X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2018

Биореактор - прибор, осуществляющий перемешивание культуральной среды в процессе микробиологического синтеза. Применяется в биотехнологической промышленности при производстве лекарственных и ветеринарных препаратов, вакцин, продуктов пищевой промышленности (ферменты, пищевые добавки, глюкозные сиропы). Различают механические, аэрлифтные и газо-вихревые биореакторы, а также аэробные (с подачей воздуха или газовых смесей с кислородом), анаэробные (без подачи кислорода) и комбинированные — аэробно-анаэробные. В последнем случае в комбинированном биореакторе проводят культивирование как аэробных, так и анаэробных культур одновременно. Обычно это применяется для получения биогаза, когда тепловыделения в аэробном процессе используют для подогрева анаэробной культуры [1].

Для культивирования биологических объектов (бактерии, грибы, культура растительных и животных клеток) используют биореакторы или ферментеры [1].

Биореактор - это емкость, в которой создаются условия, обеспечивающие жизнедеятельность биологических объектов. Условия культивирования должны обеспечивать клетки:

1 - необходимыми питательными веществами;

2 - кислородом, а точнее необходимым газовым составом;

3 - стабильным значением рН среды;

4 - поддержанием осмотичности среды;

5 - однородностью состава среды, так как в процессе роста клеток образуются градиенты веществ и продукты жизнедеятельности;

6 - контроль температуры, так как в процессе роста микроорганизмы выделяют 10-14 кДж теплоты на 1 кг сухой массы;

7 - в идеале удалять продукты жизнедеятельности клеток, т. е. обеспечивать постоянство параметров среды.

Биореактор должен быть изготовлен из инертных материалов, например хромоникелевая нержавеющая сталь. Наряду с этим, биореакторы должны удовлетворять следующим требованиям: полная герметизация, исключающая попадания посторонней микрофлоры; сохранение постоянного объема культуральной жидкости, удобство при чистке всех частей аппарата и внутренней поверхности, а также удобство стерилизации. Принцип работы биореактора достаточно прост, а его устройство и методики сочетания необходимых условий, наоборот, сложны. До помещения в ферментер исходный рабочий продукт – необходимую биологическую культуру – хранят в специальных условиях, так сказать, в неактивном состоянии – например, замораживают. Для культивации небольшую пробу микроорганизмов наращивают в лабораторных условиях до состояния «рабочей порции»- достаточного для динамичной культивации количества. После данного асептического этапа культуру помещают в биореактор, предварительно его поверхность, воздух в камере и все соединительные отверстия стерилизуют, используя для этого водяной пар и вентиляцию. После очистки начинается этап инокуляции – когда помещенные внутрь ферментера культуры начинают активно размножаться и расти, благодаря тому что для них создают оптимальные условия и питательную среду. Конечным продуктом подобных процессов является необходимое количество биомассы или полезные метаболиты микроорганизмов. В зависимости от конструктивных решений, объемов и других характеристик биореакторы делят на группы.: так на основе рабочего объема биореакторы делятся на лабораторные (их емкость 0,5-100 л), пилотные (100 л-10м3) и промышленные (10-100 м3). Все биореакторы могут быть разделены по используемому принципу культивирования на закрытые и открытые. В закрытых биореакторах осуществляют периодическое культивирование, иногда его называют накопительным культивированием. Систему называют закрытой в том случае, если после начала культивирования ни один из компонентов, участвующих в процессе, не вводится и не выводится из биореактора. Естественно, что в процессе роста все параметры непрерывно изменяются и после накопления конечного (целевого) продукта, реактор разгружается и осуществляется сбор урожая, и культивирование повторяется. Так как в таких условиях истощение среды может происходить достаточно быстро, то возникла модификация этого типа культивирования, получившая название объемно-доливочной системы. В открытые системы постоянно и равномерно вводят компоненты питательной среды, которые уже использованы культурой, так что бы их концентрация оставалась постоянной, при этом постоянным сохраняется и объем питательной среды. Регулируя концентрацию субстрата, можно поддерживать концентрацию биомассы на постоянном уровне. Такой тип реактора называют турбодистатом. Обоснование выбора реактора может быть основано на знании механизмов регуляции обмена веществ культивируемых клеток [1].

По способу подвода энергии биореакторы делят на три группы:

1) барботажные с механическим перемешиванием;

2) эжекционные, с самовсасывающей турбинной мешалкой, с внешним циркуляционным потоком;

3) барботажные, форсуночные, колонные, барботажно-эрлифтные.

По способу подачи воздуха в биореактор их можно разбить на 2 типа:

1) без подводки стерильного воздуха, в таких биореакторах культивируют анаэробные микроорганизмы;

2) с подводкой стерильного воздуха (их используют для культивирования аэробов). Аэрация жидкости в биореакторах может обеспечиваться механическими мешалками или потоком воздуха [1].

Библиографический список

1. Сазыкин, Ю. О. Биотехнология: учебное пособие для студентов высш. учеб. заведений / Ю.О. Сазыкин; С.Н. Орехов ; И.И. Чакалева /Под ред. А.В. Катлинского. – 3-е изд., стер. – Москва.: Академия, 2008.-С.67

Код для цитирования: Скопировать