4. Бақылау сұрақтары:

1. Микроорганизімдердің өсуіне оптимальді жағдай жасау үшін ферментерлерде жылу және зат алмасу үшін қандай арнайы қондырғылар қамтамасыз етілуі керек.

2. Ферментерлерді қандай принципке сүйене отырып үшке бөледі.

3. Аэратор дегеніміз не.

4. Бағана түрлі ферментердің құрлысының ерекшелігі.

5. Лабораториялық жұмыстың орындалу тәртібі: Ферменттерлердің құрылысымен танысу.

Ферменттердің құрылысы микроорганизмнің өмір сүруіне, өсуіне қолайлы орта жасау үшін жылуды және зат алмасуды қамтамасыз ету қажет. Ферментерлер жабық цилиндрлы сосуд ыдыс, арнайы қондырғымен жабдықталған:

1. ауаны беру үшін диспергирлеу үшін;

2. ортаны гомогенизациялау;

3. көбікті сөндіру;

4. қыздыру және салқындату;

5. бақылау-өлшегіш аспаптар.

Ферменттредің құрылысын таңдауда микроорганизм продуцентінің түрлерін және биосинтездің соңғы өнімін қолдану ескеріледі. Ферменттредің атқаратын қызметіне қарай лабораториялық, жартылай өндірістік және өндірістік болып бөлінеді. Ферменттердің принципальды құрылысын бөлуге болмайды, бірақ ферменттредің атқаратын қызметіне қарай әр түрлі сиымдылықта болады 0,001 м³ тан бірінші жүз куб метрге жетеді.

Ферменттер дайындалатын негізгі материал – тот баспайтын болат. Лабораториялық аппарат шыныдан жасалған. Негізінде энергия жүргізу әдісімен және қоректік ортаны аэреациялаумен ферменттердің құрылысы анықталады. Осы принципі бойынша ферменттерді үш топқа бөлуге болады:

1. газды фазаға энергия жүргізілген ферментерлер;

2. сұйық фазаға энергия жүргізілген ферментерлер;

3. комбинирленген энергия жүргізілген ферментерлер.

Газды фазаға энергия жүргізілген ферментерлер. Аппаратта культуральды сұйықтықты сығылған ауамен аэрациялау және араластырудың бұл түрі, ферменттерге белгілі бір қысымының берілуімен іске асырылады. Компрессордың жұмыс істеуіне энергия жұмсалады. Ферментерлердің құрылысы ауаны беру әдісімен және барбатерін, аэратордың құрылысымен ажыратылады. Барботердегі саңылаудың жалпы ауданының түріне байланысты емес құбыр өткізгіштің көлденең ауданынан кем болмауы керек, сол жерден ауа жүргізіледі.

Барботажды ферментерлердің құрылысы жағынан қарапайым. Формасы цилиндрлі темір ыдыс болып келеді. Аппараттың түбінде ай тәрізді барботер орнатылған, одан сығылған ауа беріліп отырады.

Аппарат резервуар түрінде болуы мүмкін, түбінде барботер орналастырылған, тік бұрышты перфорирленген қақпағы бар ауа таратқыш қорап (тесіктің диаметрі 0,3-0,5 мм). Аэрациялау қарқындылығы қораптың тесігінен шыққан газдың жылдамдығының жоғарылау есебінен болады. Аппаратта салқындатқыш қондырғы орнатылған канал түрінде мұздай су жүретін коллектормен қосылғаг. Қазіргі кезде елімізде бұл аппараттар ВДА -30 және ВДА 100 маркалы болып шығарылады (цифрлары аппараттың сиымдылығын көрсетеді м³). Ферментерлер ашытқа өсіру үшін қолданылады, ашытқы өсіргіш аппарат деп аталады.

Аппарат диффузормен (эрливті аэратормен) жабдықталған. Ол аппараттардың ішіндегі ең кеңінен таралғаны. Ашытқы өсіруші аппарат Лефрансуа аппаратының құрылысы.

Ферментерде ішкі цилиндрлі – диффузорлы болады, сұйықтықты циркуляциялайды. Сақиналы аэратор саңылауы арқылы ауа жібергіштен жіберіледі, қоректік орта аэратордың астында орналасқан кюветаға келіп түседі. Сұйықтың қабықшасы кюветаның шеттері арқылы асып төгіліп аэратордың саңылауынан шыққан ауамен кездеседі.

