Лекция №1. «Өндірістегі биотехнологиялық процестер мен аппараттар» пəніне кіріспе

25 

 

Микроорганизмдерді  стерильді  жағдайда  терең  культивация  жасау  үшін 

қолданылатын биореакторлардың  ішкі қабырғалары,  мұқият  полировать  етілуі 

керек,  айнадай  жылтырап  тұруы  қажет.  Дұрыс  өңделмеген  қабырғалардың 

əсерінен  культура,  əсіресе  үздіксіз  культивация  жасау  жағдайларында    (30 

немесе  одан  да  көп  тəуліктерге  созылатын)  басқа  микрофлорамен  ластануы 

мүмкін.  Биореакторларға  жəне  онымен  технологиялық  байланысқан  басқа  да 

аппараттарға  жалғанған  құбырлар  белгілі  бір  жүйемен  орналсуы  қажет  жəне 

оларды бөлек стерилизациялау мүмкіндігі болуы керек. 

Биореакторды  конструкциялық  жабдықтау,  оған  жылу  берудің  таңдап 

алынған əдісіне де байланысты. Микроорганизмнің табиғатына жəне оның даму 

стадияларына байланысты бөлінентін жылу мөлшері де əртүрлі. 

Биореакторлар  қолданылатын  мақсатына  қарай  таңдап  алынады  жəне 

жасалады.  Зерттеу  жұмыстары  үшін  универсальды  араластыру  жүйесі  бар 

биореакторлар  таңдап  алынады,  ал  өнеркəсіп  үшін  специализацияланған 

биореакторлар  қажет.  Зерттеу  жұмыстарына  арналған  биореакторларды 

биотехнология  дамыған  əрбір  елде  шығарады.  Əдебиетте  (қос.6)  ең  күрделі 

аэробты  культивациялауға  арналған  ферментерлердің  негізгі  топтары  жəне 

олардың  сипаттамалары  берілген,  оның  негізінде  қолданылатын  биологиялық 

агенттің  қасиеттерін  байланысты  аппаратты  алдын  ала  таңдап  алуға  болады. 

Ферментаторлардың  ажырамайтын  бөлігі  –  көбікті  реттеу  жүйесі  болып 

табылады. 

Аппараттың  принципиальды  конструкциясын  алдын  ала  таңдап  алған  

соң, 

биотехнологиялық     синтездің,      биотехнологиялық     процестердің 

ерекшеліктеріне,  өндірістік  тəжірибелерге,  тіпті  традицияларға  негіздей 

отырып, 

механикалық 

тұрақтылығын, 

жылу 

беру 

бетін, 

аэрация 

қондырғыларын,  өнімділігін  есептейді.  Жобаланып  отырған  процеске 

биореакторларды практика  жүзінде  таңдап  алу  үшін  аэрация  жəне  араластыру 

жағдайларын  идентификация  жасау  жəне  оларды  аппараттың  ішкі 

конструкциясын  таңдау  арқылы  конструктивтік  қамтамасыз  ету  (жобалау) 

күрделі мəселелердің бірі болып табылады. 

Биореактордың  типін  жəне  конструкциясын  таңдау  ортаның  көбік  түзу 

қасиетіне  жəне  көбікті  басу  əдістеріне  байланысты  болады.  Майлардың  жəне 

басқа да химиялық көбік басқыштардың əсерімен цитоплазмалық мембрананың 

өткізгіштігі  өзгереді,  зат  алмасу  процесі  нашарлайды,  бұл  биосинтездің 

ингибирленуіне 

əкеледі. 

Сондықтан 

химиялық 

көбік 

басқыштарды 

механикалық  көбік  басқыштармен  түгелдей  немесе  ішінара  алмастыру, 

аппараттың конструктивтік өзгерісіне алып келеді. 

Механикалық  көбік  басудың  тиімді  əдістерін  химиялық  көбік 

басқыштарды қоспай пайдалану аппараттың конструкциясын күрделілендіреді, 

бірақ  бұл  жағдайда  дефицит  майлардың  шығыны  азаяды  жəне  биосинтез 

жылдамдайды. 

Культуралық  сұйықтық  аэрациялау  процесінің  маңызы  тек  қана 

клекаларға  оттек  жеткізумен  шектелмейді.  Соңғы  кезде  барлық  зерттеулердің 

үлкен  назары  метаболизмнің  газ  тəрізді  өнімдерінің  ең  алдымен,  көміртек 

диоксидінің  десорбциясы  мəселелеріне  аударылып  жүр.  Культивация   жасау 

26 

 

үшін  лимитті  фактор  оттек  бойынша  масса  алмасу  емес,  метаболизмнің  газ 

түріндегі  өнімдерінің  десорбциясының  жеткіліксіз  қарқыпдылығы  екендігі 

тағайындалған.  Сонымен  қатар,  СО

2

-нің  минималды  жəне  максималды 

критикалық концентрациясы болуы қажет. 

