SEI HPE "Universitatea de Stat din Samara
Universitatea de Medicină din Roszdrav "
Departamentul de Tehnologie Farmaceutică
Rezumat privind biotehnologia
Biotecți industriali (tipuri, scheme, principiu de funcționare, avantaje, dezavantaje)
6 ani student în grupa 64
Stepanova Svetlana Alekseevna
Head. Catedra de Tehnologie Farmaceutică, Doctor în Științe Farmaceutice, Prof. Pervushkin S.V.
1. Caracteristicile generale ale bioreactoarelor
2. Tipuri de bioreactoare
3. Sterilizarea și purificarea aerului din microorganisme
Producția industrială a produselor biologice este un set complex de măsuri fizice interdependente, procese chimice, biofizice, biochimice, fizice și chimice, și implică utilizarea unui număr mare de diferite tipuri de echipamente, care este conectat între linii de proces materiale, fluxul de energie ce formează.
Bioreactoarele (fermentatorii) formează baza producției biotehnologice.
Masa aparatelor utilizate, de exemplu, în biotehnologia microbiană, este diferită, iar cerințele de aici sunt în mare parte determinate de considerente economice. În ceea ce privește fermentatorii, se disting următoarele tipuri: cele de laborator cu o capacitate de 0,5-100 l, capacități pilot de 100l-10 m3, capacități industriale de 10-100 m3 și mai mult.
La scalare, cele mai importante caracteristici ale procesului sunt realizate, nu păstrarea principiului de proiectare.
Echipamentul utilizat în biotehnologie trebuie să contribuie cu o anumită cantitate de estetică la interiorul atelierului sau departamentului. În timpul funcționării și în afara acesteia, echipamentul trebuie să fie ușor accesibil, conținut și funcțional în anumite limite ale cerințelor de igienă și igienizare.
În cazul înlocuirii pieselor sau pieselor din aparat, lubrifierea și curățarea unităților în timpul întreținerii de rutină etc., contaminanții nu trebuie să intre în bioreactoare, în liniile de curgere a materialelor sau în produsele finale.
Principalul element instrumental al procesului biotehnologic este bioreactorul-fermentator. Bioreactoarele sunt destinate cultivării microorganismelor, acumulării biomasei, sintezei produsului dorit.
Bioreactoarele sunt fabricate din oțeluri foarte aliate, uneori din titan. Suprafața interioară a bioreactorului trebuie lustruită.
Ventilatoarele tipice sunt recipiente verticale cu capacități variate (mici - de la 1 la 10 litri, multi-tonaj - mai mult de 1000 de litri), cu un număr minim de sfârcuri și dispozitive de transmisie. În bioreactoare trebuie să se asigure condiții hidrodinamice și de schimb de masă optime (figura 1).
Fermentatoare au fost echipate cu un abur cu manta, agitatoare, barbotoarele, sterilizare filtre de aer, șicanele oferind temperatura necesară, regimul de gaz, condițiile hidrodinamice într-un bioreactor (adică procesele de căldură și de transfer de masă).
Bioreactoarele sunt samplere pentru prelevarea de eșantioane de mediu de cultură în procesul de biosinteză. Pot exista și alte caracteristici de proiectare care iau în considerare specificul procesului biotehnologic. Work nodurile individuale de instrumentare controlate de fixare cum parametrii procesului tehnologic și a parametrilor individuali de cultivare fizico-chimice (sterilizare și temperatura de cultivare, viteza de agitare, presiune, debit de aer sau de gaz pentru aerare, de stabilire a prețurilor, pH, eH, pO2. Mediu PCO2 ).
tip bioreactor, puritatea prelucrării pereților interiori ai aparatului și a componentelor sale individuale, capacitatea, factorul de taxă, suprafața de transfer de căldură, metoda de eliminare a căldurii, tipul de amestecare, dispozitive, program aerarea și dispozitive de blocare, descompunerea spumei metoda - nu este o listă exhaustivă a elementelor individuale, care, în separate și în interdependență, influențează procesul de cultivare a microorganismelor și a celulelor.