Нәтижесінде сұйықтық тығыздығынан тығыздығы аз көбікті эмульсия пайда болады және ол диффузор бойымен жоғары көрсетіледі. Көбік эмульсиясының бетінде ауа бөлініп және аппараттан шығарылады. Сұйықтық қалған көбікпен бірге диффузор мен аппарат корпусының арасынан төмен қарай жылжиды. Жылуды шығару сыртқы қабырғаның салқындауымен іске асырылады, сондай-ақ мұздай су диффузор мен қабырғасының арасымен беріледі. Аппарат құрылысының артықшылығы механикалық көбік сөндіргіштің болмауы. Кемшілігі ауаның көп мөлшерде жұмсалуы.

Аппараттың бұл тобы ашытқы өндірісінде сонымен қатар амин қышқылы мен антибиотик өндіріснде кеңінен қолданады.

Түтікшелі ферментерлер (газлифті) реактордан тұрады және сепаратор мен циркуляциялық құбыр бір-бірімен жалғасқан. Реактордың төменгі бөлігінде ауа камерасы бар, содан сығылған ауа жіберіледі. Ауа камерасынан ауа диаметрі 4 мм барботер құбырына келіп түседі және жоғары жылдамдықпен диаметрі 56 мм құбырмен сұйықтық жоғарыдан жылжиды. Реактордың жоғарғы камерасында ауаның жарты бөлігі сұйықтықтан бөлініп, реактордан шығарылады, ал сұйықтық ауа төменнен жоғары қарай жүрмейтін құбырғаға келіп түседі.

Реактордың жоғары жағындағы көбік центробежді көбік сөндіргіш сепараторға келіп түседі, көбік сөндіргішпен сөндіріліде. Көбік сөндіргенде пайда болған сұйықтық циркуляциялы түтік арқылы реактордың астыңғы жағына қайтып оралады және ауа жоғары көтеріледі. Нәтижесінде ферментерде циркуляциялық ішкі және сыртқы екі контур пайда болады.

Реактордың құбырының арасынан су беріліп салқындатылады.

Ауа тазартқышы мен форсункалы ферментатер. Аппараттың негізгі құрылысының ерекшелігі – ол ауаны беретін форсунка.

Форсунка аппараттың түбіне бекітілген, ал форсунканың астына диффузор орнатылған. Белгілі жылдамдықпен форсункадан ауа шығарылады, ал культуралды сұйықтық диспергирленеді. Жеңіл сұйықтық эмульсиясы диффузормен жоғары көтеріледі, сонда ауаның бір бөлігі сұйықтықтан бөлініп тығыздығы жоғары болса диффузор мен корпустың қабырғасының арасынан жіберіледі.

Мұндай аппараттың әртүрлілігі ферментердің түбі конусты бір енемес бірнеше тесігі бар форсунка орнатуға арналған. Бұл ферментерлер конус тұмсықты, сығылған ауа тұмсығы арқылы беріледі және культуралды сұйықтық диспергирленеді. Биосинтез осындай аппаратта көбік қабаты негізінде жүргізіледі. Микроорганизмді культивирлеуге арналған конус тұмсықты ФС-5 және ФУ-5 маркалы ферментатерлерге комплексті лабораториялық қондырғылар жатады.

Бағана типті ферменттер цилиндр тәрізді бағана, көлденең секцияларға бөлінген. Әрбір секцияда өздігінен салқындататын, бақылайтын жүйе болады. Ферментатерлердің мұндай түрінің негізгі құрылысындағы айырмашылығы секция лы қоршаулар оны табақша деп атайды. Табақтар жалпақ немесе сигментті, торлы, қалпақты болып бөлінеді.

Ауа бағанының төменгі жағынан беріледі, әр табақтың астына жиналады және сұйықтың қабаты арқылы табақта барботирленеді. Культуральды сұйықтық сақиналы саңылау арқылы аппарат корпусымен табақша шетімен төмен қарай ағады. Мұндай кезде ауа мен сұйықтық қарама-қарсы жылжиды. әрбір табақша бетіндегі контактілі фаза жаңарып отырады. Бағаналы аппарат үздіксіз культивирлеу процесінде кеңінен қолданылады.

