20.2 Іммобілізація

Методи іммобілізації універсальні для всіх видів іммобілізованих біокаталізаторів - індивідуальних ферментів, клітин, субклітинних структур, комбінованих препаратів.

Поряд з іммобілізацією ферментів останнім часом все більша увага приділяється іммобілізації клітин і субклітинних структур. Це пояснюється тим, що при використанні іммобілізованих клітин відпадає необхідність виділення й очищення ферментних препаратів, застосування кофакторів; створюється можливість одержання поліферментних систем, що здійснюють многостадийні безперервно діючі процеси.

У промислових процесах частіше використовують спочиваючі клітини. Дійсно, багато господарсько-коштовних продуктів синтезуються головним чином у стаціонарній фазі розвитку клітинних культур. Зростаючі клітини порушують структуру носія. Дочірні клітини, що утворюються при розподілі, залишаючи носій, забруднюють цільовий продукт. Для придушення росту іммобілізованих клітин рослин використовують дефіцит фітогормонів, а ріст клітин бактерій гальмують додаванням антибіотиків.

Іммобілізовані клітини мікроорганізмів застосовують для біотрансформації органічних сполук, поділу рацемічних сумішей, гідролізу ряду складних ефірів, інверсії сахарози, відновлення й гідроксилювання стероїдів. Іммобілізовані хроматофори використовують у лабораторних установках для синтезу АТФ, а пурпурні мембрани - для створення штучних фотоелектричних перетворювачів - аналогів сонячних батарей. Розробляється реактор на основі іммобілізованих клітин дріжджів для одержання єтанола з меляси, у якому дріжджі зберігали б здатність до спиртового бродіння протягом 1800 ч. З більш ніж 2000 відомих у цей час ферментів іммобілізована й використовується для цілей інженерної єнзимології приблизно десята частина (переважно оксидоредуктази, гідролази й трансферази).

Для здійснення хімічних процесів за допомогою іммобілізованих ферментів застосовують колончасті, трубчасті, пластинчасті й танкерні реактори різного об'єму й продуктивності. Іммобілізовані ферментні системи функціонують у біореакторіу вигляді нерухомої фази, через яку протікає середовище із субстратом, що підлягає хімічному перетворенню (гетерогенний каталіз). У таких реакторах поряд з безперервним режимом використовується й періодичний. Для ефективного перемішування й газообміну біореактор постачають мішалкою. Дію мішалки, що ушкоджує біокатализатор, усувають, закріплюючи певним чином його гранули. Наприклад, у биореакторе «корзинового» типу мішалка обертається в порожньому циліндрі із сітчастої структури (кошик), в осередках якої закріплений іммобілізований фермент. У внутрішньому об'ємі трубчастих реакторів розташовані порожні волокна, заповнені біокатализатором. Ступінь перетворення субстрату в продукт (наприклад, фумарата амонію в аспартат) у таких реакторах досягає 90 %.

20.3 Піногасники

Процеси піноутворення і піногасіння відіграють важливу роль при аеробному глибинному культивуванні мікроорганізмів. При збалансованих пінних режимах збільшується міжфазна контактна поверхня і досягається інтенсивний масобмін між середовищем і аеруючим повітрям. Спінювання поживного середовища, стійкість піни і її реологічні властивості (поверхневий натяг, поверхнева в'язкість) залежать від складу середовища (вмісту цукрів, ліпідів, білків, структуроутворюючих солей), режимів стерилізації й аерації середовища й ін.

Для створення стійких режимів піноутворення застосовують механічні і хімічні піногасники і їхні комбінації. Хімічні піногасники (поверхнево-активні речовини – ПАР) поділяються на жирові і синтетичні. Жири виявляють піногасні властивості у відносно високих концентраціях 0,2-1,0% від обсягу середовища і вище). Крім того, для багатьох мікробіологічних процесів вони є необхідними чи додатковими поживними компонентами. При асиміляції жири, розщеплюючи до жирних кислот, змінюють рН середовища.

Дуже ефективні синтетичні піногасники (силікони, пропіноли, контрамін, поліформаль і ін.), що випускаються для харчової промисловості.

У кожнім конкретному процесі мікробного синтезу експериментальним шляхом підбирають оптимальний піногасник і розраховують його максимально допустиме дозування.

Для піногасіння використовують жири й олії, що також можуть бути джерелом харчування для мікроорганізмів. Найчастіше використовують тваринні жири, олеїнову кислоту, соняшникову, соєву, бавовняну, кукурудзяну олії. З усіх перерахованих піногасників найбільш раціонально вводити при вирощуванні олеїнову кислоту, тому що інші олії мають харчову цінність і використовуються в харчовій промисловості. Поступово вони заміняються синтетичними піногасниками.