Биореакторларды жйелеу

Белгілі бір рецептура бойынша оректік ортаны дайындау шін араластырышы бар биореакторды (ферментер, ферментатор) олданады. Ол ртрлі материалдардан жасалан болуы ммкін. Мысалы, зертханалы биореакторлар шыныдан жасалады, ал нерксіптік биореакторлар – таттанбайтын болаттан, ртрлі конструкциялы ішкі блігі бос жне ішінде араластырышы бар ыдыстар трінде жасалады. оректік ортаны залалсыздандыру шін арнайы ондырыны тадау жне дайындау ажет. Биореакторлар субстрат осылып отырылатын мерзімділік, жартылай мерзімділік жне аынды режимдерде жмыс жасай алады. Мерзімділік режимде жмыс істегенде реактора керекті компоненттер салынады, процесті жргізіп, тзілген арнаулы німді жинап алады. Субстрат осылып тратын мерзімділік режимде субстратты отын-отын немесе здіксіз енгізеді де, ажетті німді процесс аяталаннан со бірден жинап алады.

Жартылай здіксіз процесті жартылай отын-отын тсілмен атарады да, артынан реактор ішіндегі сйыты жартысын йып алып, яни німді жартылай жинап, ыдыса сондай млшерде жаа оректік ортаны яды да, процесті аырына дейін жргізеді. Кейін жмысты осы жйемен айталап отырады. Бндай режим ндірістік ондырыны толы пайдалануа ммкіндік береді.

здіксіз істейтін биореакторлар екі типке блінеді:

1. мбебапты араластырышы бар реактор, хемостат сияты жмыс істейді. Культураны небойы тыыздыы шектеуші субстратты пайдалану есебінен немесе баса оректік заттар, болмаса турбидостат сияты жмыс істейді. Бндаы жары сезгіш аспап культураны тыыздыын не-бойы баылайды, арнаулы рылым кмегімен тратылыын збей біралыпты кйде стап трады. нерксіпте хемостат режимінде жмыс істейтін реакторлар олданылады.

2. Аынды реактор. Толы ыыстырып шыарушы режимде жмыс істейді (поршенді реактор). Суспензиялы культуралар шін сирек олданылады.

нерксіпте брыннан олданылып келе жатан дстрлі мерзімдік діспен сіру кбінесе микробтар синтезі кезінде олданылады, жартылай здіксіз діс – микробтар биомассасын ндіруде, ал здіксіз діс – отын-отын лас суларды тазартуда жне сірке суыны ндірістік алдытарын деуде олданылады. Соы жылдары химиялы згерістер шін отын-отын режимді жне субстратты осып тратын реакторларды олданып келеді. Биомассаны алу шін отын-отын істейтін аынды режимдегі реакторлар олданылады.

сіру кезінде массаны алмастыру. Биореакторларда микробтар популяциясыны дамуында масса алмасу атты (микроорганизмдер), сйы (оректік орталар) жне газ трізді (ауамен амтамасыз ету) ш фазаны атысуымен жзеге асырылады. Масса алмасу барысында бл фазалар аралыында клеткалар оректік заттар жне оттегімен амтамасыз етіліп, ажетсіз метаболиттер шыарылып тасталып, отырылады. Оттегі нашар еритін боландытан оны енуі мен кейбір газ трізді метаболизмдерді сырта шыарылуы, мысалы, кмірышылы, ауаны здіксіз барбатер кмегімен араластыра отырып, жаарту арылы жзеге асырылады.

Реакторды ауаны айдау мен онда араластыру конструкциясы мен істеу принципі ртрлі жйелер кмегімен амтамасыз етіледі. Араластыруа кететін уат масса алмасудаы реакторды басты сипаттамасы болып есептеледі. Клеткаа оттегін жеткізуге шек ойылмауына байланысты ол азаяды да, газ трізді метаболиттерді десорбциялауын амтамасыз етеді, рі культураларды сйыты араласуы серінен реакторды клеміне арай биомасса мен сйыты жне субстратты біралыпты таралуын реттеп отырады. Араластыру клеткаа механикалы сер етеді. Егер де олар клетка конглометраттарын ана блдірсе, онда олайлы сер деп, ал олар клетканы заымдайтын болса – зиянды деп есептеледі.

