|
1- mavzu: Amaliy seminar: Biotexnologiya haqida umumiy tushuncha. Eukariot va prokariot organizm hujayralarining bir-biridan farqi; Reja
|
| bet | 22/30 | | Sana | 21.05.2024 | | Hajmi | 5,71 Mb. | | #248935 |
Bog'liq mutaxasisilikka kirish5.4. Biotexnologik jarayonning apparat dizayni.
Bioreaktorlar
Biologik mahsulotlarning sanoat ishlab chiqarishi o'zaro bog'liq bo'lgan fizikaviy, kimyoviy, biofizik, biokimyoviy, fizik-kimyoviy jarayonlarning murakkab majmui bo'lib, texnologik liniyalarni tashkil etuvchi material, energiya oqimlari bilan o'zaro bog'liq bo'lgan ko'plab turli xil uskunalarni ishlatishni o'z ichiga oladi.
Biotexnologik jarayonning asosiy apparat elementi bioreaktor - fermentatordir (10-rasm). Bioreaktorlar mikroorganizmlarni o'stirish, biomassa to'planishi,
Bioreaktorlar yuqori qotishma po'latdan yasalgan, ba'zan titandan. Bioreaktorning ichki yuzasi parlatilishi kerak.
Oddiy fermentatorlar - bu turli sig'imdagi vertikal idishlar (kichik - 1 litrdan 10 litrgacha, ko'p tonnali - 1000 litrdan ortiq) va eng kam armatura va uzatish moslamalari mavjud. Bioreaktorlarda optimal gidrodinamik va massa uzatish sharoitlari ta'minlanishi kerak.
Fermentlar bug 'ko'ylagi, mikserlar, pufakchalar, sterilizatsiya qiluvchi havo filtrlari, bioreaktorda zarur harorat, gaz, gidrodinamik sharoitlarni ta'minlaydigan chippers (ya'ni massa va issiqlik uzatish jarayonlari) bilan jihozlangan. Bioreaktorlarda biosintez paytida madaniyat suyuqligidan namuna olish uchun namunalar mavjud. Biotexnologik jarayonning o'ziga xos xususiyatlarini hisobga oladigan boshqa dizayn xususiyatlari ham bo'lishi mumkin. Alohida tugunlarning ishlashi jarayonning parametrlarini va etishtirishning individual fizik-kimyoviy ko'rsatkichlarini (sterilizatsiya va kultivatsiya harorati, aralashtirish tezligi, bosimni, aeratsiya, ko'piklanish, pH, eH, pO2, pCO2 muhitini) qayd qiluvchi o'lchash asboblari bilan boshqariladi. Bioreaktorning turi, asbobning ichki devorlarini va uning alohida birliklarini tozalashning tozaligi, sig'imi, to'ldirish koeffitsienti, issiqlik uzatish yuzasi, issiqlikni olib tashlash usuli, aralashtirish turi, aeratsiya moslamalari, armatura va qulflash moslamalari, defoaming usuli alohida elementlarning to'liq ro'yxati emas. individual va birgalikda mikroorganizmlar va hujayralarni etishtirish jarayoniga ta'sir qiladi.
Bioreaktorlar uchta asosiy guruhga bo'lingan (11-rasm):
1) mexanik aralashtirish bilan reaktorlar;
2) tarkibini aralashtirish uchun havo o'tkaziladigan pufakli ustunlar;
3) ichki yoki tashqi aylanishga ega havo transporti reaktorlari; tarkibidagi kulturaviy muhitning aralashishi va aylanishi havo oqimi bilan ta'minlanadi, buning natijasida madaniyat muhitining yuqori va pastki qatlamlari o'rtasida zichlik gradienti paydo bo'ladi.
Birinchi turdagi bioreaktorlar ko'pincha ishlatiladi, chunki ular texnologik sharoitlarni o'zgartirishni va o'sayotgan hujayralarga havoni samarali etkazib berishni osonlashtiradi, bu mikroorganizmlarning rivojlanishi va biosintetik faolligini aniqlaydi. Bunday reaktorlarda havo muhitga bosim ostida purkagich orqali yuboriladi - ko'plab kichik teshiklari bo'lgan halqalar.
Bunday holda, birinchi turdagi bioreaktorlar ko'pincha ishlatiladi, chunki ular texnologik sharoitlarni o'zgartirishni va o'sayotgan hujayralarga havoni samarali etkazib berishni osonlashtiradi, bu mikroorganizmlarning rivojlanishi va biosintetik faolligini aniqlaydi. Bunday reaktorlarda havo bosim muhitida suv purkagich orqali uzatiladi - ko'plab kichik teshiklari bo'lgan halqalar. Shu bilan birga, maqsadlar mikserlardan foydalanadi - bir yoki bir nechta. Katta havo pufakchalarini sindirib chiqaruvchi vositalar ularni reaktor bo'ylab olib yurishadi va madaniyat muhitida yashash vaqtini ko'paytiradi. Havoning tarqalishi samaradorligi mikser turiga, muhitning tezligiga, fizik va kimyoviy xususiyatlariga bog'liq.
