Биореакторы, и их конструкция.

Биореактор - изолированная система, в которую вместе с другими материалами вводят биологические агенты и в результате протекающей реакции происходит их размножение или образование других веществ. Основное требование к биореакторам любого типа сводится к обеспечению оптимальных условий роста продуцента или накоплению синтезируемого им продукта. Для достижения указанных целей необходимо разрабатывать технологию, призванную оптимизировать процесс, а именно: использовать подходящий источник энергии, набор питательных веществ должен соответствовать питательным потребностям организма-продуцента, из ростовой среды должны быть удалены соединения, ингибирующие его жизнедеятельность, должна быть подобрана соответствующая посевная доза и, наконец, обеспечены все остальные требуемые физико-химические условия. Экономически рентабельные процессы в своей основе весьма сходны, независимо от избранного продуцента, используемой среды и образуемого продукта. Главная задача – получение максимального количества клеток с одинаковыми свойствами при их выращивании в определенных тщательно контролируемых условиях. в соответствии с основными принципами реализации биотехнологических процессов современные биореакторы должны обладать следующими системами:

• эффективного перемешивания и гомогенизации среды выращивания;

• обеспечения свободной и быстрой диффузии газообразных компонентов системы (аэрирование в первую очередь);

• теплообмена, обеспечивающего поддержание оптимальной температуры внутри реактора и ее контролируемые изменения;

• пеногашения;

• стерилизации сред, воздуха и самой аппаратуры;

• контроля и регулировки процесса и его отдельных этапов

Для создания оптимальной биореакторной системы необходимо точно придерживаться следующей генеральной линии:

1. Биореактор должен быть сконструирован так, чтобы исключить попадание загрязняющих микроорганизмов, а также обеспечить сохранение требуемой микрофлоры.

2. Объем культивируемой смеси должен оставаться постоянным, т. е. чтобы не было утечки или испарения содержимого.

3. Уровень растворенного кислорода должен поддерживаться выше критических уровней аэрирования культуры аэробных организмов.

4. Параметры внешней среды, такие, как температура, рН и т. п., должны постоянно контролироваться.

5. Культура при выращивании должна хорошо перемешиваться.

С помощью лабораторных биореакторов решаются следующие задачи:

1) кинетические - определение скорости роста клеток, эффективности утилизации субстратов и образования целевого продукта;

2) некоторые массообменные - расчет коэффициентов массопередачи, скорость поступления в среду О₂ и других газов, скорость освобождения от газообразных продуктов, образующихся при культивировании продуцентов (в первую очередь СО2);

3) определение коэффициентов реакций, связывающих утилизируемые субстраты и О2 с получаемыми целевым и побочными продуктами.

Лабораторно-промышленные установки используют для поиска наиболее целесообразных техно-логий и в общих чертах моделирования промышленного процесса. Поэтому на данном этапе стараются применять тот тип аппарата, который предполагается использовать в промышленном масштабе.