Промышленный биореактор
Cтраница 2
Если говорить о других условиях среды, то совершенно очевидно, что наиболее пригодны для использования в промышленности микроорганизмы с широкими диапазонами оптимумов рН, концентрации растворенного кислорода и температуры. Впрочем, частично эти трудности позволяют обойти техническое усовершенствование установок и улучшение контроля за условиями в них. Отметим, однако, что в некоторых новых конструкциях промышленных биореакторов, в частности в колонных аппаратах и в циклических системах под давлением, создаются значительные градиенты как физических параметров, так и концентраций питательных веществ. Если экономические преимущества подобных систем над более привычными достаточно велики, то для достижения высокой экономичности процесса в целом крайне важно, чтобы в нем принимали участие микроорганизмы, сохраняющие высокую продуктивность в быст ро меняющихся условиях. [16]
Для экспрессии клонированных эукариотических генов интенсивно используют обычные дрожжи Saccharomyces cerevisiae. Тому есть несколько причин. Во-первых, это одноклеточный организм, генетика и физиология которого детально изучены и который можно выращивать как в небольших лабораторных колбах, так и в промышленных биореакторах. Во-вторых, выделены и охарактеризованы несколько сильных промоторов этих дрожжей, а для систем эндогенных дрожжевых экспрессирующих векторов могут использоваться природные, так называемые 2 мкм-плазмиды. [18]
Винаровым сформулированы научные принципы анализа, оптимизации, масштабирования и проектирования биотехнологических процессов. С позиций системного подхода последовательно проведен анализ эффектов и явлений, происходящих в биохимическом реакторе на микро - и макроуровне. Разработаны математические модели, учитывающие кинетику роста микробных популяций, транспорт питательного субстрата к клеткам и гидродинамическую обстановку в реакторе, характеризуемую эффектами сирегации ферментационной среды и неидеальностью структуры потоков в реакторе большого объема. Предложена методика решения задачи масштабного перехода от лабораторных установок к промышленным биореакторам на основе вычислительных экспериментов. Показаны направления оптимизации конструктивных и режимных параметров биотехнологических процессов. [19]
Аппараты для проведения процессов культивирования микроорганизмов - биореакторы - можно рассматривать как технические системы, предназначенные для преобразования необходимых материальных и энергетических потоков в процессе роста и размножения клеток. Биохимические реакторы представляют собой основное технологическое оборудование, элементы схемы производства в целом, а эффективность их функционирования определяет в основном технико-экономические показатели биотехнологической системы. Многообразие форм конструктивного оформления биореакторов определяется технологическими и микробиологическими требованиями осуществляемого процесса ферментации. Так, схема на рис. 1.4 иллюстрирует различные процессы микробиологического синтеза, осуществляемые в промышленных биореакторах, а также основные условия их проведения. В биореакторе необходимо поддержание заданной температуры культивирования t, давления Р, рН среды, окислительно-восстановительного потенциала еН, уровня растворенного кислорода Со, времени ферментации т и концентрации лимитирующего субстрата S. Для обеспечения заданных физико-химических параметров протекания процесса в биореакторе должны быть выдержаны необходимые условия тепло - и массообмена, аэрации среды и режима гидродинамического перемешивания. Рассмотренные на схеме процессы осуществляются в результате глубинного культивирования микроорганизмов в условиях аэрации и перемешивания среды. [20]
 |
Основные этапы ( / - / / / разработки математической модели кинетики роста микроорганизмов. [21] |
В зависимости от метода построения кинетической модели, глубины рассмотрения и охвата влияющих факторов математическое описание моделей различно по своей сложности. В то же время, учитывая, что кинетическая модель является составной частью общей модели, целесообразно применение менее сложных, отражающих основные закономерности роста популяции, кинетических моделей. Рассмотренные ранее принципы системного подхода, предусматривающие соподчи-ненность в виде иерархической структуры, требуют учета при переходе на высшую ступень иерархии только наиболее существенных и важных закономерностей, характеризующих нижнюю ступень. Так, только переход от рассмотрения процесса роста микроорганизмов в идеализированном аппарате полного смешения к реальной гидродинамической обстановке промышленного биореактора существенно усложняет математическое описание процесса биосинтеза даже при использовании простейшей модели кинетики роста микроорганизмов. [22]
Страницы: 1 2