Очистка стоков и выбросов 1 страница

Мы рассмотрели схему основного биотехнологического производства, которое на некоторых стадиях, если не на всех, имеет определенные стоки и выбросы в атмосферу. Очистка этих стоков и выбросов — специальная задача, которая обязательно должна решаться в наше экологически неблагополучное время. По существу очистка стоков — это отдельное биотехнологическое производство, имеющее свои подготовительные стадии, биотехнологическую стадию, стадию отстаивания биомассы активного ила и стадию дополнительной очистки стоков и переработки осадка. Очищенная вода иногда может быть возвращена в основное производство. Так организована, например, безотходная технология получения кормового белка из парафинов нефти.

18. Подготовительные операции при использовании в производстве биообъектов микроуровня.

Подготовительные стадии служат для приготовления и подготовки необходимых видов сырья биотехнологической стадии.

На стадии подготовки могут быть использованы следующие процессы.

Приготовление среды,обычно жидкой, включающей необходимые компоненты питания для биотехнологической стадии.

Стерилизация среды— для асептических биотехнологических процессов, где нежелательно попадание посторонней микрофлоры.

Подготовка и стерилизация газов(обычно воздуха), необходимых для протекания биотехнологического процесса. Чаще всего подготовка воздуха заключается в очистке его от пыли и влаги, обеспечении требуемой температуры и очистке от присутствующих в воздухе микроорганизмов, включая споры.

Подготовка посевного материала.Очевидно, что для проведения микробиологического процесса или процесса культивирования изолированных клеток растений или животных необходимо подготовить и посевной материал — предварительно выращенное малое по сравнению с основной стадией количество биологического агента.

Подготовка биокатализатора.Для процессов биотрансформации или биокатализа необходимо предварительно подготовить биокатализатор — либо фермент в свободном или закрепленном на носителе виде, либо биомассу микроорганизмов, выращенную предварительно до состояния, в котором проявляется ее ферментативная активность.

Предварительная обработка сырья.Если сырье поступает в производство в виде, непригодном для непосредственного использования в биотехнологическом процессе, то проводят операцию по предварительной подготовке сырья. Например, при получении спирта пшеницу сначала дробят, а затем подвергают ферментативному процессу «осахаривания», после чего осахаренное сусло на биотехнологической стадии путем ферментации превращается в спирт.

Другой пример — использование древесины для получения дрожжей. Древесину сначала измельчают, а затем подвергают нагреву до 200°С в кислой среде. В результате такого процесса частичного гидролиза происходит превращение древесины в раствор глюкозы и лигнин. Раствор глюкозы (гидролизат) как раз и используется в биотехнологическом процессе для получения кормовых дрожжей.

19. Питательные среды. Классификация. Компоненты питательных сред. Методы стерилизации.

Питательные среды по своему составу подразделяются на две группы: натуральные (естественные) и синтетические.

Натуральными называются среды, имеющие неопреде ленный химический состав, так как в них входят продукты растительного или животного происхождения, отходы различных производств. На натуральных средах хорошо развиваются многие микроорганизмы, так как в этих средах имеются, как правило, все компоненты, необходимые для их роста и развития.

Синтетическими называются среды, в состав которых входят только определенные химически чистые соединения, взятые в точно указанных концентрациях. Такие среды широко используются для исследований, связанных с изучением обмена веществ микроорганизмов.

По физическому состоянию среды подразделяются на жидкие, плотные и сыпучие.

Жидкие среды используются для накопления биомассы или продуктов метаболизма. Плотные среды готовят из жидких, добавляя агар-агар иди кремнекислый гель (силикагель). Агар-агар удобен тем, что большинство микроорганизмов не может использовать его в качестве субстрата и поэтому он является лишь уплотняющим средством. В холодной воде полисахарид нерастворим, но растворяется в ней при нагревании до высокой температуры (90-100° С). При охлаждении агаровая среда застывает в виде студня с гладкой поверхностью. Такие среды используются для выделения чистых культур, для хранения культур, количественного учета микроорганизмов и в ряде других случаев.

