Важное место в биотехнологических производствах занимает масштабирование ферментаций, т. е. культивирование микроорганизмов в промышленных условиях (ранее говорилось о лабораторных исследованиях). Известно, что процесс, идущий в лабораторных условиях, в масштабах крупного производства может протекать неэффективно (если вообще существует такая возможность). В лаборатории для биотехполога важен высокий выход продукта на массу биомассы в единицах на 1 мл культуральной жидкости или за единицу времени, при переходе же к промышленным условиям приоритетной становится задача максимального выхода продукта при минимальных энергетических (и других) затратах и времени. Значительная часть исследований в биотехнологии посвящена масштабированию при аэробных ферментациях, поскольку именно с этими процессами связаны сложные проблемы, касающиеся перемешивания и массопереноса.

Культивирование микроорганизмов в промышленных условиях — сложный процесс, зависящий от:

  • числа генераций микроорганизма;
  • способов культивирования;
  • стерилизации среды и воздуха;
  • перемешивания и аэрации;
  • переноса тепла;
  • стабилизации культуры.

Рассмотрим подробнее все эти факторы.

Число генераций. Число генераций — это время, необходимое для достижения нужной конечной концентрации биомассы в объеме ферментера.

Стерилизация. В биотехнологических производствах стерилизуют среды, входящий и выходящий воздух, а также оборудование биореактора для предотвращения заражения культуры во время ферментации. Для сред чаще всего используют тепловую стерилизацию, полнота которой зависит от:

  • вида микроорганизма,
  • состава среды,
  • значения pH,
  • размера суспендированных частиц.

В лаборатории она легко достигается при автоклавировании в течение короткого периода времени. В производственных масштабах большие объемы сред (от 10 до 50 тыс. л) требуют большего времени для этой процедуры, что приводит к ухудшению их свойств. В настоящее время применяют непрерывную тепловую стерилизацию, где среда нагревается до 150 °С за несколько минут.

Перемешивание и аэрация. Для максимального выхода продуктов важными факторами являются:

  • оптимальная температура культивирования,
  • концентрация растворенного 02,
  • одинаковый уровень pH в разных частях реактора, которые зависят от хорошего перемешивания.

Аэрация выполняет две функции:

  • обеспечение кислородом,
  • удаление С02 и других летучих метаболитов из культуральной жидкости.

Перенос тепла. Культивирование микроорганизмов осуществляется при определенной температуре, и это требует поддержания теплового баланса в ферментере. К параметрам, которые используют в качестве критериев при масштабирован, относят:

  • постоянство потребления энергии на единицу питательной среды;
  • сохранение (по сравнению с лабораторными условиями) той же объемной скорости переноса кислорода.

Дополнительным критерием может служить скорость мешалки.

© 2015-2019 vseobiology.ru | При использовании материалов сайта - прямая ссылка на vseobiology.ru обязательна.

Заказать курсовую скидка 15%

^ Наверх