Ферментация үдерісі арнайы жасылынған аппаратурада

• Ферментация үдерісі арнайы жасылынған аппаратурада – биореакторларда (ферментаторларда, ферменттерлерде) жүзеге асады. Өндірістік биореакторлардың көлемі бірнеше ондаған мың литрге дейін жетеді. https: //www. youtube. com/watch? v=5 e. Kd. Z 0 d VCCo -ферментер құрылысы

Ферментёр- залалсыздандырылған жағдайда, қоректік ортада үздіксіз араластырып, стерильді оттегі жібере отырып, тұрақты температурада микроағзаларды өсіретін аппарат. (культивирования)

• Ф. представляет собой герметичный цилиндрический сосуд – корпус, снабженный барботером для подачи стерильного воздуха и мешалкой с электроприводом. Внутри Ф. вдоль его корпуса и перпендикулярно к нему закрепляют узкие металлические полосы – отбойники для повышения эффективности перемешивания. Объём Ф. , предназначенных для лабораторных исследований, чаще до 30 л, для полузаводских экспериментов – 0, 05– 5 м 3, промышленного использования – 50– 100 м 3. Лабораторные Ф. могут изготовляться из термостойкого стекла (их стерилизуют в автоклавах), Ф. больших размеров – из нержавеющей стали (они имеют паровую рубашку для стерилизации и поддержания температуры)

• Биореакторлар саңылаусыз цилиндірлік сыйымды аппараттар, олардың биіктігі диаметрінен 2, 0 -2, 5 есе артық, олар тотықпайтын құрыш және басқа материалдардан дайындалады. Аппараттар ішінде әртүрлі типті араластырғыштарды орналастырады- пропеллерлік, турбиндік және басқа, олардың көлемі аппараттың ішкі диаметірінің 1/3 бөлігін құрайды. • Ферменттерлерде биомассаның үнемі араласуы, масса алмасуын, қоректік ортамен өсірілетін жасушалардың біркелкі жанасуын, оттегінің жасушаларға уақытында жеткізілуін субстраттың тез шығындалуы, үнемі қажеттілік құнарлықты қамтамасыз етеді. Қоректік заттың химиялық құрамы қандай болса да, оның құрамдарының әбден араласуы өте қажет. Бұл қоректік ортаның барлық құрамдарына, субстратқа микроорганизмдердің жетілуін қамтамасыз етеді; биореактор ішіндегі барлық нүктелерінде жасушалар мен ортада еритін органикалық заттардың біркелкі және тұрақты жанасуына мүмкіндіктер жасайды, заттардың құнарлығымен, р. Н және температураның белгілі тұрақтылығымен қамтамасыз етеді.

Ферментёр: 1 — корпус; 2 — паровая рубашка; 3 — барботёр; 4 — мешалка; 5 — отбойник; 6 — электропривод; 7 — загрузочный люк.

• Температуралық тәртіпті (биопродуценттер негізі мезофилдер болғандықтан 35 -37˚ С) ұстап тұру үшін ферментерлердің сыртқы және ішкі қабат арасында берілген температурада су ағыны болады немесе иірілім типті жылу алмасушы орналастырылады. Сумен қапталған орағыш, өсірілген жасушалар тіршілігінің әрекет үдерісінде бөлінетін жылудың артығын өз уақытында және тиімді шығарылып жіберуіне мүмкіндік береді. • Биореактор қоректік ортаны- субстрат, су және буды, р. Н- ортаны реттейтін ерітінділерді, көбікті басушылар, өсірілетін биомассаны аэрациялау үшін зарарсыздырылған ауаны беру үшін түтіктердің арнайы жүйесімен жабдықталған. Ферментация үдерісін автоматты реттеу үшін өлшеуіш приборлар қосылған. • Аппараттың саңылаусыздығы, негізінен заттардың зарарсыздығы (субстрат, ауа, көбік басушылар, жұмысшы ерітінділер)- ферментация үдерісі технологиясының міндетті шарттары.