Сыпучие среды - разваренное пшено, перловая крупа, Отруби, пропитанные питательным раствором - используют в промышленной микробиологии для получения некоторых БАВ, например, ферментов.

В промышленности микробного синтеза широко используются чистые углеводы, а также природные и технические продукты, богатые углеводами. К ним относятся глюкоза, сахароза, лактоза, крахмал, кукурузная мука, меласса, зеленая патока.

Для приготовления питательных сред используются техническая глюкоза. Она содержит не менее 99,5% редуцирующих веществ (в пересчете на сухой остаток) и фактически представляет собой чистый углевод,

Сахароза - свекловичный или тростниковый сахар. Техническая сахароза, используемая в промышленности, содержит не менее 99,75% сахарозы, которая представляет собой дисахарид, состоящий из глюкозы и фруктозы.

Лактоза - молочный сахар. Она содержится только в молоке и в других природных продуктах не обнаружена. Получают лактозу из молочной сыворотки, которая образуется при производстве сыров, творогов, казеина. Лактоза представляет собой дисахарид состоящий из глюкозы и галактозы.

Крахмал - на 96-97% состоит из полисахаридов, кроме того, в нем присутствуют минеральные вещества и жирные кислоты. Полисахариды крахмала представлены двумя типами - амилазой (10-20%) и амилопектином (80-90%).

Крахмал получают из картофеля или кукурузы. Крахмалы разного происхождения значительно различаются по разветвленности цепей, степени полимеризации и некоторым другим свойствам. Под действием амилолитических ферментов крахмал расщепляется до глюкозы, которая в дальнейшем утилизируется продуцентом по гликолитическому или пентозофосфатному путям,

Кукурузную муку получают при разматывании зерен кукурузы. В промышленных средах кукурузная мука часто заменяет крахмал, являясь более дешевым сырьем. Кукурузная мука содержит: крахмал - 67-70%; другие углеводы (клетчатка, пептозаны, растворимые углеводы) - 10%; белки - 12%; зола - 0,9%.

Среди зольных элементов в небольшом количестве присутствуют ионы фосфора, калия, магния. Состав кукурузной муки может колебаться в значительных пределах в зависимости от сорта кукурузы, условий ее выращивания и хранения.

Меласса - отход сахарного производства. Она представляет собой маточный раствор, образующийся при отделении кристаллов сахарозы на центрифуге после третьей кристаллизации. По внешнему виду меласса - густая вязкая жидкость темно-коричневого цвета. Состав непостоянен и может колебаться в зависимости от почвенных и климатических условий выращивания свеклы, технологии ее переработки, условий транспортировки и хранении мелассы.

Нормальная меласса в среднем содержит: сухие вещества - 75-82%, сахароза - 45-50%, общий азот - 1,2-2,2%, зола 6-10%. В мелассной золе присутствует много калия, магния, кальция, железа, но сравнительно мало фосфора. Кроме того в мелассе содержится ряд аминокислот, витаминов группы В и органических кислот.

Зеленая патока - отход производства глюкозы их крахмала. Она содержит не менее 76% редуцирующих веществ, золы - не более 3,5%, сухих веществ - не менее 50%. Сахара зеленой патоки состоят в основном из глюкозы. Основная часть зольных элементов - хлористый натрий, образующийся при нейтрализации соляной кислоты, применяемой для гидролиза крахмала содой.

Азотное питание микроорганизмов по своему значению приближается к углеродному, хотя уступает последнему по объему. Азот входит в состав клеточных компонентов, которые обеспечивают жизнеспособность организмов. Источниками азотного питания для продуцентов БАВ служат различные азотсодержащие вещества неорганического и органического происхождения. Источниками минерального азота чаще всего являются соли аммония и азотной кислоты. В качестве органических источников азота в промышленности наиболее широко применяются кукурузный экстракт и соевая мука.

Кукурузный экстракт - это отход производства крахмала из кукурузы. По внешнему виду это густая жидкость темно-коричневого цвета с хлопьевидной взвесью или почти однородная. В состав кукурузного экстракта входят: азот общий - 6-8%; азот шинный - 1-3%; азот белковый - 0.8-2%; углеводы - 0-10%; органические кислоты - 15-20%; зола - не более 24%.