Madaniy muhitni intensiv aralashtirish bilan u ko'piklanadi, shuning uchun bioreaktorning ish hajmi umumiy hajmning 70% dan oshmaydi. Eritma yuzasi ustidagi bo'sh joy tampon sifatida ishlatiladi, u erda ko'pik to'planadi va shu bilan madaniyat suyuqligining yo'qolishining oldi olinadi. Ko'piklanadigan suyuqlikda zich eritmalarga qaraganda aeratsiya sharoitlari yaxshiroqdir (ko'pik qatlami doimiy ravishda aralashib, aylanib turilsa, ya'ni mikroorganizmlar kulturaviy suyuqlikdan chiqarilsa). Shu bilan birga, ko'piklanish filtrlarning teshiklariga botib ketishiga olib keladi, bu orqali havo bioreaktorni tark etadi, havo oqimining pasayishi va fermentatorga kiruvchi begona mikroorganizmlarning paydo bo'lishi mumkin. Pufak ustunlari va havo orqali o'tish bioreaktorlarining dizayn xususiyatlari ushbu turdagi fermentatorlarga mexanik aralashtirilgan reaktorlarga nisbatan bir qator ustunliklarni beradi. Pufakchali ustunlar yanada tejamkor, chunki ularning ichidagi aralashtirish butun havo bo'ylab havo oqimi teng ko'tarilgan holda sodir bo'ladi. Mexanik aralashtirgichning yo'qligi xorijiy mikroorganizmlarning bioreaktorga kirish yo'llaridan birini yo'q qiladi. Pufakchali bioreaktorlarda kuchli gidrodinamik buzilishlar bo'lmaydi (madaniyat muhitining suyuq qatlamlari bir-biriga nisbatan siljishi). Siqilish omillarining pasayishi quyidagi sabablarga ko'ra muhimdir: rekombinant mikroorganizmlarning hujayralari o'zgartirilmaganlarga qaraganda kamroq bardoshlidir;
Xujayra sintezlangan oqsillar, shu jumladan rekombinant proteinlarni kamaytirish orqali tashqi ta'sirlarga javob beradi;
Siqilish effektlari ta'siri ostida hujayralarning fizik-kimyoviy xossalari o'zgarishi mumkin, bu ular bilan ishlashni yanada qiyinlashtiradi (ajratish, rekombinant oqsillarni tozalash shartlari yomonlashadi).
Pufak ustunlarida havo yuqori bosim ostida bioreaktorning pastki qismiga etkaziladi; ko'tarilayotganda mayda havo pufakchalari birlashadi, bu esa notekis tarqalishga olib keladi. Bundan tashqari, yuqori bosimda havo ta'minoti kuchli ko'piklashga olib keladi. Havo transporti bioreaktorlarida havo vertikal kanalning pastki qismiga kiradi. Ko'tarilganida, havo suyuqlikni kanalning yuqori qismiga olib boradi, u erda gaz-suyuq ajratgich joylashgan (havo qisman qochib ketadi). Zichroq bo'shashgan suyuqlik boshqa vertikal kanal bo'ylab reaktorning pastki qismiga tushiriladi va jarayon takrorlanadi. Shunday qilib, havo transporti bioreaktorida kulturatsion vosita hujayralar bilan birgalikda bioreaktorda doimiy ravishda aylanib turadi. Havo kemasi bioreaktorlari ikkita dizayn variantida mavjud. Birinchisida reaktor suyuqlikni aylantiradigan markaziy trubaga ega bo'lgan idishni anglatadi (ichki aylanish reaktorlari). Ikkinchi turdagi havo transporti bioreaktorida kulturatsion vosita alohida mustaqil kanallardan (tashqi aylanish tizimiga ega reaktor) o'tadi. Havo transporti bioreaktorlari qabariq ustunlariga qaraganda samaraliroq, ayniqsa yuqori zichlik yoki yopishqoqlikka ega mikroorganizmlarning suspenziyalarida. Samolyot fermentatorlarida aralashtirish yanada qizg'in va pufakchalarning bir-biriga yopishib qolish ehtimoli minimaldir. Bioreaktorni sterillash uchun bug 'bosim ostida ishlatiladi. Bioreaktorning ichida sterilizatsiya paytida bug 'chiqmaydigan «o'lik zonalar» bo'lmasligi kerak. Barcha klapanlar, sensorlar, kirish va chiqish teshiklari sterilizatsiya qilinadi.