Аэрация процесі культуралық сұйықтықты міндетті түрде араластырумен 

жүреді.  Бірақ  бұл  процесс  торларға  механикалық  əсермен  байланысты.  Бұл 

əсерлердің  зардаптары  қолайлы  бола  алады,  егер  клетка  конгломераттарының 

(гранулалардың)  бұзылуы  байқалса,  ал  клеткалардың  бұзылуы  немесе 

зақымдануы байқалса зиянды болады. 

Демек,  өсірудің  əрбір  бақылау  процесіне  арналған  араластыру  келесі 

бағыттардың  біреуі бойынша процесті лимиттейді: 

1.  газ  –  сұйықтық  масса  беру  (аппараттың  бүкіл  көлеміне  қоректік 

ортаның бірдей жоғары турбуленттілігін жасау мүмкін емес, сондықтан барлық 

сұйық турбуленттілігі ең жоғары зона арқылы өтуге ұмтылады. 

2.  сұйық-клетка  масса  беру  (клетканың  маңындағы  араластырумен 

анықталады жəне клетканың размерлеріне тəуелді болады ). 

3.  клеткаға  механикалық  əсер  (сұйықта  жылдамдық  əсерінен  пайда 

болатын  күшке  тəуелді  болады,  бұлғауыш  қалақтарының  жылдамдығынмен 

сипатталады). 

Культуралық сұйықтық жақсы көбіктенетін сұйықтың классикалық үлгісі 

болып  келеді. 

Аэробты  культивация  процесін  жүргізгенде  көбік  түзілуді  процесті 

жүргізуге кедергі келтіретін зиянды құбылыстардың категориясына жатқызады, 

себебі: 

- көбік түзілу культиватордың толу коэффициентінің азаюына  əкеледі; 

- культуралық сұйықтықтың төгілуінен  шығын көбейеді; 

-  ластаушы  заттармен  күресу  қиындайды  жəне  ауа  аэрациялайтын 

сүзгілердің істен шығуы мүмкін; 

-  көбік  түзілу  микроорганизмдерді  оттекпен,  қоректік  заттармен 

жабдықтау  жағдайларын  нашарлатады  жəне  метаболизм  өнімдерін  шығаруды 

нашарлатады. 

Микроорганизмдерді  культивация  жасау  кезінде  көбік  деңгейін  реттеу 

үшін  жəне  микроорганизмдердің  биореактордан  шығарымын  болдырмау  үшін 

əртүрлі əдістерді қолданады . Оларды бес топқа бөлуге  болады. 

1.  Көбікке  химиялық  жəне  физикалық  –  химиялық  заттармен  əсер  ету; 

көбік  түзу  қабілеті  төмендетілген  қоректік  орталарды  пайдалану;  көбіктің 

қабықшасының беріктігін азайтушы БАЗ  қосу, 

2.  Көбікті  механикалық,  гидро-  жəне  аэродинамикалық  əдістермен  бұзу; 

сұйықпен жəне газбен əсер ету; көбікті инерциялық, ортадан тепкіш жəне басқа 

да  əдістермен  сепарациялау;  көбіктегі  газдың  қысымын  аздап  өзгерту;  көбікті 

араластырылатын сұйық ағынымен жауып көбікті бұзу. 

3.  Көбікті  физикалық  əсерлер  арқылы  басу;  дыбыс  жəне  ультрадыбыс 

жиіліктерінің  ауытқуын  өзгерту  арқылы;  өткір  бумен  немесе  қыздырылған 

сұйықтың көмегімен термиялық басу арқылы; электрлік көбік басу əдісі. 

27 

 

4.  Аэрациялайтын  ауа  шығынын  уақытша  азайту,  механикалық 

бұлғауышты сөндіру, аппараттан артық көбікті шығару арқылы көбік деңгейін 

тұрақтандыру. 

5.  Араластырылған  əсерлер.  Практикада  негізінен  көбік  сөндірудің 

химиялық  жəне  механикалық  тəсілдері  қолданылады,  сонымен  қатар  олардың 

біріктіріп те қолданады. 

Көбік  басуға  арналған  механикалық  қондырғылардың  екі  типі  болады  – 

айналатындар жəне қозғалмайтындар (статикалықтар ). 

Көбікті  басуға  арналған  механикалық  құрылғылардың  əрекеті  көбіктің 

көпіршіктерін  олардың  жұмыс  беттерімен  беттесуі  кезінде  басуға  негізделген. 

Механикалық көбік басқыштардың кең тараған конструкциясы  – көбік бетінің 

үстінде үлкен жылдамдықпен айналатын  диск. 