Основными элементами золы являются фосфор, калий, магний Кукурузный экстракт также содержит витамины группы В, некоторые ростовые вещества, биостимуляторы.

Соевую муку получают при размалывании соевых бобов, а также соевого жмыха и шрота, образующихся после извлечения соевого масла Соевая мука подразделяется на необезжиренную, полуобезжиренную и обезжиренную. Кроме того, соевая мука бывает дезодорированная (обработанная паром) и недезодорированная. Обработка паром позволяет увеличить срок хранения, и дезодорированная мука может храниться в течение года, а недезодорированная - 1,5 - 3 месяца.

Из основных компонентов соевой муки особое значение для процессов ферментации имеют азотсодержащие вещества. Азот соевой муки находится главным образом в составе белков, на долю которых приходится 40,5%. Кроме белков в соевой муке содержатся углеводы - до 25%; органические кислоты - 1,5%; зола 4,5-6,5%. В необезжиренной муке присутствует 19,5% жира. В состав золы входят ионы калия, фосфора, магния, кальция, а также ряд микроэлементов.

Минеральные компоненты играют важную роль в жизнедеятельности микроорганизмов. Содержание их в клетке относительно не велико, но функции чрезвычайно важны. Минеральные элементы в клетках микроорганизмов необходимы для регулирования осмотического давления, окислительно-восстановительных условий и величины рН. Они изменяют гидрофильность протоплазмы, а также играют и пластическую роль, входя в состав конструктивного материала клеток.

Минеральные элементы участвуют в формировании пространственной структуры биополимеров - белков и нуклеиновых кислот.

Одна из основных функций минеральных элементов - участие в ферментативном катализе. В настоящее время действие четвертой части всех ферментов в клетки связано с металлами. Минеральных состав питательной среды формирует распределение электрических зарядов на поверхности клетки. Обычно клетки микроорганизмов имеют отрицательный заряд. При добавлении в среду электролитов он снижается и тем сильнее, чем выше валентность добавляемого противоиона. Изменение электрического потенциала клеток может изменить их физиологическую деятельность, воздействовать на селективность клеточной мембраны, вызвать флокуляцию или флотацию клеток.

Конструкция и механизм действия системы стерилизации зависят от метода стерилизации биореактора, вспомогательного оборудования, питательных сред и воздуха.

Наибольшее значение имеют термический метод для стерилизации оборудования и сред и фильтрационный — для удаления микроорганизмов из вводимого в биореактор воздуха или другого газа. Как правило, для стерилизации сред и аппаратуры используют влажную термическую обработку с применением воды и пара. Такая обработка дает больший эффект, чем нагревание сухого биореактора. Чаще всего используют стерилизацию перегретым паром, вводимым под давлением непосредственно в аппарат или генерируемым в самом биореакторе. Однако в последнем случае среда, содержащая белки, пригорает к электронагревателю, размешенному в аппарате, поэтому реактор стерилизуют с нагретой дистиллированной водой, а среду стерилизуют отдельно.

Эффективность и быстрота уничтожения микрофлоры возрастают но мере повышения температуры: имеет место температурная зависимость, аналогичная уравнению Аррениуса для химических реакций. Высокая температура нагревающего агента (пара, витков спирали электронагревателя) обеспечивает быструю гибель термоустойчивых бактериальных спор, которые часто попадают в «островки теплоизоляции» — глыбки твердых субстратов, густые суспензии высокомолекулярных соединений и т. д.

В то же время по мере повышения температуры ощутимо возрастают энергозатраты на стерилизацию, усиливается отрицательное влияние нагревания на качество сред. Следовательно, необходимо найти оптимальную температуру, при которой достигается высокая надежность стерилизации и в то же время сводятся до минимума энергозатраты и порча стерилизуемого материала. Применение пара, подаваемого через змеевики без прямого контакта со средой, ограничивает эффективность стерилизации. Этот метод используется при стерилизации неводных сред, например масляных.

