Көбіктің пайда болуы және көбікті сөндіру.

Аэробты микроорганизмді өсіру процесінде ферменттерге ауаны берумен жүреді және қоректік ортаны араластырғаннан күшті көбіктің пайда болғаны байқалады. Газды фазаны енгізу, сондай-ақ қоректік орта құрамында қоректік субстрат тұздың болуы, микроорганизмнің метаболизм өнімі мен беттік – активтік заттың болуы биосинтез процесіндегі көбіктің пайда болуын тудырады.

Ферментердегі көбіктің болуы, бір жағынан жоғарғы жағындағы масса алмасуының дамуынан ауадағы оттегінің еруі тездесе, екінші жағынан тез арада аппараттағы пайдалы көлемі төмендейді, көбік асып төгіледі, бөгде микрофлора мен ластану қауіпі жоғарылайды. Ферментерді толтыру коэффициент 0,5-0,6 құрайды. Газ құрамының көбеюінен ортаның деігейі жоғарылайды, былайша көбіктің көлемі 10 пайыздан жоғарыламайды, 1 м³ культуралды сұйықтықтағы өнімнің шығымы мен оның өзіндік құны, мұндай технологиялық көрсеткіштер көбік сөндіру әдісінің тиімділігіне байланысты. Биотехнологиялық өндірісте көбіктің пайда болуымен күресу.

Өндірістегі ферментер аэратор немесе барботердің саңылауынан газды ығыстырып шығарып, турбулентті ағымдағы әр түрлі көлемдегі көбікті ыдыратады. Егер газды беру жылдамдығы сұйықтық көлеміндегі табиғи көбіктің көтерілуінен жоғары болса, онда оның беткі қабатында көбік түрінде газ жиналады.

Таза сұйықтықтағы көбік көпіршігінің төзімділігі нолге тең, нәтижесінде көбікті қоршаған сұйық қабықшаның беріктігі төмендейді. Культуралды сұйықтыққа, микроорганизмдер қатысады және әр түрлі еріген заттар (қоректік компоненттер мен метаболизм өнімі) пайда болады, сондықтан барлық уақытта берік көбік қабаты түзіледі. Культуралды сұйықтың беткі жағында барынша берік газ пайда болады және үздіксіз аэрациялау нәтижесінде барлық культуралды сұйықтық көбікке ауысуы мүмкін.

Қазіргі кезде көбікті ыдырату үшін және көбіктің пайда болуын ескерту үшін әр түрлі заттар қолданылады. Культивирлеу процесінде бастапқы қоректік ортадан көбіктің пайда болуын, ескерту үшін адсорбенттерді (активті көмір, ионидттер) енгізу арқылы жүзеге асырылады, ал аққуыз көбіктің пайда болуын байланыстырады. Қоректік ортаның құрамын жасауда аз көбіктенетін компоненттерді таңдайды. Көбіктенуге кейбір қоректік заттардың құрамы әсер етіп қоймайды, және оларды өңдеу әдісіне де әсер етеді: температура, зарарсыздандыру ұзақтығы және егіс материалының қосылатын саны. Биосинтез процесін өңдеуде міндетті түрде ескерілуі қажет. Биотехникалық синтез процесінде көбіктің пайда болмауын көздеу керек.

Ферментатердегі көбіктің деңгейін реттеу үшін әртүрлі әдістер – химиялық, механикалық, физикалық және комбинирленген әдістер қолданылады.

Химиялық көбік сөндіргіш.

Ұзақ уақыт бойы көбік сөндірудің негізгі әдісі болып химиялық әдіс саналған, культуралды ортаға көбіктің беткі қабатын әлсіздейтін БАЗ қосу арқылы орындалған. Көбік сөндіргіштің негізгі қызметі – ыдырату, газ сұйық жүйеде екі фракцияның пайда болуы: газ және сұйық.