Түйіршіктер қосылған ферменттер. Цилиндрлі ыдыс, белгілі размерлі қатты түйіршік бөлшектермен толтырылған болып келеді (35 сурет). Ауа қысыммен дөңгелек барботер арқылы төменнен беріледі. Қоректік орта және культуральды сұйықтық циркуляциялануға аппаратқа төменнен беріледі.

Ауа барботерден сұйықтық және түйіршік бөлшектермен шығарылады. Ауаның көпішіктері қатты түйіршік бөлшектермен соқтығысып, ыдырайды, нәтижесінде осы микроаумақта сұйықтықтың ағу жылдамдығы төмендейді, микроорганизмді құрайтын барлық уақытта жаңа қоректік ерітіндімен байланыста болады. Түйіршіктерге үлкен талап қойылады: химиялық инертті, белгілі тығыздықпен, соқтығысқанда берік болуы керек. Түйіршіктер қосылмаған ферментатерге қарағанда, түйіршік қосылған ферментатерде көп биомасса жиналады.

Сұйық фазаға энергия жүргізілген ферментерлер. Аппарататтың бұл түрі өсімдік шикізаты гидролизатынан алынатын азықтық ашытқы өндірісіндегі азырақ өнімділіктегі қондырғыда бұрыннан қолданылады. Ірі тонналы өндірісте өздігінен сорғыш құбырдың құрылысын жаңарту, мұнай парафинінен азықтық азықтық ашытқыны алу үшін аппараттарды құруға болады.

Өздігінен сорғыш түтікпен аппарат. Ферментатерлердің бұл түрі құрылысы жағынан қарапайым және қолдануға қолайлы. Аппарата корпусына цилиндрлі диффузор орнатылған, ол оның астыңғы жағында жабық түтік түрінде тарамдалған кішкентай саңылауы бар бұлғағыш орналасқан. Түтік жартылай түтік білікке орнатылған, ферментатердің жоғарғы жағында ауа атмосферамен байланысқан. Ішкі табанша араластыратын бұлғағыштық айналуының арқасында ауа сұйылтылып аппараттың жоғарғы бөлігінен немесе сыртынан жартылай білік арқылы ауаны сорып алады. Өздігінен соратын ауаның мөлшері 1,5-2 м аспайтын сұйықтықтың түбіне жетеді. Өздігінен соратын аэратор культуральды сұйықтықты да бір уақытта араластырады. Сұйықтық көбікпен бірге қабырға шеттеріне шашырап және аппапартпен диффузор қабырғасының арасымен жоғары көтеріліп және жоғары жағынан асып төгіліп құйылады.

Жылу аппаратта орнатылған жыланша арқылы жүргізілген жылу сумен бірге шығарылады. Егер де өндіріс аппаратында сұйықтық биіктігі аппараттан 2 м көп болса, онда желдеткішпен немесе компрессормен ауа берілуі керек. Бұл топтағы ескі және бұрыннан белгілі аппарат азықтық ашытқы зауытында қолданылатын аппарат «Вольдгоф» деп аталады.

Құбыр эжекторлы араластырғыш қондырғысымен ферментер. Аппарат тік он екі бөлік секцияға бөлінген. Аппараттың диаметрі 17 м. Бірінші тоғыз секциясында ашытқы өсіріледі, ал соңғыларында ашытқы өсіп жетіледі. Культуральды сұйықтықты араластыруға және ауаны беріп отыруға әр секция бөліктеріне эжектр орнатылған, ферментер қақпағында орнатылған двигательдің көмегімен айландырылады.

Культуральды сұйықтықты араластыруға және ауа беріп отыруға әр секция бөліктеріне эжектор орнатылған, ферментер қақпағында орнатылған двигательдің көмегімен айландырылады.

Айналмалы эжектор екі сатылы өздігінен ауаны сорғыш түтікше типті араластырғыш бұлғағышы бар сұйықтық жоғарғы және төменгі мойнынан шығарылып және кіргізіліп отырады.