Нагревание вызывает химические превращения компонентов питательных сред. При 100°С и выше карбонильные группы сахаров вступают во взаимодействие с ионами аммония или с аминогруппами аминокислот и белков. При этом образуются неусваиваемые клетками продукты. Этот пример говорит о необходимости в некоторых случаях раздельной стерилизации компонентов питательной среды.

Разложение ряда веществ, например витаминов, вынуждает ограничить время и температуру для термической стерилизации соответствующих сред, а иногда — вовсе отказаться от нее, поэтому применяют химические дезинфицирующие средства или фильтрацию жидкостей. Фильтры, однако, быстро забиваются клетками микрооорганизмов и другими взвешенными частицами, чем обусловлено неудобство фильтрационного метода стерилизации жидких сред.

Иногда химические изменения субстратов в процессе термической стерилизации положительно влияют на качество сред. При стерилизации раствора, содержащего глюкозу, аминокислоты и фосфаты, путем фильтрации или путем раздельной термической обработки растворов перечисленных компонентов получается среда, малоподходящая для роста пропионовых бактерий. Напротив, совместная стерилизация аминокислот, фосфатов и глюкозы путем нагревания способствует росту этих бактерий.

Фильтрация воздуха или другого газа обычно обходится без частой смены фильтров, поскольку в них содержание взвешенных частиц меньше, чем в жидких средах. Из фильтров различных типов наиболее перспективны .мембранные фильтры из тефлона с диаметром пор около 0,2 мкм. Такие фильтры эффективно задерживают частицы с размерами, в 100 раз меньшими указанного диаметра пор. Это связано в основном с броуновским движением частиц в воздухе, отклоняющим их от прямолинейной траектории, что обусловливает высокую вероятность столкновения частиц со стенками пор и их адсорбцию. Вследствие этого фильтрация приводит к освобождению воздуха не только от бактерий и их спор, но и от бактериофагов и других вирусов (R. S. Conway, 1984, Т. Leahy, R. Gabler, 1984). На второй план отступает применение фильтров других видов, сложенных из гранул активированного угля или волокон стеклянной ваты, вискозы, целлюлозы.

20. Очистка и стерилизация технологического воздуха. Схема подготовки потока воздуха, подаваемого в ферментатор.

Система производства сжатого, очищенного от микроорганизмов, воздуха, имеющего определенную температуру, является сложой технологической системой.

Она состоит из трех последовательно соединенных подсистем:очистки от пыли и сжатия; приведения воздуха к; термодинамическому состоянию, благоприятному по влажности и температуре для разделения аэрозоля; разделение аэрозоля в фильтрах грубой и тонкой очистки.

Первая подсистема. Атмосферный воздух забирают турбокомпрессором через заборную шахту высотой 20-30 м, где концентрация микроорганизмов стабилизирована. Прежде всего воздух попадает в предфильтры, где он освобождается от грубого аэрозоля - пыли. Првдфильтры не только предохраняют комлрессоры от затрязнения. но и существенно снижают количество контаминантов. которые могди бы попасть во 2-ю подсистему.

За рубежом в настоящее время в предфидьтрах применяют рулонные пористые материалы. В нашей стране успешно испыган пенополиуретан, который обеспыливается пьшесосом или теплой водой с мылом. Срок службы материала 1,5-2 года. Однако до сих пор на болыгшнстве заводов исполъзуют масляные фильтры (см. рис). После этого воздух сжимают в турбокомпрессоре до 0,35-0,5 Мпа. Давление сжатия воздуха в компрессоре определяют из расчета давления на преодоление сопротивления в системе воздухоподготовки, давления столба жидкости в ферментаторе и создания в нем давления 0,13-0,14 Мпа. Сжатие воздуха в компрессоре приводит к повышению его температуры до 120-250°С и увеличению влагосодержания в единице объема.

Вторая подсистема. В случае высокого содержания влаги в исходном атмосферном воздухе конденсируется еще большее количество влаги при его охлаждении. Выпадение влаги на фильтрах недопустимо, так как это прнводит к слипанию волокон и образованию каналов, и тогда эффекты, осаждения частиц на волокне не проявляются. Кроме того, на увлажненных волокнах фильтров возможно размножение осевших микроорганизмов, что приводит к дополнительному обсеменению воздуха.