Bioreactoarele sunt împărțite în trei grupuri principale (Figura 2):
1) reactoare cu agitare mecanică;
2) coloane cu bule, prin care se amestecă aerul pentru a amesteca conținutul;
3) reactoare de aerisire cu circulație internă sau externă;
Amestecarea și circulația mediului de cultură în ele este asigurată de fluxul de aer, datorită căruia apare un gradient de densitate între straturile superioare și inferioare ale mediului de cultură.
Sunt utilizate cel mai adesea bioreactoarele de primul tip, deoarece fac posibilă schimbarea cu ușurință a condițiilor tehnologice și furnizarea efectivă a aerului celulelor în creștere care determină natura dezvoltării microorganismelor și a activității biosintetice a acestora. În astfel de reactoare, aerul este introdus în mediul de cultură sub presiune printr-un sprinkler - un inel cu multe găuri mici. În acest caz, se formează bule de aer mici și, datorită amestecării mecanice, sunt distribuite uniform. În același scop, se folosesc mixere - unul sau mai multe.
Agitatoarele, care sparge bule de aer mari, le transporta în jurul reactorului și măresc timpul de rezidență în mediul de cultură. Eficiența distribuției aerului depinde de tipul agitatorului, de numărul de rotații și de proprietățile fizico-chimice ale mediului.
Cu agitare viguroasă, mediul de cultură este spumarea sa, astfel încât volumul de lucru al bioreactorului nu depășește 70% din total. Spațiul liber deasupra suprafeței soluției este folosită ca un tampon în care spuma se acumulează și astfel previne pierderea mediului de cultură. In spumare condiții de aerare lichide mai bune decât soluțiile solide (asigurând agitare continuă și circulație a straturilor de spumă, adică cu excluderea găsirea microorganismelor este lichidul de cultură). Cu toate acestea, spumare poate provoca supraumezire filtre în deschiderile prin care aerul iese din bioreactor și reducerea debitului de aer în fermentator la pătrunderea microorganismelor străine.
Caracteristicile de design ale coloanelor cu bule și ale bioreactoarelor de aerisire dau acestor tipuri de fermentatori unele avantaje față de reactoarele cu agitare mecanică. Coloanele cu bule sunt mai economice, deoarece amestecarea în ele are loc fluxuri de aer ascendente în mod egal pe tot volumul. Absența unui agitator mecanic elimină una dintre căile de penetrare a microorganismelor străine în bioreactor. În bioreactoare cu barbotare, nu există tulburări hidrodinamice puternice (deplasări ale straturilor de fluid în mediul de cultură unul față de celălalt).
Scăderea factorilor de forfecare este importantă din următoarele motive:
1. celulele microorganismelor recombinante sunt mai puțin durabile decât cele netransformate;
2. Celula răspunde la efectele externe prin reducerea numărului de proteine sintetizate, inclusiv a proteinelor recombinante; sub influența efectelor de forfecare, proprietățile fizice și chimice ale celulelor se pot schimba, ceea ce face dificilă lucrul cu acestea în continuare (condițiile de izolare, purificarea proteinelor recombinante se deteriorează).
În coloanele cu bule, aerul este furnizat sub presiune înaltă la fundul bioreactorului; Pe măsură ce crește ascensiunea, se îmbină mici bule de aer, ceea ce duce la o distribuție inegală a aerului. În plus, alimentarea cu aer sub presiune înaltă conduce la spumă puternică.
În bioreactoarele cu aerisire, aerul este alimentat în partea inferioară a canalului vertical. În creștere, aerul comprimă lichidul în partea superioară a canalului, unde se află separatorul de gaz-lichid (aici, în parte, aerul iese). Lichidul dezaerat mai dens coboară de-a lungul unui canal vertical vertical spre partea inferioară a reactorului și procesul se repetă. Astfel, în bioreactorul de aerisire, mediul de cultură împreună cu celulele circulă continuu în bioreactor.
