Лекция №1. «Өндірістегі биотехнологиялық процестер мен аппараттар» пəніне кіріспе
жүктеу/скачать 0.51 Mb. Pdf көрінісі
|
| №4-дəріс. Биотехнологиялық өндірістің аппараттары: культивациялау.
Биотехнологиялық процестерді аппараттармен жабдықтау. Микроорганизмдерді периодтық жəне үздіксіз культивациялау. Биореакторлар. Биореакторлардың классификациясы. Биореактордың жұмыс істеу принципі. Газдық -құйынды биореактор. Өндірістік ферментерлер.
культуралық сұйықтықты араластырып тұратын құрал. Биотехнологиялық өндірісте дəрілік жəне ветеринарлық, вакцин, метан, тағам өнімдерін (ферменттер, тағамдық қоспалар, глюказалық сироптар) өндіруде, сонымен қатар крахмал биоконсервілері жəне полисахаридтік жəне мұнай ыдыратқыштар өндірісінде қолданылады. Механикалық, аэролифттық жəне газ құйынды биореактор түрлеріне бөлінеді. Биореактордың жұмыс істеу принципі. Кез келген биореактор микроорагизмдер жəне олардың клеткалары үшін оптималды жағдайлар жасауға арналған, соның ішінде олардың тыныс алуын қамтамасыз етеді, қоректі енгізеді, биореактордың газ жəне сұйық бөліктерін бір келкі араластыру арқылы метоболиттерді шығарады. Бұл жағдайда клеткаларға жылулық немесе механикалық əсерлер жасамаған дұрыс. 18
Механикалық биореакторда араласу механикалық араластырғышпен өтеді. Бұл бір жағынан бірқалыпты араластырмайды жəне екіші жағынан микроарганизмдердің өлуіне алып келеді. Аэролифті биораекторда газдың фазасын сұйықтық арқылы (барботажды араластыру), үрлеу арқылы орындалады. Бірақ бұл жағдайда нəтижелі араласуды болдырмайды, қажетсіз көбіктенуге əкеліп соғады. Газ-құйынды биореактор түрінде араластыру квазистационарлы ағыстың осьтік қарсы тогымен араластырылады, беттің үстінде қысымның төмендеуінің нəтижесінде пайда болған газдың аэрациялағыш құйынымен жəне ауа ағысының суспензия бетіне үйкелісі нəтижесінде пайда болады.
сезімтал клеткаларды пайдалану арқылы жаңа емдік препараттарды жасаудың жылдам қарқынмен дамуы, микробиологиялық синтездің оңтайлы жағдайларын қамтамасыз ететін – қазіргі заманғы биореакторларды жасау қажеттігін тудырды. Биореактордың жұмысы – онда культивацияланатын клеткалар жəне микроорганизмдермен үшін қолайлы жағдай жасау. Бұл жағдай төмендегілерді қамтамасыз етеді: 1. газ фазасында жақсы масса алмасуы– дем алуы, 2. қоректену – қоректік заттарды енгізу. 3. метоболиттерді шығару. Бұл кезде клеткалар механикалық, жылулық жəне басқа да стресстік əрекеттерге ұшырамау керек. Араластыруда белгілі екі тəсілі бар. Бірінші тəсіл – механикалық құралдардың көмегімен сұйық фазаның ішінде орналасып айналу арқылы сұйықты қозғалысқа келтіреді. Екінші тəсіл – газ фазасын сұйықтың ішіне үрлеу арқылы араластыру. Механикалық араластырғышты биореактордың кемшілігі: – араластыру кезінде жоғары турболентті жəне тоқырау аймағы пайда болу. Солардың əсерінен клеткаларға қажет қоректік заттар біркелкі жеткізілмейді; – метоболиттерді шығару кезінде де осы жағдай болады. – осы себептерден аппараттағы беттік массаалмасу клеткалар мен микроорганизмдер культурасы үшін жеткіліксіз болады; – араластырғыш құралдардың қалақтарының ұшында кесіп отыратын күштің пайда болуы əсерінен клеткалар мен микроорганизмдер өледі. Механикалық араластырғышы бар
биореакторларда қолданған қуаттардың 70 % ортаның қарсы күштерін жою үшін жұмсалады. Осы кезде механикалық энергия жылу энергиясына айналады да, культуралық сұйыққа зиянды артық жылу көбейеді. Осы артық жылуды шығару қосымша қаражат кетпек жəне жылыту бүкіл көлемге əркелкі тарайды да, биотехнологиялық процестердің нəтижелеріне зиянды əсер етеді. Араластырғыш құралдардың қалақшаларының ұшында қыздырудың локальды микрозоналары пайда болады да, олар да клеткаларға зиян келтіреді.