Чтобы обеспечить выпадение влаги в каплеуловителе, воздух «переохлаждают» до температуры 25-40°С в теплообменном аппарате. Затем, для обеспечения надежной работы фильтров 2-й и 3-й ступеней, воздух нагревают до температуры 70-90°С. При таких температурах, исключается конденсация паров воды на волокнах фильтра. С этой нелью воздух после брызгоуловителя подогревают в теплообменнике, при этом допускается частичное подмешивание горячего воздуха после компрессора. Количество подмешиваемого воздуха определяется условиями относительной влажности, которая не должна быть больше 40%.

Третья подсистема состоит из двух фильтров второй и третьей ступеней очистки. Фильтр второй ступени, или головной фильтр обычно расположен на территории завода рядом с цехом. На головном фильтре очищают воздух для всех ферментаторов цеха. Из головного фильтра воздух по кодлектору подается в индивидуальные фильтры третьей ступени, установленные у каждого ферментатора, независимо от его вместимости.

Конструкция индивидуатьного фильтра зависит от типа используемого фильтрующего материала. Для ткани Петрянова применяют конструкцию, представленную на рис. В цилиндрический корпус монтируют прямоугольный пакет, собранный из П-образных алюмшшевых рамок, между которыми зажимается лента из ткани Петрянова.

Для фильтрующего материала, сложенного в виде матов, используют конструкцию, представденную на рис. Изображена конструкция, предназначенная для установки фторопластовых фильтрующих элементов.

При эксплуатации фильтров необходима ихстерилизация.

Наиболее эффективным методом является нагревание влажным паром и выдержка в течение определенного времени при температуре 125-130°С, Применение более высокой температуры вызывает деструкцию герметизирующих прокладок в фильтрах. После стерилизации фильтрующий материал высушивают горячим воздухом.

В зарубежных системах очистки воздуха значительно повышена надежность работы за счет установки дополнительной ступени очистки и дублирования основного оборудования. Кроме того, для крупных ферментаторов применяют автономные системы очистки воздуха, что облегчает задачу поддерживания термодинамического режима, так как не требуется большой протяженности трубопроводов; наконец, в фильтрах используют стандартные фильтрующие элементы, изготовленные промышленным способом.

Очистка отработанного воздуха. В процессе ферментации в качестве отхода производства образуется большое количество отработанного воздуха, выбрасываемого в атмосферу. Установлено, что такой воздух на заводах антибиотиков содержит от 2 до 4 мг/м³ вещеетв с неприятным запахом.

С отработанным воздухом выбрасывается в атмосферу несколько десятков органических соединений: амины, альдегиды, жирные кислоты, кетоны, спирты, эфиры и т.д. Относительная влажность воздуха, выходяшего из ферментатора, приближается к 100%; кроме того он включает культуральную жидкость в виде мелких брызг; а со-держание клеток продуцента зависит от вида его, времени ферментации, и составляет от 1 х 10⁵ до 1 х 10⁵ клеток в 1 м³.

В настоящее время применяют несколько принципиально различающихся методов очистки отработанного воздуха. Метод каталитического дожигания относится к разряду энергоемких. Суть его состоит в том, что отработанный воздух прокачивают при температуре 320-350⁰С через комбинированный катализатор, состоящий из слоя пиролюзита и слоя палладиевого катадизатора, Степень обезвреживания воздуха 87-98,5%.

Менее энергоемким является метод жидкофазного окисления с применением в качестве окислителей перманганата калия или гипохлорита натрия. Отработанный воздух по мере прохождения скруббера орошается раствором натрия гипохлорита,20% раствором едкого натра, водой и выбрасывается в атмосферу. Орошающие растворы обращаются в замкнутом цикле. Смену отработанных растворов проводят в 1 раз в неделю. Эффективность очистки 90-95%. Недостатком метода является то, что при его реализации накапливаются в небольшом количестве сточные воды, которые нужно утилизировать. Такие установки успешно работают, например, в Италии в производстве пенициллина, цефатоспорина С и других антибиотиков.

Известен также метод с применением сетчатых фильтров (ФС); конструкция ФС разработана по ВНИИ проектно-конструкторском институте прикладной биохимии. Фильтр состоит из цилиндрического корпуса с крьппкой и днищем, внутри помещен фильтрующий элемент, изготовленный из металлических сеток трикотажного плетения с диаметром проволоки 0,28 мм из нержавеющей стали(рис. ).

Воздух, проходя через фильтр, освобождаегся от капелек культуральной жидкости с микроорганизмами. Эффективность очистки 99.6%. Для повышения эффективности очистки на ряде заводов осуществлена схема, состоящая из циклона и сетчатого фильтра «Ц-ФС». Эффективность зтой системы составляет 99,97%.

21.Критерии подбора ферментаторов. Характеристика и классификация биореакторов в зависимости от вида протекающих в них процессов и от конструкционных особенностей (способы потребления энергии, способы смешивания и ввода энергии и др.).

Промышленное производство биопрепаратов представляет собой сложный комплекс взаимосвязанных физических, химических, биофизических, биохимических, физикохимических процессов и предполагает использование большого количества разнотипного оборудования, которое связано между собой материальными, энергетическими потоками, образующими технологические линии.

Основным аппаратурным элементом биотехнологического процесса является биореактор ферментер (рис.). Биореакторы предназначены для культивирования микроорганизмов, накопления биомассы, синтеза целевого продукта. Биореакторы изготавливают из высоколигированных марок стали, иногда из титана. Внутренняя поверхность биореактора должна быть отполирована.

Типовые ферментеры представляют собой вертикальные ёмкости различной вместимости (малые от 1 до 10 л, многотоннажные более 1000 л) с минимальным числом штуцеров и передающих устройств. В биореакторах должны быть обеспечены оптимальные гидродинамические и массообменные условия.

Ферментеры снабжены паровой рубашкой, мешалками, барботерами, стерилизующими воздушными филырами, отбойниками, обеспечивающими необходимые температурный, газовый режим, гидродинамическую обстановку в биореакторе (т.е. процессы массо и теплообмена). В биореакторах имеются пробоотборники для отбора проб культуральной жидкости в процессе биосинтеза. Могут быть и другие конструктивные особенности, учитывающие специфику биотехнологического процесса. Работа отдельных узлов контролируется измерительными приборами, фиксирующими как параметры технологического процесса, так и отдельные физикохимические показатели культивирования (температуру стерилизации и культивирования, скорость вращения мешалки, давление, расход воздуха или газов на аэрацию, пенообразование, рН, еН, р02, рС02 среды).

Тип биореактора, чистота обработки внутренних стенок аппарата и отдельных его узлов, ёмкость, коэффициент заполнения, поверхность теплоотдачи, способ отвода тепла, тип перемешивающих, аэрирующих устройств, арматура и запорные приспособления, способ пеногашения, далеко не полный перечень отдельных элементов, которые, в отдельности и во взаимосвязи, влияют напроцесс культивирования микроорганизмов и клеток.

Биореакторы подразделяют на три основные группы:

- реакторы с механическим перемешиванием;

- барботажные колонны, через которые для перемешивания содержимого пропускают воздух;

- эрлифтные реакторы с внутренней или внешней циркуляцией; перемешивание и циркуляция культуральной среды в них обеспечивается потоком воздуха, за счет которого между верхним и нижним слоями культуральной среды возникает градиент плотности.

Биореакторы первого типа используют чаще всего, так катс они позволяют легко изменять технологические условия и эффективно доставлять к растущим клеткам воздух, определяющий характер развития микроорганизмов и их биосинтетическую активность. В таких реакторах воздух подают в культуральную среду под давлением через разбрызгиватель кольцо с множеством маленьких отверстий. При этом образуются мелкие пузырьки воздуха и за счет механического перемешивания обеспечивается их равномерное распределение. Для этой же цели используют мешалки одну или несколько. Мешалки, разбивая крупные пузырьки воздуха, разносят их по всему реактору и увеличивают время пребывания в культуральной среде. Эффективность распределения воздуха зависит от типа мешалки, числа оборотов, физикохимических свойств среды.

