19 Сурет – Құбырэжекторлы араластырғыш қондырғысы бар ферментер:
1- эжекциялы қондырғы ; 2-ауа үрлегіш;
3-көбік сөндіргіш; 4-сепаратор; 5- құбырэжектор жетегі;
6-жылуалмастырғыш; 7-диффузор;
Секциямен тігінен бөлгіш қоршаудың арасындағы тереземен культуральды сұйықтық белгілі жылдамдықпен ағып өтеді.
Сұйық мұнай парафинінде азықтық ашытқыны алу өндірісінде құбыр эжекторлы жүйеде аэрациялау және араластырғышы бар ферментерлер кеңінен қолданылады.
Культуралды сұйықтық төгіліп құйылып тұратын ферментер ГДР-да патенттелген,сұйық фазаға энергия жүргізілетін аппаратқа жатады, демек аппаратқа сұйықтықты жоғарыдан беруге насостың жұмыс істеуіне энергия жұмсалады.
Ферментердің корпусында бір ғана бағана бар, секциялар бірінің астында бірі орналасқан, культуральды сұйықтық төгіліп құйылып тұратын түтікпен қосылған (20 сурет). Культуральды сұйықтықты циркуляциялайтын насостың көмегімен бағананың жоғары секциясына береді және культуральды сұйықтық құйылып тұратын құбырмен төменгі секцияға культуральды сұйықтық ағады.
20 сурет- Культуральды сұйықтық төгіліп құйылып тұратын ферментер:
1-циркуляциялы насос; 2-газ құбыры;3-төгуге арналған түтік; 4-ауа шығарылатын патрубка; 5-секция; 6-бағананың корпусы;
Сұйықтық жылжып құйылғанда газ өтетін құбыр арқылы түсетін ауаның есебінен сұйылтылады. Ауа ағып өтетін сұйықтықпен төменгі секцияға түседі, культуральды сұйықтықтың құйылу импульсі, культуральды сұйықтықтың құйылу саны аппараттың түбіне дейін келіп жетуімен есептеледі. Соның арқасында жоғарғы турбуленттікке жетеді, газдың жұқа дисперсиясы, газдың ортаға ұзақ уақыт бойы келуі. Ферментердің мұндай құрылысы үлкен көлемді болуы керек.
Комбинирленген энергия жүргізілген ферментелер. Бұл аппаратта энергия комбинирленіп жүргізу іске асырылған: газды фаза – аэрациялау үшін және сұйық фаза араластыру үшін.
Ферментердің мұндай түрі микроорганизм – продуценті көлемі ірі колонна түзетін және одан басқа қоректік ортада жоғарғы тұтқырлықта өсетін антибиотик өндірісінде кеңінен қолданылады.
Ферментер цилиндрлі ыдыс түбі сфера тәрізді механикалық араластырғыш бұлғағышы бар, ферментерге барботер орнатылған (21 сурет). Барботерлер араластырғыш бұлғағыштың төменгі ярусының астында орнатылған және құрылысы әр түрлі болуы мүмкін.
Араластырғыш қондырғының функциясы культуральды сұйықтықтың тоқтап қалған аумағын болдырмау, сонымен қатар аппараттың барлық көлеміндегі культуральды сұйықтықтың барлық жеріндегі температураның біркелкі болуын қаматасыз ету, жасушаға өнімді қоректендіруге өз уақытысында жеткізу және метаболит өнімінің шығарылуын қамтамасыз ету болып саналады.
Культуральды сұйықтықты араластыру үшін кеңінен таралған механикалық бұлғағыш. Бұлғағыштың қозғалуы сұйықтыққа беріледі, нәтижесінде құйындаған ағым пайда болады. Бұлғағыштың жоғары жылдамдықпен айналуының нәтижесінде ортасында иірім пайда болады. Орта мен бұлғағыш бірдей жылдамдықпен өсіріледі және жеткіліксіз араластырады. Аппарат ішіндегі жылдамдықта турбуленттілікті құру үшін шағылыстырылғыш қоршаулар орнатылады. Олар тот баспайтын болаттан жасалған, радиальды тігінен күрекшелер, ферментер қабырғасынан кішірек саңылау қалдырылып орналастырылады. Қоршау шағылыстырғыштың саны 4-тен 6-ға дейін болады. Ферментердегі жылуды шығару үшін, салқындататын суды циркуляциялауға ферментер сыртында жейде, ішінде жыланша жылу алмастырғыш орнатылған. Ферментердің кемшілігі механикалық араластырғыш бұлғағышты айналдыратын бөлшектердің көп болуы, сондай–ақ бұлғағыш орнатылған білік арқылы бөгде микрофлораның түсуі.
