Общая характеристика биореакторов

Контроль и Управление процессом

Температура

 Температура — важный  параметр ферментации, потому  что при культивации многих  микроорганизмов отклонение температуры  на пару градусов может привести  к существенному снижению продуктивности  роста и биосинтеза. Обычно температура  культивации поддерживается с  точностью не хуже ±0,5°C. Для  измерения температуры часто  применяется датчики Pt100 из нержавеющей стали. В лабораторных биореакторах температура регулируется одним их следующих образов:

1. Нагреватель находится внутри биореактора, а для охлаждения применяются тонкостенные трубочки, опускаемые через верхнюю крышку. Пр помощи электромагнитного клапана в них подаётся охлаждающая вода;

2. Нагревание или охлаждение происходят в термостате, термостатированная вода циркулирует в рубашке биореактора.

 Первый вариант проще  и обеспечивает более экономичное  конструктивное решение. Этот  вариант оправдан для небольших  реакторов ёмкостью до 5 литров. Второй  вариант обеспечивает равномерное распределение тепла по ёмкости биореактора, что существенно для культивации микроорганизмов.

pH

Регулировка pH основана на установке "set point" и сравнением с реальным значением pH. Для измерения pH применяют только стерилизуемые электроды. Автоматическое регулирование значения pH обеспечивают перистальтическим насосом, соответственно дозируя кислоту или щёлочь. Обычно point состоит из верхнего и нижнего значения pH. Если pH находится между этими значениями, никаких действий не происходит. Такой порядок установки set point применяется для того, чтобы избежать передозировки титровальной жидкости. С другой стороны, узкий диапазон pH не особенно важен для успешной культивации микроорганизмов. Измерение pH должно быть точным (± 0,02 ед. pH), потому что изменения pH несут важную информацию о кинетике процесса.

pO2 (парциальное давление растворённого  кислорода)

 Весьма специфический  аспект контроля ферментации  — измерение и регулирование  pO2. Контроль pO2 практически применяется  только в процессах ферментации.  Есть несколько принципов регулирования  pO2:

1. изменение скорости вращения  мешалки n, считая, что n пропорционально pO2;

2. комбинирование изменения  n и количества подводимого сжатого воздуха Q. Считается, что pO2 зависит от n и Q. Обычно сначала регулируется n до достижения nmin или nmax, затем регулировка происходит изменением Q;

3. добавляя субстрат или  какие-то его компоненты. Считается,  что pO2 пропорционален интенсивности подкормки. Подкормка обычно производится при помощи управляемых перистальтических насосов. Этот метод часто комбинируется с первыми двумя.

Пена

 Появление пены —  очень нежелательное явление,  потому что есть риск потерять  существенную часть ферментационной  жидкости. Во время вспенивания  невозможно проводить качественные  анализы и измерения. Для предотвращения  вспенивания часто применяют  два приёма или их комбинацию:

1. дозирование противопенного  средства, опираясь на информацию, полученную от датчика пены. Данные  импульсы сравнительно невелики  с большими промежутками и  ограниченным временем дозирования.  Дополнительный конроль необходим для избежания передозировки, потому что в противном случае возможно существенное снижение показателей обмена массы.

2. механическое сбивание  пены. Для этого в верхней крышке  биореактора вмонтирован верхний привод со специальной дискообразной (или другой формы) мешалкой для механического сбивания пены. Если началось интенсивное вспенивание, то механический пеногаситель уже не помогает.