При интенсивном перемешивании культуральной среды происходит ее вспенивание, поэтому рабочий объем биореактора не превышает 70% от общего объема. Свободное пространство над поверхностью раствора используется как буферное, где накапливается пена, и таким образом предотвращается потеря культуральной жидкости. В пенящейся жидкости условия аэрации лучше, чем в плотных растворах (при условии непрерывного перемешивания и циркуляции слоя пены, т.е. при исключении нахождения микроорганизмов вне культуральной жидкости). Вместе с тем вспенивание может привести к переувлажнению фильтров в отверстиях, через которые воздух выходит из биореактора, уменьшению потока воздуха и к попаданию в ферментер посторонних микроорганизмов.

Консгпруктивные особенности барботажных колонн и эрлифтных биореакторов дают этим типам ферментеров некоторые преимущества перед реакторами с механическим перемешиванием. Барботажные колонны более экономичны, так как перемешивание в них происходит восходящими потоками воздуха равномерно по всему объему. Отсутствие механической мешалки исключает один из путей проникновения в биореактор посторонних микроорганизмов. В барботажных биореакторах не возникает сильных гидродинамических возмущений (сдвигов слоев жидкости культуральной среды относительно друг друга).

Уменьшение сдвиговых факторов важно по следующим причинам: клетки рекомбинантных микроорганизмов менее прочны, чем нетрансформированные; клетка отвечает на внешние воздействие уменьшением количества синтезируемых белков, в том числе рекомбинантных; под влиянием сдвиговых эффектов могут изменяться физические и химические свойства клеток, что затрудняет дальнейшую работу с ними (ухудшаются условия выделения, очистка рекомбинантных белков). В барботажных колоннах воздух подают под высоким давлением в нижнюю часть биореактора; по мере подъема мелкие пузьфьки воздуха объединяются, что влечет неравномерное его распределение. Кроме того, подача воздуха под высоким давлением приводит к сильному пенообразованию.

В эрлифтных биореакторах воздух подают в нижнюю часть вертикального канала. Поднимаясь, воздух увлекает за собой жидкость к верхней части канала, где расположен газожидкостный сепаратор (здесь частично выходит воздух). Более плотная деаэрированная жидкость опускается по другому вертикальному каналу ко дну реактора и процесс повторяется. Таким образом, в эрлифтном биореакторе культуральная среда вместе с клетками непрерывно циркулирует в биореакторе.

Эрлифтные биореакторы выпускаются в двух конструктивных вариантах. В первом реактор представляет емкость с центральной трубой, которая обеспечивает циркуляцию жидкости (реакторы с внутренней циркуляцией). У эрлифтного биореактора второго типа культуральная среда проходит через отдельные независимые каналы (реактор с внешней системой циркуляции).

Эрлифтные биореакторы более эффективны, чем барботажные колонны, особенно в суспензиях микроорганизмов с большей плотностью или вязкостью. Перемешивание в эрлифтных ферментерах более интенсивно и вероятность слипания пузырьков минимальна.

22.Аппаратурное оснащение биотехнологических процессов. Особенности проведения процессов нестерильных и стерильных производств. Аэробные и анаэробные процессы.

По основной фазе,в которой протекает процесс ферментации, различаются:

1) поверхностная (твердофазная) ферментация (культивирование на агаровых средах, на зерне, производство сыра и колбас, биокомпостирование и др.);

2) глубинная (жидкофазная) ферментация, где биомасса микроорганизмов суспендирована в жидкой питательной среде, через которую при необходимостипродувается воздух или другие газы;

3) газофазная ферментация, в которой процесс протекает на твердом носителе, где закрепляются микроорганизмы, но сами частицы носителя взвешены в потоке газа, насыщенном аэрозолем питательной среды. Надо сказать, что подобный способ ферментации используется довольно редко, в основном при очистке газов от вредных и одорирующих примесей,