворимости кислорода в воде. При этом многие компоненты культуральной среды дополнительно снижают растворимость кислорода. Все это не позволяет использовать клеточные культуры с высокой плотностью (концентрацией), что в свою очередь снижает выход целевого продукта с единицы объема аппарата.
|
|
|
Ферментеры с подводом энергии газовой фазой (группа ФГ).
Общим признаком этих аппаратов является ввод энергии газовой фазой, которая является ее носителем и за счет которой осуществляется процесс перемешивания. Эта группа ферментеров характеризуется, прежде всего, простотой конструктивного исполнения и высокой эксплуатационной надежностью в связи с отсутствием движущихся узлов и деталей. В простейшем виде такой ферментер представляет собой сосуд в который через барботер подводится воздух или какая ни будь специальная газовая газовая смесь. Пузырьки, выходящие из барботера осуществляют процессы аэрирования, перемешивания и термостатирования в культуральной жидкости. Для улучшения процессов массо- и теплообмена используют различные конструктивные решения, направленные на прежде всего на более равномерное и быстрое распределение пузырьков воздуха по всему объему аппарата. Среди конструкций таких ферментеров наиболее распространены барботажные, барботажно-газлифтные, тарельчатые колонные, насадочные колонные и ряд других. Подвод или отвод (по необходимости) тепла в таких аппаратах осуществляется встроенными внутри аппарата теплообменниками различной конструкции.
|
|
|