• Биореактор қамтамасыз етеді: • Сұйық фаза көлемінде микроорганизмдер популяциясының өсуі мен дамуын; • Микроорганизмдер жасушасына қоректік заттарды тасымалдау; • Микробтық жасушалардан олардың алмасу өнімін алыстатады; • Өсірілген биомассадан жасушалардың тіршілік әрекеті нәтижесі есебінде бөлінген жылуды алыстату. • Микроорганизм-продуцентке, жұмсалған субстратқа, ақырғы алынған өнімге байланысты ферментация үдерісінің жағдайы және аппарат құрылысының белгілі ерекшеліктері болуы мүмкін. • Кезеңдік немесе үздіксіз жұмыс жасайтын ферментерлер падаланылады. Кезеңдік ферментацияда аппарат қоректік ортасубстатпен толтырылады; себу материалы - штамм-продуцент кіргізіледі; ферментация жүргізіледі; белгілі уақыттан кейін биореактор тоқтатылады, ақырғы өнім мен биомасса шығарылады. Аппаратты тазалайды, зарарсыздандырады және үдерісті қайталайды.

• Жұмыстың көлемі немесе өсірілетін сұйық биомасса көлемі аппарат сыйымдылығының жалпы көлемінен 7/10 аспауы тиіс. Көбік жиналатын сұйық биомасса бетіндегі бос кеңістік буфер ретінде пайдаланылады, сондықтан культуралы сұйықтың шығынын болдырмайды. Берілетін ауа фильтрация жолымен механикалық бөлшектерден. Микроорганизмдерден, химиялық заттардан тазартылады (фильтрлер әртүрлі, оның ішінде гранулданған немесе талшықты материал, d=16 -18 мкм). Технологиялық кезең келесі көрсеткіштер бойынша бақыланып, меңгеріледі: • Физикалық : температура, қысым, араластырғыштың айналу жиілігі, көбік түзелу, ауа ағынының жылдамдығы, оның тұтқырлығы және турбуленттігі; • Химиялық: р. Н ортасы, тотығу- тотықсыздану потенциалы, еріген оттегі мен көмірқышқыл газының мөлшері, көміртегі, азот, фосфор, магний, калий, кальций, натрий, темір, т. б. тұздары мен иондардың құнарлығы

Қазіргі микробиологиялық өндірісте ең жиі қолданылады. Реактор субстрат пен оны метаболизациялайтын микроорганизмдер араласатын резервуар болып табылады, онда реакциялар жүру үшін қолайлы жағдайлар жасалынады. Температура мен р. Н реттеледі. Қоректік орта арқылы кейде оттегімен қаныққан фильтрленген ауа айдалады, химиялық және биологиялық талдау үшін сынамалар алынады. Ластануды болдырмау үшін екі тәсіл қолданылады: Барлық кіретін саңылаулар бумен зарарсыздандырылады; Реактор ішінде атмосфералық қысымнан артық қысым жасалынады. Бірнеше сағаттан бірнеше күнге дейін созылатын үдеріс аяқталғанда, барлық қоспаны реактордан алып тастайды, бұл өнімді бөліп, тазалау үшін жасалынады.

• Ф. , измерения и регулирования температуры, количества продуваемого воздуха и давления внутри Ф. • В случае необходимости Ф. дополнительно снабжается устройствами для измерения и регулирования p. H среды, концентрации растворённого кислорода в культуральной жидкости, углекислого газа в выходящем воздухе, сигнализатором уровня пены и приспособлениями для механического или химического пеногашения. При непрерывном процессе культивирования микроорганизмов Ф. дополнительно оборудуются стерилизуемыми резервуарами для хранения компонентов питательной среды и насосами для их непрерывной подачи в Ф.

