Большинство ферментационных технологий связано с жидкими аэрируемыми системами, однако в настоящее время достаточно широко используются ферментационные технологии, основанные на утилизации плотных субстратов, при отсутствии воды или малом ее количестве, а также в безкислородных условиях.
Анаэробные процессы. Биореакторы для таких процессов лишены приспособлении для аэрирования среды, хотя некоторые из анаэробных процессов сопровождаются потреблением газообразных продуктов водорода, метана, поэтому требуют соответствующих приспособлений для подачи газов в жидкую среду. Ведущим моментом является обеспечение анаэробиоза, что сопряжено со значительными сложностями.
Твердофазные процессы. Твердофазные осуществляются, на основе растительного сырья и используют чаще всего мицелиальные грибы и дрожжи или их комбинации. Различают три типа твердофазных процессов:
• Поверхностные, когда слой субстрата не превышает 3-7 см ("тонкий слой"). В качестве "биореакторов" используются большие (до нескольких квадратных метров) подносы или культуральные камеры.
• Глубинные процессы, идущие в не перемешиваемом слое ("высокий слой"). Биореакторы представляют собой глубокие открытые сосуды. Для аэробных твердофазных процессов разработаны приспособления, обеспечивающие диффузионный и конвекционный газообмен.
• Перемешиваемые процессы, протекающие в перемешиваемой и аэрируемой массе субстрата, который может быть гомогенным (полужидкой консистенции) или состоять из частиц твердого вещества, взвешенных в жидкости (переходный вариант от твердофазного процесса к процессу в жидкой фазе). Для этого обычно используют биореакторы с низкоскоростным перемешиванием.
Газофазные процессы. Процессы этого типа осуществляются в аппаратах с твердым наполнителем, через который пропускают газ. В таких аппаратах получают, например, спирт на основе дрожжей, а также их биомассу, мелкие агрегаты дрожжевых клеток, предварительно увлажненные концентрированной питательной средой, "парят" в потоке газа, подаваемого под сильным давлением через сопло в днище реактора. Газ,покидающий аппарат, несет с собой летучие продукты жизнедеятельности дрожжей (в том числе и спирт), которые конденсируются в холодильнике.Процесс может осуществляться как в аэробных, так и в анаэробных условиях (в зависимости от используемого газа).
Хемостаты и турбидостаты.
При периодическом культивировании целесообразно создать искусственно такое установившееся состояние, при котором концентрация клеток, удельная скорость роста и окружающая клетки среда не изменялись бы со временем. Такие условия возможны при непрерывном культивировании, когда клетки продуцента размножаются со скоростью, зависящей от притока питательных веществ и некоторых других условий. Различают хемостатный и турбидостатный режимы непрерывного культивирования.
В системе "хемостат" величину клеточной популяции контролируют с помощью отдельных компонентов питательной среды.Среду составляют так, чтобы один из компонентов, необходимый
для роста биомассы клеток, был в недостатке или лимитировал рост, поддерживая тем самым культуру в нужном состоянии.Используя батарею ферментаторов, можно в каждом аппарате постоянно поддерживать продуцент в определенной фазе размножения.Конструкция хемостата предусматривает наличие:1)приспособления для подачи питательной среды;2)устройства, обеспечивающего отток культуральной жидкости вместе с клетками, и 3) системы, контролирующей концентрацию элементов питательной среды и управляющей скоростью подачи питательной среды.
В системе "турбидостат" в ферментаторе поддерживают плотность популяции постоянной, и при быстром протоке среды создаются условия, , которые соответствуют логарифмической фазе, при медленном — приближаются к условиям, соответствующим стационарной фазе. В установившемся режиме работы ферментатора удельная скорость протока среды равна удельной скорости размножения культуры. Повышение скорости протока или воздействие, замедляющее рост, приводят к тому, что скорость размножения оказывается меньше скорости протока и клетки культуры будут "вымыты" из ферментатора. Хемостат. Состоит из сосуда-культиватора, в который с постоянной заданной скоростью поступает питательная среда. Для равномерного и полного смешивания питательных в-в содержимое ферментера механически перемешивается и аэрируется стерильным воздухом. Избыточная биомасса клеток с питательной средой вытекает из культиватора ч/з сливной сифон. В хемостате прирост биомассы пропорционален скорости притока субстрата и удаления продуктов метаболизма. Примером хемостата в природе служит рубец жвачных животных. Турбидостат. Ферментер, в котором поддерживается заданная плотность клеток за счет определения оптической плотности среды культивирования. Когда количество биомассы увеличивается относительно некоторого выбранного уровня, что фиксируется фотоэлементом, соединенным с системой реле, включается подача свежей питательной среды.
Поможем написать любую работу на аналогичную тему