Air bioreactoarele Airlift sunt disponibile în două variante de proiectare. În primul - reactorul reprezintă un recipient cu un tub central, care circulă lichidul (reactoare cu circulație internă). În bioreactorul aerian de al doilea tip, mediul de cultură trece prin canale independente separate (un reactor cu un sistem de circulație extern).
Bioreactoarele Erlift sunt mai eficiente decât coloanele cu bule, în special în suspensiile de microorganisme cu densitate sau vâscozitate mai ridicate. Amestecarea în fermentatorii de aerisire este mai intensă, iar probabilitatea lipirii bulelor este minimă.
Aburul este utilizat pentru sterilizarea bioreactorului sub presiune. În interiorul bioreactorului, nu trebuie să existe "zone moarte" care să fie inaccesibile aburului în timpul sterilizării. Toate supapele, senzorii, orificiile de admisie și evacuare trebuie să fie sterilizate.
Sterilitatea este asigurată prin etanșarea echipamentelor biotehnologice care funcționează în condiții aseptice. Transferul de lichid steril este efectuat prin intermediul fitingurilor de aburi. Legarea tehnologică a bioreactorului exclude contaminarea lichidului de cultură cu o microflore străină și posibilitatea de a obține produsele de biosinteză în mediul înconjurător. Principalii agenți care contaminează culturile celulare sunt bacteriile, drojdiile, ciupercile, protozoarele, micoplasmele, virușii. Surse de contaminare - aer, praf, medii nutritive, soluții de lucru, echipament, personal de lucru.
Purificarea aerului de microorganisme și particule de aerosoli prin prefiltre (filtre de adâncime combinate - hârtie, carton, materiale tesatura), care este montat pe conducta de aspirație în amonte a compresorului (aerul curățat de particule mai mari de 5 microni) și fine filtre (țesătură FP, îndepărtarea particulelor cu dimensiuni de până la 0,3 μm, cermet și filtre cu membrană).
Filtrele ceramice din ceramică metalică sunt fabricate din pulberi de metal calibrate (bronz, nichel, oțel inoxidabil, titan) prin metode de sinterizare, presare, laminare; dimensiunea porilor este cuprinsă între 2 și 100 pm. Filtrele ceramice-ceramice sunt sterilizate la o temperatură de 150 ° C timp de 50 de minute. Ele sunt rezistente la acțiunea acizilor puternici, alcali, oxidanți, alcooli, pot fi utilizate la temperaturi de la -250 ° C la + 200 ° C.
Avantajul elementelor filtrante metal-ceramice este simplitatea regenerării, o durată lungă de viață (5-10 ani). Spre deosebire de structura cermet fibroase, materiale nețesute și fluoroplastic particule filtru au continuat, sunt inerte chimic, cedat la sterilizare prin orice metode, sunt caracterizate prin rezistență mecanică ridicată și ușor de fabricat.
Filtrele cu membrană tip de cartuș și casetă, în ciuda unei durate de viață mai puțin semnificative (1 an), au o eficiență ridicată, o detașabilitate rapidă, fiabile în funcționare. Sa observat capacitatea unui număr de materiale de filtrare, încărcate negativ, de a reține celulele vii, bacteriile, virușii, eritrocitele, limfocitele și trombocitele. Particulele care sunt mai mici decât porii mediului de filtrare rămân pe filtru dacă potențialul zeta (potențialul electric) al particulelor și pereții porilor filtrului are încărcături opuse. Acest fenomen se observă atunci când membranele cu proprietăți electrostatice corespunzătoare sunt utilizate ca elemente de filtrare. Alegerea mediului de filtrare depinde de obiectul de filtrare și de potențialul zeta al particulelor suspendate.
Aerul evacuat, extras din laboratoarele și spațiile industriale, este controlat pentru puritate (absența microorganismelor).