Автоматты  түрде  көбікті  басудың  жүйе  комбинирленген  жүйесі  электр 

энергиясының  жəне  химиялық  көбік  басқыштардың  ең  аз  шығынынымен, 

ферментатордағы көбік деңгейін ең нəтижелі реттеуге мүмкіндік береді. Көбік 

деңгейінің тұрақтылығы микроорганизмдерді оттекпен қамтамасыз етуге жəне 

СО

2 

шығарып тұруға қолайлы жағдай жасайды. 

Вирустарға  қарсы  вакциналар  өндірісінің  технологиялық  стадияларын 

аппараттармен  жабдықтау  бактерияларға  қарсы  вакциналар  өндірісінің 

аппараттарынан көп айырмашылықтары бар. 

Гормональдық  препараттардың  бір  бөлігін  клеткалар  культуралықетінде 

өндірген  дұрыс.  Жануарлар  клеткалары  үшін  қолданылатын  орталар  күрделі 

болуы  мүмкін  (60  компонент  жəне  одан  да  көп).  Қандай  жаңа  орта  керектігін 

қазір  айту  қиын,  бірақ  ол  белгілі  орталардан  арзан,  дайындалуыжəне 

қолданылуы  оңай,  компоненттерінің  саны  аз  болуы  керек  жəне  универсалды 

болуы қажет. 

Қажетті  жабдықтарды  жасаудың  негізгі  екі  бағыты  бар.  Бірінші  бағыт 

үйлесімді  тап  осы  спецификалық  процесті  ғана  жүргізуге  арналған 

қондырғылар  жасау.  Екінші  бағыт  көп  мақсатқа  арналған,  берілген 

бағдарламадан кез келген жұмысты жасауға қабілетті қондырғылар жасау. 

Бірінші бағыттың үлгісіне өнімдерді генерациялауға қабілетті жануарлар 

клеткаларын алуға арналған аппараттарды жатқызуға болады. 

Альтернативті  методология,  насадка  қабаты  элементтерінің  беттеріне 

клеткаларды  иммобилизациялауды  қарастырады,  ұсақ  саңылаулы  матрицалар 

ішінде  клеткаларды  орналастыруға  негізделген.  Осындай  системалар 

гибридомды клеткалардың антиденесі өндірісінде сыналған болатын. 

Жануарлардың 

клеткаларын 

гомогенді 

немесе 

квазигомогенді 

культивация  жасауға  мүмкіндік  беретін    аппараттар    жасалуда,    сиымдылығы 

100 – 1000 л; оның көмегімен жануарлардың клеткаларын суспензияда өсіруге 

болады.  Аппаратты  аздап  модификациялау  (ауа  енгізу  жəне  бұлғауыш 

орналастыру)  аппаратты  бактериялар,  ашытқылар  жəне  саңырауқұлақтар 

өндірісінде қолдануға жарамды жасайды. Принципте, осындай қондырғыларда 

өсімдіктердің клеткаларының культурасын өндіруге болады. 

Бірақ,  барлық  жағдайларда  да  қондырғыларды  эксплуатациялық  - 

өндірістік сапасын сипаттайтын көрсеткіштерді ескере отырып,    альтернативті 

28 

 

системалардың  қондырғыларымен  салыстырып  таңдайды,  мысалы:  эрлифтті 

жəне  мұнаралық  немесе  колонналы  биореактор.  Бəсекелес  аппараттарды 

технологиялық бағалау мəні осында. 

Биотехнологияның  басқа  облыстарында  сияқты,  жануарлар  клеткаларын 

культивация жасау жəне олардан өнім алу облысында да, қондырғының негізгі 

геометриялық  қасиеттерін  жəне  масса  алмасу    сипаттамасын    өзгертпестен 

оның жұмыс көлемін өсіру мүмкін емес. 

Биологиялық      процестерді 

қазіргі      заманғы      қондырғылармен, 

мехинизациялау жəне автоматизациялаудың техникалық құрал жабдықтарымен 

жабдықтаудың  негізгі  мақсаты  биопрепараттардың  өнімділігін  жəне  сапасын 

жоғарылату, еңбекті қорғау жəне қоршаған орта мəселелері. 

Биотехнологияда 

математикалық 

модельдеу, 

оптимизациялау, 

масштабтау, экономикалық-математикалық əдістерді пайдаланып жүйелі түрде 

қарастыру кеңінен қолданылуда. 

Негізгі əдебиеттер: 3 [74-81]; 4 [78-85]. 

Қосымша əдебиеттер: 6 [191-201]. 

Бақылау сұрақтары: 

1.  Биотехнологиялық 

процестердің 

қондырғыларына 

қойылатын 

талаптар. 

2.  Биореактордың конструктивтік жабдықталуы немен анықталады? 

3.  Көбік түзілу, қөбікті басу, процестердің мəні. 

4.  Биотехнологиялық 

процестерге   қазіргі  заманғы   құрал   жабдықтар 

жасаудың перспективті бағыттары. 

 

жүктеу/скачать 0.51 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: