4.Принципы технического оснащения биотехнологического производства

В большинстве случаев биотехнологические процессы рассчитаны на использование живых клеток и тканей различного происхождения, и даже в инженерной энзимологии применение молекул ферментов сопряжено с рядом ограничений, присущих живым клеткам или тканям. К их числу относят поддержание оптимальных температуры (достаточно низкой), рН, стерильности, концентрации растворенного кислорода (в случаях эксплуатации биообъектов - аэрофилов). Микробные клетки, за редким исключением (например, микоплазмы), и клетки растений имеют клеточную стенку, которой не обладают клетки животных организмов; вирусы как организованные частицы реплицируются и паразитируют на живых культурах клеток или в тканях, поэтому отмеченные выше ограничения относятся больше к этим последним, а не к вирусным частицам. Наличие клеточной стенки у биообъекта заведомо обеспечивает ему более высокую устойчивость в различных условиях существования, чем биообъектам, лишенным клеточной стенки. Даже при большой густоте, например, бактерий, они активно размножаются, если им обеспечиваются достаточные пищевые потребности.

Таким образом, особенности биообъектов обусловливают следующие принципы технического оснащения биопроизводств:

1. конструкционное совершенство и относительная универсальность биореакторов;

2. инертность, или коррозионная стойкость материалов биореакторов и другого технологического оборудования, вмещающих биообъект или контактирующих с ним или продуктами его метаболизма;

3. эксплуатационная надежность технологического оборудования;

4. доступность, эстетичность и легкость обслуживания, замены, смазки, чистки, обработки антисептиками или дезинфектантами узлов и соответствующих частей оборудования.

Согласно первому принципу желательно конструировать такие биореакторы, которые можно использовать для реализации биотехнологических процессов, основанных на использовании разных биообъектов (бактерий, грибов, клеток растений и млекопитающих). Под совершенством и относительной универсальностью следует понимать возможность создания оптимальных условий культивирования разных биообъектов в одном и том же биореакторе с автоматическим регулированием заданных параметров.

Второй принцип технического оснащения касается инертности материалов, используемых для изготовления биореакторов и другого технологического оборудования. Это означает, что в процессе культивирования биообъекта как будто не будет происходить его взаимодействия (равно как и продуктов метаболизма) с металлическими и неметаллическими конструкциями, постоянно или временно находящимися в контакте с ним.

Реально при выборе конструкционных материалов ферментаторов необходимо учитывать тот факт, что эти аппараты в процессе работы подвергаются механическим, химическим и физическим (тепловым) воздействиям.

Весьма существенно также влияние на стенки аппарата интенсивных газожидкостных потоков, кавитации, вибрации; содержание в среде абразивных примесей — частиц масла и муки — создает дополнительный истирающий эффект.

Для обеспечения стерильности необходима систематическая обработка аппарата моющими средствами и антисептиками (растворами триполифосфата, хлорамина, формалина).

Материалы, идущие на изготовление ферментационного оборудования, должны быть химически стойкими и не подвергаться коррозии в течение длительного времени эксплуатации.

Третий принцип технического оснащения биопроизводств касается эксплуатационной надежности технологического оборудования. Эта надежность обеспечивается соответствием аппаратов, приборов и другого оборудования целевому назначению, в частности, по конструкционному совершенству, полностью обеспечивающему оптимальные условия для протекания технологического процесса и контроля за ним (в том числе, с учетом требований по технике безопасности). Лишь в подобных случаях достигают максимально возможной интенсивности работы оборудования, то есть его производительности, отнесенной к выбранной основной единице, например, количество упаренной воды в расчете на 1 час и на 1 м² поверхности нагрева: критерием оптимальности работы аппарата выступает себестоимость продукции.

Рассмотренный третий принцип напрямую связан с экономикой биотехнологического процесса. Оборудование с высокими конструктивными и эксплуатационными показателями обеспечивает, как правило, и высокие экономические показатели.

Четвертый принцип технического оснащения биопроизводств касается эстетичности, легкости и удобства обслуживания, замены, смазки, чистки, обработки антисептиками или дезинфектантами узлов и соответствующих частей оборудования.

Любой прибор или аппарат, легко доступный для сборки и разборки, загрузки материалами, питательными средами и выгрузки, для чистки, мойки, смазки, ремонта и пр., оценивается выше, чем оборудование с усложненным доступом к его частям.

Масса аппаратов, используемых, например, в микробной биотехнологии, различна, и требования здесь определяются большей частью экономическими соображениями. Применительно к ферментаторам различают следующие типы их: лабораторные емкостью 0,5-100 л, пилотные емкостью 100л-10 м³, промышленные емкостью 10-100 м³ и более.