19
Аэролифті биореактор газды фазада жақсы араласады. Бірақ қатты араласпайды. Аэролифті биореактордың кемшіліктері: - əлсіз араласқандықтан белсенді тіршілік ететін культуралар үшін жарамайды. - қалқып шыққан ауа көпіршіктері жарылған кезде жанындағы сезімтал клеткаларды өлтіреді немесе жарақаттайды, мысалы эмбриональды немесе насекомдардың клеткаларын. Сонымен қатар осы биореакторларда аса мол көбіктену болады да, аппараттың барлық көлемін пайдалануға мүмкіндік бермейді, ал көбікті химиялық заттар мен басу соңғы өнімнің сапасын түсіруге жəне қымбаттануына əкеп соғады.
Аэролифті биореакторда жабысқақ сұйықтықтарда пайдалануға мүмкіндік жоқ. Əлемдегі қолданылып жүрген биреакторлардың көбі жоғарыда айтылған кемшіліктері бар екі апараттардың қосынды түрі қолданылады. Бұл кемшіліктер клеткалардың араластыру кезіндегі жарақаттануларына, масса алмасудың жеткіліксіздігіне, турбументті жəне тоқырау аймағының болуына, энергияның көп жұмсалуына жəне жабысқақ ортадағы нашар жұмыс істеу сипаттамаларына байланысты. Биореактор термостаттандырылған ыдыс болып келеді. Оның ішінде газдық орта жəне культуралық орта культуралық сұйықтықтың беті арқылы еркін бөлінеді. Толтыру көлемі биореактордың физикалық көлемінің 10% - тен 90%-ке дейін, технологиялық талаптарға байланысты өзгеріп отырады. Биореактордың газды аймағынды культуралды ортаның бетінде қарқынды ауа құйыны пайда болады. Ауа культуралды ортаны айнамалы қозғалысқа келтіреді де, осьтік жылдамдық алаңы пайда болады. Культуралды ортаны биореакторда араластыру сұйықтық ортада 3 өлшемді қозғалыс тудыру арқылы орындалады. Қозғалыс беттің үстіндегі қысымның ауытқуының жəне ауа ағысының суспензия бетіне үйкеліс күшінің нəтижесінде пайда болатын аэрациялағыш газ құйынының əсерінен болады. Сұйықтық ортада үш векторлы қозғалыс болады: Б) вертикалдық жазықтықта; В) радиалды құрамдас бөлігі болады; Осының арқасында жұмсақ, көпіршіксіз жəне жоғарғы трубулетті, гидросоққысыз жəне жоғары турбулентті зоналарсыз, бірақ эффектілі араласу болады.
Газ-құйынды биореакторда масса алмасу жылдамдығы жоғары: 6000- 8000 (KL 1/сағ). Өндірісте 10-90% көлемін толтырғанда өзінің сипаттамаларын өзгертпестен жұмыс істейді, аралық биореакторларды қолданудың қажеті жоқ. Тұтқырлығы судың тұтқырлығындай сұйықтарды араластыру үшін энергия шығыны небəрі 0,3 вт/л жұмсалады, бұл механикалық араластырғыштары бар биреакторға қарағанда, 10-12 есе аз.
20
Газ-құйынды биореактордың қуатының 98% аралстыру үшін жұмсалады, энергия (температура) барлық көлемге біркелкі таралады. Бұл процесте локальдық зоналар – жоғары температуралы микрозоналар түзілмейді. Газды құйын қолайлы көбік басушы болып табылады. Биореактордың гидродинамикасы ондағы
сұйықтың көлеміне байланысты болмайды, биореактор жеңіл масштабтанады. Жоғарыда аталған газ-құйынды биореакторлар арқылы: - белгілі биореактор түрлерінде нашар
өнетін клеткаларды культивациялауға болады; - көлемінің кішкентай реактордың көлеміне қатынасы 100:1 болатындай, үлкен көлемді бір типті биореактор жасау жəне технологиялық тізбектен аралық көлемдегі биореакторды алып тастау; - ары қарай тазарту процесін жəне соңғы өнімді алуды қиындататын жəне қымбаттататын химиялық көбік басқышты қолданбау. Төмендегі суретте (4-сурет) қолданыста кең таралған биореакторлар қатары көрсетілген:
жүктеу/скачать 0.51 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|