Sterillik aseptik sharoitda ishlaydigan biotexnologik uskunalarni muhrlash orqali ta'minlanadi. Steril suyuqlik bug 'berkitadigan armatura orqali. Bioreaktorni texnologik bog'lash kulturaviy suyuqlikning tashqi mikroflorasi bilan ifloslanishini va biosintez mahsulotlarining atrof-muhitga kirishini yo'q qiladi. Hujayra kulturalarini ifloslantiruvchi asosiy vositalar bakteriyalar, xamirturush, zamburug'lar, protozoa, mikoplazmalar, viruslardir. Atmosferaning ifloslanish manbalari havo, chang, madaniy muhit, ishchi echimlar, uskunalar va ishchilar. Mikroorganizmlar va aerozol zarralaridan havoni tozalash oldindan kompressor (assimilyatsiya qilingan chuqurlik filtrlari - qog'oz, karton, mato materiallari) orqali amalga oshiriladi, ular kompressorning oldidagi assimilyatsiya chizig'iga o'rnatiladi (havo 5 mikrondan katta zarralardan tozalanadi) va nozik filtrlar (FP matolari, 0,3 mikrongacha bo'lgan zarralarni olib tashlash, kermet va membrana filtrlari). Seramika-metall filtrlari kalibrlangan metall kukunlaridan (bronza, nikel, zanglamaydigan po'lat, titan) sinterlash, presslash, prokatlash orqali amalga oshiriladi; g'ovak hajmi 2 dan 100 mikrongacha o'zgaradi. Seramika-metall filtrlar 150 ° C haroratda 50 daqiqa davomida sterilizatsiya qilinadi. Ular kuchli kislotalar, ishqorlar, oksidlovchi moddalar, alkogollarga chidamli, ular -250 ° C dan +200 ° C gacha bo'lgan haroratlarda ishlatilishi mumkin.
Sermet filtrlash elementlarining afzalligi regeneratsiya qulayligi, uzoq umr ko'rish muddati (5-10 yil). Elyaf, to'qilmagan va floroplastik filtrlardan farqli o'laroq, taneli kermet materiallari o'zgarmas tuzilishga ega, kimyoviy jihatdan inert, har qanday usul bilan sterilizatsiya qilinishi mumkin va yuqori mexanik kuchga ega va ishlab chiqarish oson. Kartrij va kartridj turidagi membranali filtrlar, xizmat muddatining qisqaroq bo'lishiga (1 yil) qaramay, yuqori samaradorlikka, tez o'chiriladigan va ishonchli ishlashga ega. Bir qator salbiy zaryadlangan filtrlash materiallarining tirik hujayralarni, bakteriyalarni, viruslarni, qizil qon tanachalarini, limfotsitlarni va trombotsitlarni ushlab turish qobiliyati qayd etildi. Filtrning zarralari va g'ovak devorlarining zeta potentsiali (elektr potentsiali) qarama-qarshi zaryadlarga ega bo'lsa, filtr materialining g'ovak hajmidan kichikroq qismlar filtrda qoladi. Ushbu hodisa mos keladigan elektrostatik xususiyatlarga ega membranalar filtr elementlari sifatida ishlatilganda kuzatiladi. Filtr materialini tanlash filtrlash ob'ektiga va to'xtatilgan zarralarning zeta potentsialiga bog'liq.
Laboratoriya va ishlab chiqarish binolaridan chiqadigan chiqindi havosi tozalik (mikroorganizmlar yo'qligi) uchun nazorat qilinadi. Chuqur ekish o'simliklariga xizmat ko'rsatish uchun avtomatlashtirilgan modulli tizim qo'llaniladi, shu jumladan:
- sermet va titan filtri elementlari yordamida havo va bug'larni tozalash va sterilizatsiya qilish;
- avtonom termostatlash tizimi, o'chirish va boshqarish klapanlari, kirish va chiqish filtrlari, elektr havo o'tkazgichlari va boshqa tartibga solish moslamalarini o'z ichiga olgan texnologik quvurlar modullari;
- dasturiy vositani, o'lchash elektrodlaridan signal konvertorlarini, O2, CO2, eH, harorat, pCO2, pO2 ni o'lchash uchun gaz analizatorlarini o'z ichiga olgan avtomatik boshqaruv va boshqarish bloki;
- joriy etishtirish parametrlarini raqamli va diagrammali namoyish qilish tizimlari. Chuqur ekish zavodlari bioreaktor va uning ko'ylagi ichidagi masofani o'lchash moslamalari, havo yoki gaz aralashmasining intensivligini masofadan boshqarish moslamalari (kislorod va azot, kislorod va karbonat angidrid, havo va karbonat angidrid, azot va karbonat angidrid) bilan jihozlangan.
Avtomatik boshqaruv bloki ma'lum bir darajada bioreaktor va klapanlarni sterilizatsiya qilish dasturini, mikserning aylanish tezligini va klapanlar va boshqaruv klapanlarining ochilishi yoki yopilishini masofadan turib boshqarish va nazorat qilish imkonini beradi.
Bir qator davlatlar turli maqsadlarda etishtirish uchun keng turdagi uskunalar ishlab chiqarishga ixtisoslashgan (NBS - AQSh; Polyferm, Biotek - Shvetsiya; Marubishi - Yaponiya; LN - Farm - Buyuk Britaniya; Jigarrang - Germaniya; BIOR-0,1, BIOR-0, 2 - Rossiya, Rossiya Fanlar akademiyasining tajriba zavodi bilan biologik asboblar muhandisligi instituti).
|
|
Bosh sahifa
Aloqalar
Bosh sahifa
1- mavzu: Amaliy seminar: Biotexnologiya haqida umumiy tushuncha. Eukariot va prokariot organizm hujayralarining bir-biridan farqi; Reja
|