Pentru întreținerea instalațiilor de cultivare profundă, se utilizează un sistem modular automatizat, care include:
1) curățarea și sterilizarea aerului și a aburului utilizând elemente filtrante metal-ceramice și titan; module tehnologice de legare care conțin un sistem termostatic autonom, supape de închidere și de control, filtre individuale de intrare și ieșire, generatoare electropneumatice și alte dispozitive de comandă;
2) o unitate automată de comandă și gestionare care conține un dispozitiv software, convertoare de semnal de la electrozi de măsurare, analizoare de gaz pentru măsurarea O2. CO2. eH, temperatura, pCO2. pO2;
3) un sistem de afișare digitală și grafică a parametrilor de cultivare curenți.
Blocuri de montaj cultură submersă prevăzute cu o măsurare de la distanță a presiunii în bioreactor și mantaua, unitățile de control la distanță intensitatea aerării cu aer sau un amestec de gaze (oxigen și azot, oxigen și dioxid de carbon, aer, dioxid de carbon, azot și dioxid de carbon).
Unitatea de control automat permite să controleze și să mențină un nivel prestabilit de sterilizare a bioreactorului și viteza de întărire agitatorului moale și control la distanță de deschidere sau închidere supape și supape de control.
Un număr de țări, este specializată în producția unei game largi de echipamente pentru cultivarea de destinație diferită (companie de BNS - SUA; Poliferm, Biotech - Suedia; Marubishi - Japonia; finalizarea LH - Fermenteyshn - Regatul Unit al Marii Britanii, Brown - Germania; BioR-0,1, 0,2-BioR - Rusia, Institutul de Instrumente Biologice cu o instalație experimentală a Academiei de Științe din Rusia).
Un element important în construirea fermentatorului sunt dispozitivele de schimb termic. Utilizarea extrem de bio-obiecte tulpini medii nutritive, consumul de energie specific ridicat concentrate pentru agitare - toți acești factori afectează materialul crește eliberarea de căldură, și radiator în fermentator setați dispozitivul de schimb de căldură extern și intern.
fermentatoare industriale, de regulă, au o cămașă în secțiune și în interiorul unității - patru bobine.
Dezvoltatorii de echipamente din țara noastră și din străinătate îmbunătățesc în mod constant design-urile bioreactoarelor. De exemplu, compania New Brunswick Scientific Co. Inc (SUA) a propus următoarele tipuri de fermentoare:
Bio-Flo III - pentru cultivarea periodică și continuă a celulelor microbiene, animale și de plante, combinate cu un microprocesor și un calculator personal;
Micros I - pentru cultivarea microorganismelor (combinat cu un microprocesor) și capacitatea fermentatoare industriale de la 40 la 4000 litri sau mai mult (în combinație cu microprocesoare).
În 1987, compania multinațională daneză Gist-Brocades, a fost proiectat și fabricat cel mai mare fermentator industrial pentru producția de penicilină (200 m 3).
5. Biotehnologie: Manual pentru licee / Ed. NS Egorova, V.D. Samuilova .- M. Școala superioară, 1987, pp. 15-25.
7. Producția de proteine. Biotehnologie. Voi. 5. Studii. Manual pentru universități / [VA Bykov și alții]. - M. Engleză. săpt. - 1987. - 142 p.
Fig. 1 Schema bioreactorului (conform AY Samuylenko, EA Ruban)
Fig. 2 Scheme simplificate ale bioreactoarelor de diferite tipuri (conform lui B. Glik, G. Pasternak):
A - reactor cu agitare mecanică
B - coloana cu bule
B - reactor aerian cu circulație internă
Г - reactor cu aerian cu circulație externă
Săgețile - direcția de curgere a mediului de cultură.
Articole similare
-
Dispozitivul starterului este ceea ce este, principiul funcționării, scopul ce constituie
-
Principiul funcționării și aranjării unui container frigorific, refservis
Trimiteți-le prietenilor: