Конструкция биореакторов

Все формы и виды ферментационных систем создаются, имея

основной целью обеспечение одинаковых условий для всех компонентов

содержимого реактора. В ферменторах биокатализаторы суспендированы

в жидкой среде, содержащей необходимые субстраты для обеспечения

роста организмов и образования нужного целевого продукта.

Для создания оптимальной биореакторной системы необходимо

точно придерживаться следующей генеральной линии:

• Биореактор должен быть сконструирован так, чтобы исключить

попадание загрязняющих микроорганизмов, а также обеспечить

сохранения требуемой микрофлоры.

• Объем культивирумой смеси должен оставаться постоянным, т. е.

чтобы не было утечки или испарения содержимого.

• Уровень растворенного кислорода должен поддерживаться выше

критических уровней аэрирования культуры аэробных организмов.

• Параметры внешней среды, такие, как температура, рН и т. п.,

должны постоянно контролироваться.

• Культура при выращивании должна быть хорошо перемешиваемая.

К материалам, используемым при конструировании сложных,

прецизионно работающих ферменторов, предъявляются определенные

требования (порой весьма строгие):

а) все материалы, вступающие в контакт с растворами, подающимися

в биореактор, соприкасающиеся с культурой микроорганизма, должны

быть устойчивыми к коррозии, чтобы предотвратить загрязнения

металлами даже в следовых количествах;

б) материалы должны быть нетоксичным и, чтобы даже при самой

малой растворимости они не могли бы ингибировать рост культуры; в)

компоненты и материалы биореактора должны выдерживать повторную

стерилизацию паром под давлением;

г) перемешивающая система биореактора и места поступления и

выхода материалов и продуктов должны быть легко доступными и

достаточно прочными, чтобы не деформироваться или ломаться при

механических воздействиях;

д) необходимо обеспечить визуальное наблюдение за средой и

культурой, так что материалы, используемые в процессе, по возможности

должны быть прозрачными.

Для оптимизации биотехнологических процессов требуется

постоянный и тщательный контроль за изменяющейся картиной

ферментации, что обеспечивается наличием

в биореакторах

соответствующих датчиков, позволяющих осуществлять избирательный

анализ определенных параметров ферментационного процесса.

Неотъемлемой частью большинства ферментаций является та или иная

степень компьютеризации.

За последние десятилетия форма биореакторов существенно

изменилась. Первые (исходные) ферментационные системы представляли

собой неглубокие емкости, перемешивание в которых осуществлялось

либо путем их встряхивания, либо посредством перемешивания

содержимого вручную. На основе первичных систем в последующем были

созданы аэрируемые башенные конструкции, которые в настоящее время

доминируют в промышленном производстве.

Системы перемешивания являются важным классификационным

принципом биореакторов различного типа. Правда, поскольку

биореакторы являются многопараметровыми аппаратами, они могут

классифицироваться и по другим критериям: размерам, целевым

назначениям (лабораторные, опытно-промышленные или пилотные,

промышленные), режиму работы (периодического и непрерывного

действия), условиям культивирования (аэробные и анаэробные,

мезофильные и термофильные, для поверхностного и глубинного

выращивания, для жидких и твердых питательных сред, газофазные).

И все же система перемешивания имеет не последнее значение в

классификации. По способу перемешивания и аэрации биореакторы

подразделяются на аппараты с механическим, пневматическим и

циркуляционным перемешиванием.