Химиялық көбік сөндіргіштің механизмі болып беткі қабатындағы көпіршіктерден көбік пайда болуын беттік – активтік затты ығыстыру болып табылады. Химиялық көбік сөндіргіш зат табиғи және жасанды болып екіге бөлінеді: табиғи және жасанды. Табиғатта негізінде көбінесе әртүрлі өсімдік майлары (күнбағыс, соя, жүгері, арахис, олейн) немесе жануарлар майы (сүйек майы, техникалық май). Бұл заттар көбік сөндіруге ғана емес, зат алмасуға да қатысады және микроорганизмнің тіршілігін қалыптастырады.

Табиғи көбік сөндіргіштің кемшілігі – оларды салыстырғанда шығыны көп болады (0,5-2,0 % ортаның көлемінде), бағасының қымбаттығы, сондай-ақ дайын өнімді алудың арқасындағы теріс әрекеті (фильтрлеуде, экстрациялауда) нашарлау.

Жасанды көбік сөндіргішке БАЗ пен гидролиз тобы жатады, қоректік ортадағы осы заттың электролиттік диссоциациясын анықтаушы сипаты. Мысалы, кремний органикалық полимерлер (силоксандар), алкиламиносульфонаттар, күрделі эфирлер, спирттер қолданылады.

Елімізді кеңінен таралған болып ПМС-154А, ПМС-200А, ПМС-1000А маркалы концентрленген полиорганосилоксандар саналады. Қымбат болуына қарамастан бірқатар артықшылығы бар көбік сөндіргіштер: өңделетін өнімде құрамы төмен, жоғары температурада қолдану мүмкіншілігі, ұшқыштығы химиялық инерттілігі, тотыққанда төзімділігі, улы еместігі.

Культивирлеу процесіндегі қоректік ортаға көбік сөндіргішті қосқанда өнімнің шығымын төмендетеді, демек динамикалық көбікті ортадағы оттегінің жақсы еруіне септігін тигізеді, ал химиялық көбік сөндіргіш көбікті азайтады, аэробты микроорганизмнің оттегімен тыныс алуына кедергі жасайды. Бірақ басқа да нәтижелері белгілі. Полипропиленнен дайындалған БАЗ ортаға қосуда көмірсу негізінде культуралды сұйықтықта оттегі абсорбциясының жылдамдығын ұлғайтуға мүмкіндік жасайды және көмірсудың концентрациясын 15-20 % арттыруға мүмкіндік жасайды және биотехнологиялық процестің өнімділігін 10-15 % жоғарылатады.

Көбік сөндіргіштің химиялық әдісінің негізгі кемшілігі аэрацияға берілген көпіршік ауа көбік сөндіргіштің адсорбциясы болып саналады. Химиялық көбік сөндіргіш ортадағы оттегі диффузиясының жылдамдығын қиындатады және сондай-ақ еріген газдың бөліну жылдамдығын да. Одан басқа химиялық көбік сөндіргішті қолдану шығыны жоғары болуына байланысты. Мысалы, азықтық ашытқы өндірісіндегі жалпы өзіндік құнынан химиялық көбік сөндіргіш 10 % дейін шығынын құрайды.

Механикалық көбік сөндіргіш.

Механикалық көбік сөндіргіш әдісі химиялық әдістен кейін болып табылады, қарапайым және барынша тиімді.

Механикалық көбік сөндіргіштің әр түрлі түрлері белгілі: циклонды, сұйықтық – құйылатын, ортадан тепкіш табақшалы, дискілі, роторлы. Механикалық көбік сөндіргіш екіге бөлінеді: актвиті, яғни айналмалы (қозғағыш) жұмысшы орган және пассивті – қозғалмайтын.

Активті механикалық көбік сөндіргіш көбіктің ұясын ыдыратады, (ұрғыш) күштің әсерінен ортадан тепкіш күштің аймағына, жұмысшы барабанның айналуынан жұмысшы бөлігі жүргізіледі.