21 сурет-Механикалық араластырғышы бар ферментер: 1-барботер; 2-шағылыстыратын қоршау; 3-бұлғағыш; 4-жейде; 5-көбік сөндіргіш; |
22 сурет-Құйылып ағып тұратын қабықша мен ферментер:
|
Құйылып ағып тұратын қабықша ферментер. Аппараттың құрлысында сұйық және газды фаза комбинирленген энергияны қолданады. Аппарат цилиндрлі ыдыс ішінде тігінен құбырлар толтырылған (22 сурет). Культуральды сұйықтық насостың көмегімен аппараттың жоғарғы жағынан беріледі және тік каналдармен жұқа қабықша тәрізді культуральды сұйықтық ағып өтеді. Ауа төменнен қысыммен беріледі. Берілген ауаның жылдамдығын культуральды сұйықтықтағы қаныққан оттегінің жылдамдығымен реттеуге болады.
Өндірісті басқару және бақылау
Ферментация процесі оператордың басқаруымен биологиялық агенттің дамуы туралы және культивирлеу ортасының динамикасы туралы ақпарат алуға болады. Ферментация процесін сипаттаудың негізгі көрсеткіші келесідей. Физикалық: температура, қысым, берілген көлемі, араластырғыш бұлғағыштың айнау жиілігі, көбіктің пайда болуы, газдың ағымының жылдамдығы (ауа) ортаның ағымының жылдамдығы, тұтқырлығы, турбуленттілігі.Химиялық: рН ортасы,тотығу –тотықсыздану потенциалы,О2, СО2 еруінің құрамы, газдағы О2, СО құрамы, көміртегі құрамы,(предшествениктің) молекула құрамына кіріп құрайтын бүтіндей бір молекуланы құрайды, құрамы, азот,фосфор,Mg2-, K+, Ca 2+, Na+, Fe2+, SO2-және т. б.
Ферментация процесінің маңызды көрсеткіші болып биомасса, субстрат өнімінің құрамы саналады және бөгде микрофлорамен ластануды болдырмауы саналады.
23 сурет- ЭЕМ көмегімен ферментация процесін басқару жүйесі
Продуценттің физикалық жағдайын сипаттайтын биомассаның өсуінің меншікті жылдамдығы, оның морфологиялық жағдайы, (жасушаның көлемі жасушаның бөлінуінің саны), сондай-ақ бірқатар биохимиялық көрсеткіштер (РНК, ДНК, құрамы, НАД, НАДФ, АТФ,қосылатын ферменттің активтілігі).
Көбінесе жоғарыда келтірілген химиялық көрсеткіштер периоды түрінде алынған сынамамен анықталады, ол физикалық көрсеткіштері –үздіксіз ферментердегі датчикті құрастыру көмегімен анықталады. Биотехнологиялық процесс үшін ортаның температурасы, рН мәні, сондай-ақ еріген оттегінің құрамы жоғары мәнге ие. рН мәнін анықтау үшін еріген оттегіне ферментерге құрастырып бекітілген залалсыздалған электрод қолданылады. Еріген оттегін анықтау үшін, көбінесе амперметрлік қорғасын –күміс немесе алтын күміс электродтар қолданылады.
Ферментация процесі жүруде субстратың көбіктенуі, көбіктің пайда болуы үлкен әсер етеді. Күшті көбіктенген субстрат үшін автоматты жүйедегі көбік сөндіргіш қолданылады, химиялық әдісті қосқанда сондай-ақ механикалық заттармен де көбік сөндіргіш қолданылады. Қазіргі жаңа заманғы биотехнологиялық процесс ферментация процесін басқару үшін ЭЕМ қолданбаса мәні болмайды: рН мәнін қалыпты ұстауда, температураны қалыпты ұстауда, көбік пайда болады, араластырғыштың бұлғағышының айналу жылдамдығы, еріген оттегінің мөлшері, субстраты беру жылдамдығы және т.б.