Кбік тзілу мен оны басу. Масса алмастыруды арындату шін реакцияланушы ортаны араластырып отырады. Бл блкім пайдалы ма, лде зиянды ма, йтеуір кпшілік жадайда кбікті жиі, арынды трде тзілуімен абаттаса жреді. Кбік тзілу еріген заттарды беттік активтілігіне байланысты. Кбік крделі физика - химиялы дисперсиялы система. Ол те траты зат. Егер де олар асиеті жаынан атты денені елестететін заттарды молекулаларынан тзілген болса, онда оны беттік абаттаы молекулалары жиналып екі лшемді белгілі жаа баыттталан рылымды тзеді. Біра ол асиеті жаынан атты затты еске тсіреді. Культураларды сйы оспаларындаы амин, сабын, белоктар сияты заттарды тзілуі кбікті блінуіне кмектеседі. Бндаы белок беттік активті заттар (БАЗ) блек есептеледі. Олар суды беттік керуін тмендетіп, жоары абатта екі лшемді кристала сас рылымды айталамайтындай етіп йытады.

Микроорганизмдерді суі барысында пайда болан кбікпен кресу (оны басу) те крделі процесс, ол арнаулы тсілдер мен ралдарды болуын талап етеді.

а) Физико-химиялы тсіл. Бан ртрлі физикалы - химиялы препараттарды олдану жатады. Кбікті басушыларды: табии (сімдік жне жануарлар майы) жне жасанды (кремийорганикалы жне полиэфирлік, полиметилсиликон ПМС-200, пропенол Б-400 сияты осылыстар) деп бледі.

б) Физикалы діс. ртрлі механикалы ондырылар, ультрадыбысты тербелу, бу аынында, электр рісі т.б. заттарды кмегімен кбікті бзып-блдіруге болады.

Микробиологиялы синтездегі жылуды алмасуы. Биотехнологиялы ндірістерде тзгіштер ретінде негізінен гетеротрофты микроорганизмдерді олданады. Олар жй заттардан крделі органикалы осылыстарды тзетін кмірсулары мен баса да субстраттарды тотыу процесі кезінде тзілетін химиялы байланыстардан уатты амтиды. Катаболизм кезінде босап шыатын уатты млшеріні 40-45 пайызы конструктивті алмасуа жмсалса, аландары жылу кйінде оршаан ортаа тарап кетеді. Сыйымдылыы азантай реакторларды зертханада олдананда жылу сері кп білінбейді. ндірістік жадайда сыйымдылыы лкен ферментация кезінде едуір млшерде жылу блінетін аппараттарды олданады. Бндайда процесс кезінде кп жылу блінеді.

Барлы цикл кезінде олайлы температураны не-бойы сйемелдеп тру жылу алмастырушы ондырылар арылы атарылады. Бларды жобасын жасау биореакторды салма кп тсетін жылу алмасу ондырысын дл математикалы есептеуді талап етеді. Бл ондырылар биореакторларды ішінде (жылан ттік трінде) немесе сырты (теп-тегіс жабын сияты) орналастырылуы ммкін. азіргі кезде сырты жабын мен ішкі жылан ттікті растырып жасалан ондырылар пайдаланылады.

Микроорганизмдерді сіруде асептикалы жадайларды амтамасыз ету ажет. сірілетін ндірістік штамм-тзгіштерді бгде микроорганизмдерден орау – микробиологиялы синтез технологиясыны негізгі талабы болып есептеледі.

Ірі клемді нерксіптік ндірістерде асептиканы амтамасыз ету екі жолмен атарылатын е бір крделі инженерлік міндет:

1. Ортаны бгде микроорганизмдермен ластану жне жмыс блмесінде штамм-тзгіштерді таралып кетуін тежеу тсілдері мен трлі ралдар кмегімен ндірістік технологиялы гигиенаны амтамасыз ету.

