5.1.Пищевая конкуренция в смешанных культурах. Влияние условий культивирования на состав популяций. Аутостабилизация фактора, ограничивающего развитие популяции.

Состав смешанной популяции может контролироваться скоростью протока.

В условиях глубокого лимитирования большую роль играет способность популяции утилизировать низкие концентрации субстрата, а при увеличении скорости протока, т.е. снятии лимитирования определяющее значение переходит на максимальную скорость роста.

Также для кислорода.

Во всех случаях не наблюдается метаболистического влияния популяций.

Для популяции макроорганизмов Вольтерра показал, что в конце концов должен остаться один вид имеющий наибольшее соотношение ε/γ, где ε – коэф. Характеризующий удельную способность к размножению или росту, γ – коэф. Удельной потребности вида в пище.

Явление аутостабилизации. Аутостабилизационный фактор выражает ограничивающий или лимитирующий фактор в развитии популяции. Сдерживающий фактор стремится сохранить на постоянном уровне или в предельно малых изменений своей величины. Не происходит неограниченного роста популяции из-за ограничений среды, которые противостоят развитию любой популяции. В условиях смешанной кульутры при совместном лимитировании роста в конкурентной борьбе побеждают те популяции, которые способны более полно утилизировать субстрат, т.е. доводить его до низких концентраций. Результирующая величина остаточной концентрации и служит количественным показателем конкурентной способности популяции.

5.2. Конструкции барботажных и барботажно-эрлифтных ферментеров.

Общей чертой всех аппаратов этой группы является отсутствие движущихся элементов; культуральная жидкость перемешивается за счет энергии сжатого воздуха, подаваемого в аппарат через барботер или другое устройство. К ферментаторам с вводом энергии газовой фазой относятся барботажные, барботажно-эрлифтные, колонные и некоторые другие.

Барботажные аппараты. Представляют собой сосуд, в нижней части которого установлено газораспределительное устройство — барботер, предназначенное для подачи аэрирующего воздуха. При необходимости аппарат оснащают теплообменным устройством в виде охлаждающей рубашки. Барботер может быть выполнен в виде тонкостенной трубки или системы трубок, в стенках которых имеются отверстия диаметром 0,3 —2мм.

Наиболее распространенные типы барботеров изображены на рис.

1 – кольцевой, 2 – квадратный, 3 – лучевой.

Основной недостаток барботажных аппаратов — низкая скорость сорбции кислорода (1— 2 кг/мч). Этот недостаток частично устраняется при использовании аппаратов колонного типа с большой высотой столба жидкости. В них выше движущая сила процесса массопередачи, увеличена интенсивность микро- и макроперемешивания среды пузырьками воздуха, что приводит к возрастанию скорости сорбции кислорода.

С целью интенсификации массообменных процессов барботажные ферментаторы оснащают дополнительными элементами: циркуляционными контурами, контактными устройствами и др.

Контактные устройства представляют собой неподвижные элементы различной формы (перегородки, тарелки и т.п.). Они предназначены для увеличения поверхности контакта газовой и жидкой фаз, следовательно, для повышения скорости массопередачи в системе газ — жидкость и жидкость — газ. Интенсификация процесса массопередачи в аппаратах с контактными устройствами достигается за счет дополнительного диспергирования газовых пузырьков, формирования рациональной структуры потоков газожидкостной эмульсии, увеличения длительности пребывания пузырьков газа в жидкости и др.

Основные типы применяемых в ферментационных аппаратах контактных устройств изображены на рис.

а –барботажный Н/D <=2, б - барботажный колонный 2<H/D<10, в – барботажно-эрлифтный H/D < 2.

Широко применяются в микробиологической промышленности барботажно-эрлифтные и колонные аппараты с контактными устройствами. Барботажно-эрлифтные аппараты снабжены одним или несколькими диффузорами либо перегородками для разделения восходящих и нисходящих потоков ферментационной жидкости. Широко применяются в производстве кормовых дрожжей на гидролизатах древесины и сульфитных щелоках. В настоящее время известно более 30 конструкций барботажно-эрлифтных ферментаторов.

Аппарат системы Лефрансуа. Дрожжерастильный аппарат системы Лефрансуа представляет собой вертикальную цилиндрическую емкость, внутри которой концентрично расположен цилиндрический диффузор, одновременно выполняющий функции теплообменника (рис.). Воздух подается в аппарат по трубе, расположенной в центре аппарата, и диспергируется через кольцевую щель, образованную коническим основанием воздухораспределителя и днищем ферментатора. Перемешивание ферментационной жидкости в аппарате происходит во время циркуляции, вызываемой восходящим потоком пузырьков воздуха, попадающих во внутреннюю полость диффузора. Пеногашение осуществляют при необходимости химическим способом.

Ферментатор системы Шоллер -Зайделя.

Это цилиндрическая емкость, вокруг которой установлено 12 выносных циркуляционных труб диаметром 35 см. Воздух подается в нижнюю часть их. Ферментационная жидкость движется за счет энергии подаваемого воздуха вверх по выносным трубам и вниз в основном объеме аппарата.

Общий недостаток всех барботажно-эрлифтных ферментаторов — низкая интенсивность массопередачи в системе газ — жидкость, обусловленная плохим диспергированием воздуха. Это, в свою очередь, приводит к уменьшению производительности в расчете на единицу объема. Однако барботажно-эрлифтные ферментаторы широко применяются в гидролизно-дрожжевом производстве благодаря простоте конструкции и малым удельным затратам энергии.

Эрлифтный аппарат. В аппарате отсутствует механическое перемешивание, поэтому проще поддерживать асептические условия. Воздух для аэрации среды подастся по трубе, расположенной вертикально в ферментаторе. Аэратор, конструкция которого обеспечивает вихревое движение выходящего воздуха, расположен в нижней части диффузора и насыщает питательную среду воздухом. Газожидкостная смесь поднимается по диффузору и перемешивается через его верхние края. В этой же зоне часть воздуха уходит из аппарата, и более плотная среда опускается вниз в кольцевом пространстве между корпусом ферментатора и диффузором. Так происходит многократная циркуляция среды в ферментаторе. Для отвода биологического тепла внутри ферментатора установлен змеевик, а также аппарат снабжен секционной рубашкой. Недостатком этих аппаратов является низкая интенсивность массообмсна по кислороду.

Ферментатор с эрлифтом: 1 — штуцер для слива, 2 — аэратор, 3 — змеевик, 4 — штуцер для загрузки. 5 — люк, 6 — корпус аппарата, 7 — диффузор, 8 — рубашка, 9 — труба передавливания.