Използване на кислород за ускоряване на клетъчния растеж по време на ферментацията
Бързото увеличаване на производствените количества чрез ефективно размножаване на бактерии в биопроцесите обикновено е възможно само чрез активиране на съществуващи, досега неизползвани капацитети – т.е. чрез екстензификация на производството.
Интензификацията на аеробните ферментационни процеси често се проваля, защото микроорганизмите не могат да бъдат достатъчно снабдени с разтворен кислород. По-нататъшно увеличаване на производството често е възможно само чрез изграждането на нови реактори, което е свързано с дълги срокове за планиране и високи инвестиционни разходи.
За целта газирането с чист кислород предлага ефективно и икономично решение.
Предимства на газирането с кислород по време на ферментацията в биореактора
Увеличаване на клетъчната плътност
Най-важното предимство е значително подобреното снабдяване на аеробния ферментационен процес с разтворен кислород. По този начин клетъчната плътност може да бъде увеличена, без да се стига до временни анаеробни състояния и съответно до забавяне на биологичния процес.
Особено ефективно е увеличаването на парциалното налягане на кислорода във фазата на експоненциален растеж, така наречената логаритмична фаза, в която размножаването на бактериите достига своя максимум.
При култивирането на много висока клетъчна плътност в обичайния ферментатор с бъркалка се сблъскваме с проблемите на инхибиране на растежа поради прекалено високи начални концентрации на субстрата, консумацията на основни компоненти на хранителната среда в хода на култивирането, образуването на инхибиращи метаболитни странични продукти, както и ограничената капацитет на кислородното снабдяване.
Повишената нужда от кислород на растяща култура с висока клетъчна плътност за производството на протеази за перилни препарати и други продукти може да бъде задоволена чрез различни стратегии. Те включват по-специално увеличаване на скоростта на разбъркване и скоростта на аериране, подаване на обогатен с кислород въздух, аериране с чист кислород, както и култивиране при ниски температури и повишено налягане.
Намаляване на мощността на смесване с чист кислород
Благодарение на добрата разтворимост на чистия кислород, при постоянна концентрация на разтворен кислород често може да се намали мощността на смесване. От една страна, това може да доведе до намаляване на енергийните разходи, а от друга – до намаляване на срязващото напрежение (напрежение поради механично натоварване) за микроорганизмите. Последното води до повишаване на производителността на чувствителните култури. Много чувствителните клетъчни култури се възползват от специални системи за вкарване на газ, които намаляват енергийния приток до минимум.
Кислородът може да бъде въведен във водната фаза без мехурчета, изцяло или частично, благодарение на собствено изобретение на Air Liquide.
Избягване на образуването на пяна
В много случаи значителна част от обема на реактора се губи поради образуването на масивна пяна. Причината за това обикновено е голямото количество въздух, необходимо за вентилиране на организмите. При използването на чист кислород се елиминира азотният баласт на въздуха, вкараното количество газ намалява, така че височината на пяната се намалява значително и по този начин се създава допълнителен производствен капацитет. По икономически причини обикновено не се преминава изцяло към чист кислород, а само част от въздушно-кислородната смес се замества с чист кислород. Като положителен страничен ефект често се спестяват необходимите преди това антипенни средства в биореактора.
Сигурност на инсталациите и процесите при подаването на кислород към биореактора
Техническото проектиране се извършва от специалистите на Air Liquide и започва много преди оразмеряването на системата за подаване на газ за вашата инсталация. Още по време на предварителните опити в лабораторни условия инженерът по проекта е на разположение за консултации по въпроси, свързани с инсталацията и технологичния процес.
Особено голямо внимание се обръща на безопасността на инсталацията: съвместно с оператора на инсталацията се провеждат HAZOP проучвания (HAZOP = Hazard and Operability, в Германия PAAG), в които се анализират всички части на инсталацията, изходните материали и продуктите за тяхната реактивност във връзка с чистия кислород.
Освен безопасността на инсталациите, голямо значение има и безопасността на процесите: в зависимост от необходимата стерильност на производствения процес, подаването на газ се адаптира към съответните условия.
Освен това Air Liquide предлага мониторинг на газа по време на процеса, който помага за ранното откриване на промени в производствените процеси.
Пример за това е обогатяването на въглероден диоксид в течната фаза, което – в зависимост от вида на организма – може да доведе до инхибиране на биологичните процеси.
Освен това се вземат предвид и термодинамичните условия. При силно екзотермични реакции увеличаването на производствената мощност води и до увеличаване на необходимата охладителна мощност, която е необходима за поддържане на процеса при оптимална температура.
Оксигенацията може да повиши ефективността на вашия ферментационен процес. При производството на технически ензими или протеази, стрипингът с инертен газ с азот също може да повиши производителността на вашия биопроцес.
Получете изчерпателна консултация от експертите на Air Liquide – от планирането на проекта за газоснабдяване през напълно автоматизираната система за управление и дозиране до специфичните за инсталацията разпръсквачи, системи за вкарване и системи за безопасност.
