3.4. Ферментатори або біореактори
Ферментацію здійснюють у ємнісних апаратах, що називаються ферментаторами, чи ферментерами, або біореакторами. Такий апарат повинен забезпечувати:
ріст і розвиток популяції мікроорганізмів в об'ємі рідкої фази;
підведення живильних речовин до клітин мікроорганізмів;
відведення від мікробних клітин продуктів їхнього обміну речовин (метаболізму);
• відведення із середовища утвореного клітинами тепла. Найпростіший ферментер складається з ємності /, що визначає
робочий об'єм апарата, системи введення і виведення рідинних і газових потоків 2, системи перемішування 3, що забезпечує найбільш повне змішування компонентів живильного середовища, системи диспергування повітря (при проведенні аеробних процесів) — барботера 4, пристроїв для відведення тепла чи нагрівання — змійовика 5 і сорочки 6.
Апарат для глибинного культивування мікроорганізмів (ферментер):
1 — ємність; 2 — система введення і
виведення рідинних і газових потоків;
З— система перемішування; 4— барботер;
5— змійовик; 6— сорочка
Залежно від мети біотехнологічного виробництва— одержання клітин чи продуктів їхньої життєдіяльності — способи ведення основної ферментації трохи відрізняються. Якщо процес спрямований на одержання біомаси, то призначення ферментації — отримати максимально можливу масу клітин, а у випадку одержання метаболітів їхнє нагромадження здійснюється одночасно, причому максимуми утворення продуцента і цільового продукту завжди зміщені в часі. Тому тривалість ферментації в першому випадку завжди менше, ніж у другому.
Головна вимога до ферментаторів — збереження стерильності, тому вони повинні бути герметичними, усі лінії трубопроводу повинні бути доступними для обробки гарячою парою.
Тип ферментатора для кожного біотехнологічного процесу вибирають з урахуванням специфіки продуцента, властивостей середовища й економічних міркувань.
3.5. Виділення, очищення і концентрування продуктів ферментації
Культуральна рідина містить клітини і продукти їхньої життєдіяльності і виходить з ферментера у вигляді водної суспензії, для якої характерний, як правило, невисокий вміст основного компоненту і наявність багатьох домішок. На першому етапі в більшості виробництв проводять виділення завислих частинок. Якщо розчинені метаболіти не являють практичної цінності, то рідку фазу вважають відходом виробництва і направляють на очисну споруду, а переробці підлягає тільки сконцентрована біомаса.
Зазвичай для виділення й очищення продуктів ферментації використовують відомі в хімічній технології методи й апаратуру. Витрати на ці операції можуть перевищувати витрати на приготування живильних середовищ і на ферментацію на 30-50 %. Найбільш широко застосовувані в БТ методи виділення й очищення продуктів приведені в наступній таблиці.
Сутність методу |
Застосування |
Дистиляція (випаровування продукту з наступною конденсацією) Зневоднювання (випарювання, сушіння) Ліофілізація Виморожування (видалення льоду) Осадження у вигляді нерозчинних солей Кристалізація |
Розчинники: ацетон, спирти Кормові концентрати, кормові антибіотики Закваски, вакцини, гормони Ферменти Лимонна кислота, молочна кислота Глутамінова кислота |
Останньою стадією технологічного циклу в мікробіологічному синтезі є одержання товарної форми продукту. Стадія фасовки препаратів кормового і технологічного призначення полягає в упакуванні їх у тару, розміри і тип якої визначаються потребами замовника і властивостями продукту.
Для препаратів медичного призначення стадія упакування ускладнюється тим, що препарати повинні мати високий ступінь чистоти і дуже часто абсолютну стерильність. Це змушує використовувати спеціальну технологію, що дозволяє стерилізувати речовини і підготовлену для них тару, і проводити наповнення й упакування тари в асептичних умовах.