Биореакторы или ферментаторы (устройство, системы)
Биореактор (ферментатор) представляют собой аппарат для культивирования микроорганизмов, растительных и животных клеток, в котором происходят биохимические реакции.
Системы биореакторов изготавливаются из стекла (лабораторные) и нержавеющей стали (пилотные и промышленные). Биореакторы можно подразделить на биореакторы для культивирования грибов и бактерий, клеток и тканей растений, а также клеток и тканей животных.
Устройство биореакторов - это герметичные цилиндрические емкости, объемом 0,05-200 м3. Размеры ферментаторов определяются соотношением внешнего диаметра к высоте, которое варьирует обычно в пределах от 1:2 до 1:6.
В биореакторе устанавливают мешалки турбинного, пропеллерного или иного типа.
Для поддержания температуры в системе биореактора является двойной кожух или теплообменник по типу змеевика.
Кроме этого, устройство биореактора имеет трубопроводы для подвода питательной среды, воды, пара, воздуха, пеногасителей и других веществ.
Для контроля и регулирования процессов биосинтеза устройства биоректоров оборудованы измерительными и регулирующими устройствами: измерение температуры, рН, обороты мешалки, уровня пены, концентрации биомассы и др.
Система биореактора используют для проведения аэробных и анаэробных процессов ферментации. Во время аэрации и перемешивания питательной среды в процессе ферментации образуется пена, которая может нарушить стерильность процесса и вызвать потерю культуральной жидкости. В связи с этим рабочий объем внутренней системы биореактора не должен превышать 7/10 общего объема. Для пеногашения используют как химические вещества, так и механические методы.
Различают установки для глубинного и поверхностного культивирования. Для поверхностного культивирования микроорганизмов на твердых питательных средах используют установки биореакторов различных конструкций.
Аппараты периодического действия обычно имеют вид горизонтальных барабанов, а аппараты непрерывного действия - колонн, разделенных на определенное количество секций в зависимости от мощности производства и технологии культивирования.
Биореакторные установки для глубинного культивирования, в свою очередь, подразделяют на 3 группы:
- с подводом энергии в газовой фазе;
- в жидкой фазе;
- в жидкой и газовой фазе.
Устройство биореакторов указанных групп имеют большое количество общих элементов. Разница заключается в конструкциях перемешивающих устройств и таких, по которым осуществляется аэрация. К ферментаторам 1-й группе относятся барботажные, барботажно-эрлифтные, колонные и др.
Среди аппаратов 2-й группы можно выделить три основные группы: ферментаторы с Самовсасывающие мешалками, струйные и эжекционного. В Б. 3-й группы энергия подводится к жидкой фазы с помощью перемешивающих устройства, а к газовой фазы - путем принудительной подачи воздуха.
К. Шюгерль (1982) предложил подразделять устройства биореакторов на 3 основные группы по способу потребления энергии для диспергирования и перемешивания стерильного воздуха:
- энергия используется на механическое движение внутренних элементов;
- энергия используется на работу внешнего насоса, который обеспечивает рециркуляцию жидкости и / или газа;
- энергия используется на подачу и сжатие газа в культуральную жидкость.
Одним из главных требований к системе биореактора является сохранение стерильности в процессе культивирования, поэтому они должны быть герметичными. Стерилизацию оборудования биореактора и системы трубопроводов осуществляют термическим путем «острой» парой, или паром, который регенерируется в самом устройстве биореактора с помощью электронагревателей. В некоторых случаях используют предварительную обработку системы биореактора химическими веществами.
^Наверх