74. Специализированные ферментационные технологии: аэробные, твердофазные и газофазные процессы

Многие биотехнологические процессы основаны на взаимодействии трех фаз: твердой, жидкой и газообразной. Существуют процессы, в которых роль жидкой фазы сведена до минимума: она лишь используется для увлажнения твердой поверхности или воздуха (газа). В зависимости от превалирующей фазы процессы и соответствующие им аппараты подразделяются на твердофазные и газофазные.

Твердофазные осуществляются, как правило, на основе растительного сырья и используют чаще всего мицелиальные грибы и дрожжи или их комбинации. Различают три типа твердофазных процессов:

• Поверхностные, когда слой субстрата не превышает 3–7 см ("тонкий слой"). В качестве "биореакторов" используются большие (до нескольких квадратных метров) подносы или культуральные камеры.

• Глубинные процессы, идущие в не перемешиваемом слое ("высокий слой"). Биореакторы представляют собой глубокие открытые сосуды. Для аэробных твердофазных процессов разработаны приспособления, обеспечивающие диффузионный и конвекционный газообмен.

• Перемешиваемые процессы, протекающие в перемешиваемой и аэрируемой массе субстрата, который может быть гомогенным (полужидкой консистенции) или состоять из частиц твердого вещества, взвешенных в жидкости (переходный вариант от твердофазного процесса к процессу в жидкой фазе). Для этого обычно используют биореакторы с низкоскоростным перемешиванием. Интерес к твердофазным процессам обусловлен их некоторыми преимуществами по сравнению с процессами, осуществляющимися в жидкой фазе:

1) они требуют меньших затрат на оснащение и более дешевые в эксплуатации;

2) характер субстрата облегчает отделение и очистку продукта;

3) низкое содержание воды препятствует заражению культуры продуцента посторонней микрофлорой;

4) твердофазные процессы не связаны со сбросом в окружающую среду больших количеств сточных вод.

Однако и здесь существуют свои проблемы. Вследствие отсутствия хорошего перемешивания продуцент часто растет в виде колоний и лишь постепенно может распространяться по субстрату; при этом возникает локальная недостача питательных веществ, тогда как часть субстрата вообще не используется (не колонизируется) продуцентом; недостаточно эффективный контроль за аэрацией и др.

Газофазные процессы

Процессы этого типа осуществляются в аппаратах с твердым наполнителем, через который пропускают газ. В таких аппаратах получают, например, спирт на основе дрожжей, а также их биомассу, мелкие агрегаты дрожжевых клеток, предварительно увлажненные концентрированной питательной средой, "парят" в потоке газа, подаваемого под сильным давлением через сопло в днище реактора. Газ, покидающий аппарат, несет с собой летучие продукты жизнедеятельности дрожжей (в том числе и спирт), которые конденсируются в холодильнике.

Процесс может осуществляться как в аэробных, так и в анаэробных условиях (в зависимости от используемого газа).

75.Особенности культивирования клеток растений.

1. В суспензионной культуре: клетки образуют агрегаты и сами по себе дифференцируются

2. На плотной среде – образуются калусные культуры(обычно бесцветные, хотя растут на свету)

3. Растение – лист – пектиназа, можно ввести ДНК, клетки – целлюлоза – протопласты(используются в клеточной инженерии, слияние – клетки – гибриды растения) – регенирация – деление – каллус на плотной среде – побеги – фитогармоны

Метод флотации: клетки продуцента обл. небольшой смачивостью и клетки продуцент. Накапливаются в верхних слоях биореактора, Доб. ПАВ – образуется пена – собирают пену в пеноприлы + экономичность.

Метод фильтрации: использ различные фильтры. Принцип задержания биомассы: диаметр пор уменьш. Р-ра культивируемых клеток. Биомассу с фильтра снимаем струей воздуха или спец. Лопатками.

Метод центрифугирувания: осаждение частиц культ. Жидкости с применением центорбежной силы. Но это очень дорого, зато – эффективно.

РАЗРУШЕНИЕ КЛЕТОЧНЫХ стенок:

• Физические методы(жидкая среда: ультразвук, замораживание, мельницы; твердая среда: прессы/шаровая мельница)

• Химические методы(детергенты, обработка кислотой, экстракция ацетоном, толуолом)