Құбыр нығыздалып жабылып құбыр бойынша эжектормен ауа сорылады. Культуральды сұйықтық циркуляциялану үшін әр секцияға диффузор орнатылған. Культуральды сұйықтықты салқындату үшін диффузорда жылу алмастырғыш орнатылған. Секцияның жоғарғы қақпағына механикалық көбік сөндіргіш орнатылған. Құбырдың айналуының арқасында атмосферадан ауа сорылып, құбыр бойымен сұйықтық пен араласуға эжекторға келіп түседі.

Сұйықтық құбырэжектордан жоғары қарай жылжиды, жыланша типті жылу алмастырғыш қондырғы шайылып одан кейін екіге бөлінеді: сұйықтықтың біреуі циркуляциялы қондырғының орталық бөлігіне және құбыр эжектордың жоғарғы мойнынан, ал екінші бөлігі циркуляциялайтын қондырғының шет-шетімен түбіне қарай түсіп құбыр эжектордың төменгі мойнынан шығарылады.

Секциямен тігінен бөлгіш қоршаудың арасындағы тереземен культуральды сұйықтық ағып өтеді. Сұйық мұнай парафинінде азықтық ашытқы алу өндірісінде құбыр эжекторлы жүйеде аэрациялау және араластырғышы бар ферментерлер кеңінен қолданылады.

Культуральды сұйықтық төгіліп құйылып тұратын ферментер ГДР-да патенттелген, сұйық фазаға энергия жүргізілетін аппаратқа жатады, демек аппаратқа сұйықтықты жоғарыдан беруге насостың жұмыс істеуінеэнергия жұмсалады.

Ферментердің корпусында бір ғана бағана бар, секциялар бірінің астына бірі орналасқан, культуральды сұйықтық төгіліп құйылып тұратын түтікпен қосылған (38 сурет). Культуральды сұйықтықты циркуляция жасайтын насостың көмегімен бағананың жоғарғы секциясына береді және культуральды сұйықтық құйылып тұратын құбырмен төменгі секцияға культуральды сұйықтықты ағады.

Сұйықтық жылжып құйылғанда газ өтетін құбыр арқылы түсетін ауаның есебімен 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 диссперсиясы, газдың ортаға ұзақ уақыт бойы келуі. Ферментатердің мұндай құрылысы үлкен көлемді болуы керек.

Комбинирленген энергия жүргізілген ферментер. Бұл аппаратта энергия комбинирленіп жүргізу іске асырылған: газды фаза – аэрациялау үшін және сұйық фаза араластыру үшін.

Ферментердің мұндай түрі микроорганизм – продуценттері 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. Барботерлер төменгі ярустың асытнда араластырғыш бұлғағыш 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 қамтамасыз ету, жасушаға өнімді қоректендіруге өз уақытысында жеткізу және катоболит өнімінің шығарылуын қамтамасыз ету болып саналады.

Культуральды сұйықтықты араластыру үшін кең таралған механикалық бұлғағыш. Бұлғағыштың қозғалуы сұйықтыққа беріледі нәтижесінде құйындаған ағым пайда болады. Бұлғағыштың жоғары жылдамдықпен айналуының нәтижесінде ортасында иірім пайда болады. Бұлғағыш жылдамдығы мен бірдей орта өсіріледі және араластыру жетіспейді. Аппарат ішіндегі жылдамдықта турбуленттілікті құру үшін қоршаулар шағылыстырғыш орнатылады. Олар тот баспайтын болаттан жасалған радиальды тігінен күрекшелер ферментер қабырғасынан кішірек саңылау қалдырып 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 бұлғағыш айналдыратын темір бөлшектердің көп болуы, сондай-ақ, бұлғағыш орнатылған білік арқылы бөгде микрофлораның түсуі. Құйылып ағатын қабықша ферментер. Аппарат құрылысында сұйық және газды фаза комбинирленген энергияны қолданады. Аппарат цилиндрлі ыдыс ішінде тігінен құбырлар толтырылған. Культуральды сұйықтықты 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.

№ 11 Лабораториялық жұмыс

Лабораториялық жұмыстың аты: Биосинтез процесінде аэрациялау және араластыру.