- •1 Кинетика процессов утилизации субстрата, образования продуктов метаболизма и биомассы в культурах клеток
- •1.1 Идеальные реакторы для изучения кинетики клеточного роста
- •1.2 Идеальный реактор периодического действия
- •1.3 Идеальный проточный реактор с полным перемешиванием (прпп)
- •1.2 Кинетика сбалансированного роста
- •Рост филаментозных организмов
- •Структурированные модели кинетики клеточного роста
- •Компартментальные модели
- •Неструктурированные модели
- •Химически структурированные модели кинетики образования продуктов жизнедеятельности клеток
- •Кинетика образования продуктов жизнедеятельности филаментозными организмами
- •Кинетика тепловой гибели клеток и спор
- •Заключение
- •Вопросы для самоконтроля.
- •2 Проектирование и расчет биологических реакторов
- •1. Идеальные биореакторы
- •1.1. Реакторы периодического действия с добавлением субстрата
- •1.2. Реакции в прпп, катализируемые ферментами
- •1.3. Проточные реакторы с полным перемешиванием для культур клеток и пристеночный рост клеток
- •9.1.4. Идеальный трубчатый реактор полного вытеснения (трпв)
- •3. Реакторы с неидеальным перемешиванием
- •3.1. Время выравнивания концентраций в реакторах с перемешиванием
- •3.4. Взаимосвязь между перемешиванием и биологическими превращениями
- •4. Стерилизаторы
- •4.1. Периодическая стерилизация
- •4.2. Непрерывная стерилизация
- •5. Иммобилизованные биокатализаторы
- •5.1. Типы биокатализаторов на основе иммобилизованных клеток и их свойства
- •5.2. Применение биокатализаторов на основе иммобилизованных клеток
- •7. Технология микробиологических процессов
- •7.1. Подбор состава среды
- •7.2. Проектирование типичного асептического аэробного микробиологического процесса и его ведение
- •7.3. Биореакторы других типов
- •8. Особенности технологии процессов с участием растительных и животных клеток и соответствующих реакторов
- •8.1. Культивирование животных клеток; требования к среде
- •8.2. Промышленные реакторы для крупномасштабных процессов с участием животных клеток
- •8.3. Культивирование растительных клеток
- •1. Детекторы для определения физических и химических параметров среды и газов
- •1.1. Детекторы для определения физических свойств среды и газов
- •1.2. Детекторы для определения химического состава среды
- •1.3. Газовый анализ
- •2. Детекторы для непрерывного контроля характеристик популяции клеток
- •3. Автономные методы анализа
- •3.1. Определение свойств среды
- •3.2. Анализ состава популяции клеток
- •4. Эвм и интерфейсы
- •4.1. Основные элементы цифровых эвм
- •4.2. Интерфейсы и периферийные устройства эвм
- •4.3. Системы программного обеспечения
- •5. Анализ данных
- •5.1. Сглаживание и интерполяция данных
- •6. Управление процессами биохимической технологии
- •6.1. Непосредственное управление процессами
- •6.2. Каскадное управление метаболизмом
4. Стерилизаторы
Жидкости, обычно водные растворы, можно стерилизовать несколькими методами, в том числе облучением (ультрафиолетовым или рентгеновским излучением), воздействием ультразвука, фильтрованием, нагреванием и обработкой особыми химическими агентами. В крупномасштабном производстве широко применяются только два последних метода, хотя сравнительно небольшие количества растворов неустойчивых витаминов и других сложных соединений иногда стерилизуют путем пропускания через пористые мембраны. В этом разделе основное внимание будет уделено процессам и аппаратам для стерилизации путем тепловой обработки.
Необходимые для разрушения жизнеспособных микроорганизмов и вирусов условия могут изменяться в очень широких пределах в зависимости от природы стерилизуемого объекта и сферы его последующего использования. Иногда, например при квашении капусты или при биологической очистке сточных вод, необходимые превращения обеспечивают уже присутствующие в системе микроорганизмы. В процессах производства спирта, винного уксуса и заготовки силоса быстро вырабатываются ингибиторы, подавляющие рост нежелательных организмов, поэтому здесь требования к стерилизации также невысоки. Пастеризация молока сопровождается гибелью большинства, но далеко не всех активно растущих микроорганизмов. Более жесткая обработка молока опасна из-за деструкции его полезных компонентов. Вообще оптимальный баланс между разрушением полезных компонентов и гибелью нежелательных микроорганизмов играет основную роль в выборе метода стерилизации и пастеризации, а также при расчете соответствующих аппаратов.
Процессы с участием чистых культур, работа с культурами тканей и обработка некоторых пищевых продуктов требуют гораздо более жесткой стерилизации. В таких случаях систему необходимо практически полностью освободить от всех нежелательных микроорганизмов, хотя «полнота» стерилизации также зависит от конкретной системы. По экономическим соображениям, например, для периодического процесса допустима вероятность заражения [(1—Р0) в уравнении порядка 10-2. Это означает, что один процесс из каждых 100 может быть забракован именно из-за недопустимо высокого заражения. С таким ущербом можно примириться, если стоимость потерь сравнима со стоимостью дополнительного стерилизующего оборудования.
Значительно более жесткие правила приняты в консервной промышленности. Здесь необходима действительно полная стерилизация, поскольку единственная жизнеспособная спора Clostridium botulinum может, в конце концов, привести к смертельному отравлению. Обычно в такой ситуации основное требование, предъявляемое к процессу стерилизации, состоит в снижении вероятности выживания спор (1—Р0) до величины менее 10-12. Этот пример наглядно демонстрирует опасность даже небольших отклонений от совершенно полного превращения субстрата (спор и вегетативных клеток) в продукты процесса (инактивированные споры, погибшие клетки) в стерилизационных реакторах. Отсюда следует, что расчет таких реакторов необходимо выполнять чрезвычайно тщательно. Сначала мы рассмотрим периодические, а затем непрерывные процессы стерилизации.