Структура биотехнологического производства.
процесс культивирования микроорганизмов имеет свои особенности: - процесс обычно реализуется в условиях строгой чистоты культуры, что достигается стерилизацией всей аппаратуры, а также всех компонентов, поступающих в биореактор; - культивирование проводится в гетерогенных многофазных системах, реологические свойства которых в ходе процесса часто меняются; - многокомпонентность питательных сред; - сложность биохимических процессов регуляции роста биомассы и синтеза микробных метаболитов; - автокаталитичность процесса, т.е. влияние продукта реакции (в том числе образовавшейся биомассы, синтезированных ферментов) на скорость протекания процесса; - более высокая вариабельность биотехнологических процессов по сравнению с химико-технологическими, - относительно низкие скорости реакций, концентрации субстратов, получаемых продуктов, которые, как правило, еще не являются готовой продукцией; - обычно умеренная температура в пределах 20-40°С и близкие к нейтральным значения рН; - различие условий, оптимальных для роста микроорганизмов и биосинтеза целевых продуктов метаболизма; - культивирование микроорганизмов - сложный технологический процесс, требующий для своего осуществления довольно сложной аппаратуры, инструментального, компьютерного и других видов обеспечения. Все процессы промышленной биотехнологии подразделяют на 2 основные группы: 1получение биомассы; 2 получение продуктов метаболизма. Структура биотехнологического производства включает в себя следующие основные элементы: - Приготовление питательной среды. - Получение действующего биологического начала. - Ферментация (образование целевого продукта). - Выделение и очистка целевого продукта. - Получение товарной формы продукта.
10 Типы ферментеров Конструктивные различия ферментеров определяются в основном способами подвода энергии и аэрации среды: 1. ферментеры с подводом энергии к газовой фазе; 2. ферментеры с подводом энергии к жидкой фазе; 3. ферментеры с комбинированным подводом энергии. В аппаратах первого типа аэрация и перемешивание культуральной жидкости осуществляются сжатым воздухом, который подается в ферментер под определенным давлением. К таким ферментерам относят: • барботажные ферментеры, • аппараты с диффузором (эрлифтные аэраторы) • трубчатые ферментеры (газлифтные), • ферментеры с форсуночным воздухораспределением, • ферментеры колонного типа, представляющие собой цилиндрическую колонну, К ферментерам с подводом энергии к жидкой фазе относят: • аппараты с самовсасывающей турбиной, имеющие цилиндрический диффузор и мешалку с полыми лопастями и валом, • ферментеры с турбоэжекторными перемешивающими устройствами Ферментер представляет собой цилиндрический сосуд, снабженный механической мешалкой и барботером, который устанавливается, как правило, под нижним ярусом мешалки. Такие биореакторы классифицируют по способу перемешивания, в соответствии с которым используются аппараты с механическим, пневматическим и циркуляционным перемешиванием.
Подготовка и стерилизация технологического воздуха
Эта подготовительная операция требуется для обеспечения дыхания микроорганизмов — биообъектов, большинство которых являются аэробами. Использовать для аэрации кислород можно, но экономически и по технике безопасности это нецелесообразно. Поэтому используется воздух, который под давлением поступает в ферментер непосредственно с территории предприятия: в Ферментер объемом 50 м3 ежечасно подается порядка 3 000 м3 стерильного воздуха, а время ферментации измеряется сутками. воздух подвергается не менее чем трехкратной фильтрации и, как минимум, дважды пропускается через стерилизующие фильтры. При этом, если головной фильтр является общим для всех аппаратов в цехе или вне цеха ферментации, то каждый из фильтров тонкой очистки относится к конкретному аппарату. На стадии грубой очистки (головной фильтр) используются волокнистые фильтрующие материалы с волокнами диаметром от 15 до 50 мкм из стекла и базальта и грубозернистые пористые перегородки. Эффективность очистки на этой стадии достигает 98 %. На стадии тонкой очистки (индивидуальные фильтры) применяются тонковолокнистые материалы (картон и бумага) с волокнами диаметром 0,5 мкм; зернистые жесткие фильтрующие перегородки — керамические и металлокерамические, из разных полимеров. Используются также мембранные фильтры. Постоянное использование фильтров, стерилизующих технологический воздух, требует также периодической стерилизации самих фильтров, так как задержанные фильтром микроорганизмы могут при благоприятных условиях размножаться. Стерилизация фильтров может быть проведена обработкой антисептиками, ионизирующим облучением и, горячим паром. Температура при обработке паром 120— 125 °С, время обработки 20 — 30 мин.