Пассивті механикалық көбік көбік сөндіргіш инерционды жүктің есебінен көбікті ыдыратады және қысымның төмендеуінен ағымдағы көбік қозғалған кезде көбік сөндіргіш каналда пайда болады. Пассивті механикалық көбік сөндіргіш (циклондар, лабиринттер, спиралдар) эффективтілігі аз болып келеді, төзімдігі төмен көбікті өңдеу үшін қолданылады. Құрылысы қарапайым активті механикалық көбік сөндіргішке тез айналатын роторлы диск саналады. Ол қолданылғанда минималды электр энергиясы жұмсалады және екіншілік көбіктің пайда болуын минимумға дейін төмендетеді. Механикалық көбік сөндіргіштің айналу жиілігіне байланысты көбік бұзылады.

Келесі механикалық көбік сөндіргіштің үлкен тобы – табақшалы ортадан тепкіш және оның модификациясы. Көбік сөндіргіштің құрылысы негізгі үлкен білікке конустың қимасымен төмен қарай орнатылған, оның ішінде тарамдалған оқшаулағыш бөліктермен дәнекерленген және конусты табақша қалта тәрізді.

Механикалық табақша көбік сөндіргіштің жұмыс сітеуі, көбіктің бұзылуына айналып тұрған беткі қабатындағы көбікті ұрғыш күштің әсерінен сөндіреді. Құрылысының кемшілігі майда дисперсті көбіктің пайда болуы, ол көбікті қоршаған көбік сөндіргіш көбікті екінші рет көбік пайда болуын тудырады, көбік сөндіргіштің өнімділігі төмендейді және әтұншығуыну» әкеліп соғады.

Көбіктің бұзылуы бөлгіш насоста ортадан тепкіш күштің әсерінен жүргізіледі (41 сурет). Бөлгіш насостың жұмыс істеу принципі, көбік ферментерден насостың бірінші бөлігіне түседі, ортадан тепкіш күштің әсерінен сұйықтыққа және газға бөлінеді.

Сұйықтық жоғарғы тығыздықты меншіктеп, жұмысшы дөңгелегінің шеттеріне орналасады, насостан шығарылып, ал газ және көбік сөндіргіш көбіктің жұмысшы дөңгелегінің орталық бөлігінен насостың екінші бөлігіне өтеді, сол жерде көбікті сұйықтыққа және газға соңына дейін бөледі. Көбік сөндіргіштің тиімді болуы химиялық және механикалық көбік сөндіру әдісінің үйлесуімен орындалады.

Көбік ферментатерден түтік арқылы циклон қондырғысына келіп түседі және сепарирленеді.

Пайда болған сұйықтық циклонның төменгі конусты бөлігіне ағып өтеді және ферментерге қайта оралады. Қалған көбікті химиялық әдіспен көбік сөндіргіш көбікті ыдыратады, көбік эмульсиясымен диспергирлену қабілеті бар айналатын дискіге келіп түседі.

Көбік сөндіргіш қондырғы ферментердің ішінде дәнекерленген. Кейбір көбік сөндіргіш қарапайым, бірақ механикалық көбіксөндіргіштің тиімділігі жеткіліксіз. Сұйықтық төгіліп құйылып тұратын көбік сөндіргіш. Ферментация ортасы немесе жаңадан дайындалған қоректік ортасы көбік қабатының бетіне шашыратып бүркумен орындалады. Сұйықтық насоспен беріледі, ал бүркудің құрылысы әр түрлі механикалық форсункамен жасалады. Көбіктің беткі қабатын құйындату үшін ауа ағымы қажет, сұйықтықтың бетіндегі пайда болған иірім көбік сөндіргіш ауаның сорғалап ағып тұруымен қамтамасыз етіледі және барлық уақытта белгілі деңгейде ұстап тұрады. Газды сұйық жүйесіндегі қысымның бірден өзгеруі көбік көпіршігінің толық бұзылуына әкеліп соғады. Бұл үшін техникада ваккумда, камерада қысымды төмендету қолданылады. Құбырдың перпендикуляр осінде арнайы тар саңылауы бар құбыр газды тазарту үшін қолданылады.

Саңылау арқылы өткен көбіктің жылжу жылдамдығы ұлғаяды, нәтижесінде қарқынды газдан тазартылады. Екінші реткөбіктің пайда болуы байқалмайды.