2. Реактора салынатын заттарды барлыын (ауаландырыш, оректік орта, кбікті басыштар т.б.) жне ыдысты ішін залалсыздандыруда олданылатын сзгі, трлі залалсыздандырыштар т.б. сияты арнаулы технологиялы рал-жабдытарды пайдалану.

Аспаптарды жне ткізгіш ттіктерді аныан су буымен деу залалсыздандыруды е бір ке тараан дісі болып саналады. Температураны е аз дегейі (115-120°С) бір сааттай уаытта реакторды е оай тексерілетін блігінде байалады. Реактора не-бойы ендіріліп тратын сйы кбік басыштарды залалсыздандыру шін ылалдандырыш ерітінділерді (тз, глюкоза) немесе рН шамасын тексеріп тратын тзеткіштерді (аммиак суы), сзу жне центрифугалау, жылумен деу, ртрлі дезинфанттарды, гамма-ультраклгін суле сияты дістерді олданады.

Ауаны залалсыздандыру. аланы ауа бассейнінде микроорганизмдерді орташа концентрациясы 10³ – 10⁴м³ (клетка). Микробиологиялы заводтар орналасан жерлерде олар едуір кп кездеседі. (10⁹ – 10¹⁰м³) клетка. Ауа микрофлорасыны спекторы трліше, біра барлы жадайда микроорганизмдерді рашылыа жне кн сулесіні радиациясыны серіне тзімді топтары тіршілік етеді. Ауаны залалсыздандыру шін екі тсілді олданады:

1). Ауада жрген майда блшектерді жою.

азіргі кезде тазартуды те-мте тиімді жне жан-жаты дістері мен технологиялы залалсыздандыруды, мысалы, желдеткіштер ауасын тазартанда, саылауы бар йме абаттардан ткізіп сзу немесе талшыты материалдарды олдану арылы орындауа болады.

2). Микроорганизмдерді ауадан тазартпай-а трып рту. Бл шін жоары температурада, ртрлі сулелерді жне т.б. олданады.

Егер сйыты клемі лкен болмаса, белсенді заттарды культуралы сйытытан блу шін жйелі сер ету экстрактылары пайдаланылады. Дегенмен, ндірісте лкен клемдегі сйытыпен жмыс жасалады, сондытан белсенді заттарды жоймас шін тездетіп деу ажет болады. Сондытан да экстрактор - араластырыштар жне циклон типіндегі фазалы эмульсия блгіштер, орталы жинатау сеператорлары, ашыты саыраулатарын айыру сеператорлары, ал антибиотиктер ндірісінде де кешенді экстрактор-сеператорлар олданылады. Бндай ондырылара экстрактор - сеператор «Россия» - ны жатызуа болады.

Ион алмасу, айдау, ректификация, буландыру, криссталдау жне баса да рдістерді микробиология ндірісінде жзеге асыру шін химиялы технология ондырылары олданылады. Белсенді заттарды кептіру шін кбінесе лиофилизация немесе температура серіне траты – кептіру ралдары пайдаланылады.

Іріктеп салу блімдерінде атты заттарды нтатайтын жне ыдыстарды даярлауа жне маркерлеуге арналан автоматтар пайдаланылады.

Микробты синтез процесін басару. Ферменттік катализатор немесе клеткалар популяцияларыны белсенділігі мен тіршілігіні пайдалы уаыты, оларды оршаан ортаа байланысты. Сондытан биореакторларды тиімді пайдалану шін катализаторларды асиетіне тигізетін оларды серін баылау жне білу ажет. Бны брі популяциядаы клеткаларды кй-жадайларын не-бойы баылап отыруа жне орта мен газды физикалы, химиялы параметрлерін анытауа арналан детекторы бар биотехнологиялы ндірісті аспаптармен жабдытау арасында ммкіндік болды.