• • Үздіксіз ферментацияда аппарат толтырылған кезден бастап, ферментация үдерісі динамикасында биореакторға үздіксіз белгілі жылдамдықпен жаңа қоректік орта беріледі және үздіксіз биомассаның барабарлық мөлшері алынып тасталады. Ферментативтік үдеріс бірнеше тәулік бойы жалғасады. Биореакторлар жұмыс тәртібі жағынан ғана емес (кезеңдік және үздіксіз жұмысты), ол көлемі және алға қойылған мақсаты бойынша (зертханалық – көлемі 3 -10 л, тәжірибе-өндірістік немесе пилоттық -30 -100 л, өндірістік – 100 және одан көп литр), өсу жағдайы бойынша (аэробтық және анаэробтық, мезо- және термофильді, беттік және тереңдікте өсу, т. б. ) ерекшеленеді. Өсірілген жасушалардың биокатализдік қасиеттерін тиімді пайдалану үшін, оларды биореактор ішіндегі ұстағыштарға орналастырады, ал қоректік зат оларды жуып өткен сияқты болады; жасушалар бекітілген және анғұрлым тұрақты, ұзақ уақыт ферментативтік белсенділікті көрсетеді. Жалпы биореакторларда ферментация үдерісінің технологиясы типті. Мысалы, кезеңдік ферментацияда келесі типтік этаптар ұсынылады: қоректік орта-субстраттың, биореактро іші, көмекші жабдықтың зарарсыздығы; аппаратты қоретік орта-сабстратпен толтыру; штамм-продуцент таза жасушалары – материалын кіргізу; жасушалар өсуінен басталатын ферментация үдерісі, одан кейінгі олардың көбеюі мен ақырғы өнім синтезі (бұл алғашқы немесе кейінгі метаболиттің болуына байланысты, ақырғы өнім синтезі микроорганизмдер көбеюінің әр түрлі фазаларында – ортасында, аяғында болуы мүмкін);

• • • ақырғы өнімді бөліп алу және тазалау ферментативтік үдерісті екі кезеңге бөлуге толық болады: биологиялық нысанды дайындауға, оны өсіруге , ферментацияға, биоазықты тазалауға байланысты, биологиялық кезең; шикі затты алдын ала өңдеуді, қоректік затты таңдау мен дайындауды, биореактор мен қосымша жабдықты зарарсыздандыру, оттегіні беруді реттеуді, р. Н, температура тәртібін қамтитын биологиялық емес кезең; ферментация үдерісінің инженерлік бөлігі. Биореактордың құрылысын жасау биомассаны өсіру жағдайын оңтайландыру, ферментативтік үдерістің динамикасын автоматтық бақылауды қамтамасыз ету, биоазықты бөліп, тазалау тәсілдерін жасау, шикізатты ақырғы өнімге биохимиялық трансформацияға мүмкіндік беретін оңтайлы жағдайларды қолдау, ферментативтік үдеріс кезінде биоазықты инактивациядан өте жақсы сақтауға мүмкіндік беретін жағдайларды жасау және жалпы биомассадан оны бөлу- осылар ферментативтік үдерістің биологиялық емес, инженерлік кезеңдік мәні. Ферментация сатысы- орталық саты, барлық ферментативтік үдерістің негізі, сонда субстраттан, шикізаттан биокатализатор көмегімен (микроорганизмдер, жануар мен өсімдік жасушалары) биосинтез немесе биотрансформация нәтижесінде қажетті өнім (аминқышқылдары, витаминдер, антибиотиктер, т. б. ) алынады.

• • Әрине, ферментативтік үдерістің химиялық синтезден елеулі айырмашылығы бар: аэрацияланған биомассаны араластыруды жүзеге асырғанда биореакторда міндетті түрде туындайтын физикалық-химиялық әсерлерге химиялық катализаторларға қарағанда жасушалардың сезімталдығы (әсіресе, жануар мен өсімдіктік текті, мицелиалдық өңездер); химиялық реакцияларға қарағанда жасушалардың өсу жылдамдығы біршама төмен: биомасса құнарлығының екі еселену уақыты бірнеш ондаған минуттан бірнеше тәулікке дейін құрайды; биореакторда ферментативтік үдерістің зарарсыздығын ұстау, басқа микрофлорамен контаминациялаудан сақтайтын оның саңылаусыздығы; жасушалар өсуі, қоректі метаболиттер синтезінің биохимиялық механизмдерін реттеудің біршама күрделілігі; алынған ақырғы өнімнің тұрақтылығының төмендігі, оның биологиялық белсенділігін сақтауда белгілі технологияларды жасауды талап етеді. Химиялық синтезден ферментацияның жоғарыда айтылған айырмашылықтары биореакторда биокатализдік реттеудің белгілі күрделіліктерімен, технологиялық ерекшеліктердің кешенімен, биологиялық нысанның өз метаболизмнің өзгешеліктерімен байланысты.

Используют Ф. в промышленности при микробиологическом синтезе (См. Микробиологический синтез) антибиотиков, ферментов, витаминов, аминокислот, нуклеотидов, белкововитаминных концентратов и т. д. , в научных исследованиях в области микробиологии, биохимии и др. родственных дисциплин.