50. Принципиальные схемы биотехнологических процессов, определяющие конструктивные особенности биореакторов(ферменторов)

Принципы:

1. Принципы масштабирования – поэтапно увеличивается объем аппарата

2. однородность физико-химических условий (температура, ph)

3. принцип массопередачи. Должны происходить процессы обмена веществом м-у разными фазами (перенос О2)

4. теплообмена. Перераспределение тепловой энергии м-у взаимодействующими фазами.

5. Пенообразование. Связано с наличием поверх. Активных веществ и перемешиванием

6. принцип асептики. Должны быть стирильные условия , т.к. работа с чистыми культурами

7. дифференцированных режимов. Должен быть возможен перевод из 1 режима культивирования в другой. Разные этапы 1 процесса – различные условия.

Биореактор должен обладать системами:

• эффективного перемешивания (гомогенизация питательной среды)

• Обеспечение доступа и диффузии газообразных компонентов

• Теплообмена

• Пеногашения

• Стерилизации

• Контроля и регулировки

Классификация биореакторов:

По размерам:

• Лабораторные (1-10л)

• Опытно-промышленные (10л-40м3)

• Промышленные

По режиму работы:

• Периодическое культивирование

• Непрерывное культивирование

По условиям культивирования:

• Для поверхностного культивирования

• Для Глубинного культивирования

• Для Жидких сред

• Для Твердых сред

По отношению к О2:

Для: аэробов, анаэробов, мезофиллов, термофилов,

По способу перемешивания:

• Механическое

• Пневматическое

• циркуляторное

51.Основные требования, предъявляемые к системам, используемым для процессов ферментации

Для каждого биотехнологического процесса должна быть разработана подходящая схема, а сам процесс должен постоянно наблюдаться и тщательно контролироваться. Для большинства практических биотехнологических процессов такими системами являются ферменторы или биореакторы, которые обеспечивают необходимые физические условия, способствующие наилучшему взаимодействию катализатора со средой и поставляемым материалом. Биореакторы варьируют от простых сосудов до весьма сложных систем с различным уровнем компьютерного оснащения.

Биореакторы изготавливаются в двух вариантах или типах. Первый тип для нестерильных систем, когда нет абсолютной необходимости оперировать с чистыми культурами микроорганизмов (например, ферментация при пивоварении, производство пекарских дрожжей и т. п.). Биореакторы второго типа предназначены для асептических процессов, обычно используемых в производстве таких соединений, как антибиотики, аминокислоты, полисахариды и одноклеточный бактериальный белок. В реакторах такого типа все посторонние микроорганизмы должны быть исключены, что, естественно, связано со значительными сложностями при их конструировании и разработке самого биотехнологического процесса.

Основное требование к биореакторам любого типа сводится к обеспечению оптимальных условий роста продуцента или накоплению синтезируемого им продукта. Для достижения указанных целей необходимо разрабатывать технологию, призванную оптимизировать процесс, а именно: использовать подходящий источник энергии, набор питательных веществ должен соответствовать питательным потребностям организма продуцента, из ростовой среды должны быть удалены соединения, ингибирующие его жизнедеятельность, должна быть подобрана соответствующая посевная доза и, наконец, обеспечены все остальные требуемые физико-химические условия. Экономически рентабельные процессы в своей основе весьма сходны, независимо от избранного продуцента, используемой среды и образуемого продукта. Главная задача — получение максимального количества клеток с одинаковыми свойствами при их выращивании в определенных тщательно контролируемых условиях. Фактически один и тот же биореактор (лишь с небольшими изменениями) может быть использован для производства ферментов, антибиотиков, органических кислот или одноклеточного белка.