Ферментацията е основен процес в различни индустрии, включително биотехнологии, фармацевтични продукти, храни и напитки и производство на биогорива. В основата на много ферментационни инсталации лежи стъкленият биореактор, важна част от оборудването, което осигурява контролирана среда за растеж на микроорганизми или клетки и извършване на биохимични реакции. Като водещ доставчик на стъклени биореактори, ние сме добре запознати с принципа на работа на тези забележителни устройства и в този блог ще се задълбочим в подробностите за тяхното функциониране.
Основни компоненти на стъклен биореактор
Стъкленият биореактор обикновено се състои от няколко ключови компонента, всеки от които играе жизненоважна роля в процеса на ферментация. Най-очевидната част еСтъклен биореакторен съд, който е изработен от висококачествено стъкло. Стъклото е отличен материал за биореактори, защото е инертно, прозрачно и може да издържа на високи температури и налягания. Прозрачността позволява на операторите да наблюдават визуално процеса на ферментация, като например наблюдаване на растежа на микроорганизмите, промените в цвета и образуването на мехурчета.
Вътре в съда има система за разбъркване. Възбудата е от съществено значение по няколко причини. Първо, той осигурява равномерно разпределение на хранителните вещества, кислорода и микроорганизмите в културалната среда. Това е от решаващо значение, тъй като неравномерното разпределение може да доведе до области с изчерпване на хранителните вещества или ограничение на кислорода, което може да повлияе отрицателно на растежа и продуктивността на микроорганизмите. Второ, разбъркването помага да се разбият големи газови мехурчета, увеличавайки повърхността за пренос на газ. Системата за разбъркване обикновено се състои от работно колело, което е свързано към двигател извън съда. Моторът задвижва работното колело да се върти с контролирана скорост, създавайки ефект на смесване.
Друг важен компонент е аерационната система. Микроорганизмите често се нуждаят от кислород за своите метаболитни дейности, особено в процесите на аеробна ферментация. Системата за аериране доставя стерилен въздух или кислород в биореактора. Обикновено включва разпръсквател, който е устройство, което освобождава газ в хранителната среда под формата на малки мехурчета. Размерът на мехурчетата е важен, тъй като по-малките мехурчета имат по-голямо съотношение на повърхността към обема, което подобрява преноса на кислород от газовата фаза към течната фаза.
Контролът на температурата също е критичен аспект на ферментацията. Микроорганизмите имат оптимален температурен диапазон за растеж и метаболизъм. За поддържане на постоянна температура вътре в биореактора се използва система за контрол на температурата. Това може да се постигне чрез комбинация от нагревателни и охлаждащи елементи. Например, нагревателна риза може да бъде увита около съда на биореактора, за да осигури топлина, когато е необходимо, докато охладителна система, като водно охлаждана намотка, може да се използва за отстраняване на излишната топлина.
Освен това е необходима система за контрол на pH. pH на културалната среда може значително да повлияе на растежа и активността на микроорганизмите. Повечето микроорганизми имат тесен pH диапазон, в който могат да функционират оптимално. Системата за контрол на pH измерва непрекъснато pH на културалната среда и добавя киселинни или основни разтвори, ако е необходимо, за да поддържа желаното ниво на pH.
Принципът на работа на ферментацията в стъклен биореактор
Инокулация
Процесът на ферментация започва с инокулацията на биореактора. Малко количество от чиста култура на желаните микроорганизми или клетки се добавя към стерилизираната хранителна среда в биореактора. Културалната среда съдържа всички необходими хранителни вещества, като източници на въглерод (напр. глюкоза), източници на азот (напр. амониеви соли), витамини и минерали, за подпомагане на растежа на микроорганизмите.
Фаза на растеж
След като инокулацията приключи, микроорганизмите започват да растат и да се размножават. По време на началната фаза на забавяне микроорганизмите се адаптират към новата среда и има малко или никакво увеличение на броя на клетките. След лаг фазата микроорганизмите навлизат във фазата на експоненциален растеж. В тази фаза клетките се делят бързо и популацията на микроорганизмите се увеличава експоненциално. Системите за разбъркване и аериране играят решаваща роля по време на тази фаза. Разбъркването гарантира, че микроорганизмите са добре смесени с хранителните вещества и кислорода, а системата за аериране осигурява необходимия кислород за аеробно дишане.
Системите за контрол на температурата и pH също работят непрекъснато, за да поддържат оптималните условия за растеж. Ако температурата е твърде висока или твърде ниска, или ако рН се отклонява от оптималния диапазон, скоростта на растеж на микроорганизмите ще бъде засегната. Например, ако температурата е твърде висока, ензимите в микроорганизмите могат да денатурират, което води до намаляване на метаболитната активност и растеж.
Производствена фаза
Когато микроорганизмите достигнат определена клетъчна плътност, те навлизат във фазата на производство. В някои случаи желаният продукт е вторичен продукт от нормалните метаболитни дейности на микроорганизмите. Например, при производството на етанол, клетките на дрождите ферментират глюкоза, за да произведат етанол и въглероден диоксид. В други случаи микроорганизмите могат да бъдат генетично модифицирани, за да произвеждат специфични протеини, антибиотици или други ценни продукти.
По време на производствената фаза може да се наложи условията вътре в биореактора да се коригират, за да се оптимизира производството на желания продукт. Например може да се наложи да се промени хранителният състав или да се намали подаването на кислород. Прозрачността на стъкления биореактор позволява на операторите да наблюдават производствения процес визуално и да правят корекции, ако е необходимо.
Прибиране на реколтата
След като процесът на ферментация приключи, следващата стъпка е прибирането на реколтата. Събраният продукт може да бъде самите микроорганизми (напр. при производството на едноклетъчни протеини), метаболит, произведен от микроорганизмите (напр. антибиотици), или комбинация от двете. Процесът на събиране обикновено включва отделяне на клетките или продукта от хранителната среда. Това може да се постигне чрез различни методи, като филтриране, центрофугиране или екстракция.
Различни видове стъклени биореактори и техните приложения
Ние предлагаме разнообразие от стъклени биореактори, за да отговорим на различните нужди на нашите клиенти. НашитеНастолен стъклен биореакторе идеален за изследвания и разработки в малък мащаб. Той е компактен и лесен за работа, което го прави подходящ за лаборатории с ограничено пространство. Настолният биореактор може да се използва за широк спектър от приложения, като изследване на кинетиката на растеж на микроорганизми, оптимизиране на условията на ферментация и производство на малки количества ценни продукти.
НашитеСтъклен биореактор с един съде предназначен за по-мащабно производство. Той има по-голям капацитет и може да бъде оборудван с по-модерни системи за управление. Този тип биореактори обикновено се използват в индустрии като фармацевтични продукти и производство на храни, където трябва да се произвеждат големи количества продукти.
Защо да изберете нашите стъклени биореактори
Като професионален доставчик на стъклени биореактори, ние се гордеем с предлагането на висококачествени продукти. Нашите стъклени биореактори са изработени от най-добрите стъклени материали, осигуряващи отлична издръжливост и химическа устойчивост. Дизайнът на нашите биореактори се основава на най-новите научни и инженерни принципи, осигуряващи ефективна и надеждна работа.
Предлагаме и цялостно следпродажбено обслужване. Нашият екип от експерти е винаги готов да предостави техническа поддръжка и помощ на нашите клиенти. Независимо дали имате въпроси относно инсталирането, работата или поддръжката на нашите биореактори, ние сме тук, за да ви помогнем.
Ако се интересувате от нашите стъклени биореактори и искате да научите повече за това как те могат да бъдат от полза за вашите процеси на ферментация, препоръчваме ви да се свържете с нас за дискусия. Ние сме нетърпеливи да разберем вашите специфични изисквания и да ви предоставим най-подходящите решения. Нашият екип ще работи в тясно сътрудничество с вас, за да гарантира, че получавате най-добрата стойност от нашите продукти.
Референции
- Bailey, JE, & Ollis, DF (1986). Основи на биохимичното инженерство. Макгроу - Хил.
- Доран, PM (1995). Принципи на биопроцесното инженерство. Академична преса.
- Shuler, ML, & Kargi, F. (2002). Биопроцесно инженерство: Основни понятия. Prentice - Хол.