Федеральне агентство з охорони здоров'я і соціальному розвитку РФ
ГОУ ВПО "Самарський Державний
Медичний Університет Росздрава "
Кафедра фармацевтичної технології
Реферат по біотехнології
Промислові біотеактори (види, схеми, принцип роботи, переваги, недоліки)
Виконавець:
студентка 6 курсу 64 групи
Степанова Світлана Олексіївна
Керівник:
зав. кафедрою фармацевтичної технології, доктор фармацевтичних наук, професор Первушкін С.В.
Самара 2009
Зміст
Введення
1. Загальна характеристика біореакторів
2. Типи біореакторів
3. Стерилізація та очищення повітря від мікроорганізмів
Висновок
Список літератури
Додаток
Введення
Промислове виробництво біопрепаратів являє собою складний комплекс взаємопов'язаних фізичних, хімічних, біофізичних, біохімічних, фізико-хімічних процесів і припускає використання великої кількості різнотипного устаткування, яке пов'язане між собою матеріальними, енергетичними потоками, створюючими технологічні лінії.
Біореактори (ферментери) складають основу біотехнологічного виробництва.
Маса апаратів, використовуваних, наприклад, в мікробної біотехнології, різна, і вимоги тут визначаються здебільшого економічними міркуваннями. Стосовно до ферментер розрізняють такі типи їх: лабораторні місткістю 0,5-100 л, пілотні ємністю 100л-10 м3, промислові ємністю 10-100 м3 і більше.
При масштабуванні домагаються відповідності найважливіших характеристик процесу, а не збереження принципу конструкції.
Застосовуване в біотехнології обладнання повинно вносити певну частку естетичності в інтер'єр цеху або відділення. В ході його експлуатації і поза її обладнання повинно бути легко доступним, містяться і функціонуючим в певних рамках вимог гігієни та санітарії.
У разі заміни яких частин або деталей в апараті, мастила і чищення вузлів при поточному ремонті, і т. д., забруднення не повинні потрапляти всередину біореакторів, в матеріальні потокові комунікаційні лінії, в кінцеві продукти.
1. Загальна характеристика біореакторів
Основним апаратурним елементом біотехнологічного процесу є біореактор - ферментер. Біореактори призначені для культивування мікроорганізмів, накопичення біомаси, синтезу цільового продукту.
Біореактори виготовляють з високолігірованних марок сталі, іноді з титану. Внутрішня поверхню біореактора повинна бути відполірована.
Типові ферментери являють собою вертикальні ємкості різної місткості (малі - Від 1 до 10 л, великотоннажні - більше 1000 л) з мінімальним числом штуцерів і передавальних пристроїв. В біореакторах повинні бути забезпечені оптимальні гідродинамічні і масообмінні умови (рис. 1).
ферментер забезпечені паровою сорочкою, мішалками, барботер, стерилізують повітряними фільтрами, відбійниками, які забезпечують необхідні температурний, газовий режим, гідродинамічну обстановку в біореакторі (тобто процеси масо-і теплообміну).
В біореакторах маються пробовідбірники для відбору проб культуральної рідини в процесі біосинтезу. Можуть бути й інші конструктивні особливості, враховують специфіку біотехнологічеекого процесу. Робота окремих вузлів контролюється вимірювальними приладами, що фіксують як параметри технологічного процесу, так і окремі фізико-хімічні показники культивування (температуру стерилізації та культивування, швидкість обертання мішалки, тиск, витрата повітря або газів на аерацію, ціноутворення, рН, ЄП, рВ 2 , рСО 2 середовища).
Тип біореактора, чистота обробки внутрішніх стінок апарату і окремих його вузлів, ємність, коефіцієнт заповнення, поверхня тепловіддачі, спосіб відведення тепла, тип перемішувальних, аеруючими пристроїв, арматура і запірні пристосування, спосіб піногасіння, - далеко не повний перелік окремих елементів, які, в окремо і у взаємозв'язку, впливають на процес культивування мікроорганізмів і клітин.
2. Типи біореакторів
Біореактори підрозділяють на три основні групи (рис. 2):
1) реактори з механічним перемішуванням;
2) барботажние колони, через які для перемішування вмісту пропускають повітря;
3) ерліфтниереактори з внутрішньої чи зовнішньої циркуляцією;
Перемішування і циркуляція культурального середовища в них забезпечується потоком повітря, за рахунок якого між верхнім і нижнім шарами культурального середовища виникає градієнт щільності.
Біореактори першого типу використовують найчастіше, тому що вони дозволяють легко змінювати технологічні умови та ефективно доставляти до зростаючим клітинам повітря, що визначає характер розвитку мікроорганізмів і їх біосинтетичних активність. У таких реакторах повітря подають у культуральне середовище під тиском через розбризкувач - кільце з безліччю маленьких отворів. При цьому утворюються дрібні бульбашки повітря і за рахунок механічного перемішування забезпечується їх рівномірне розподіл. Для цієї ж мети використовують мішалки - одну або декілька.
Мішалки, розбиваючи великі бульбашки повітря, розносять їх по всьому реактору і збільшують час перебування в культуральному середовищі. Ефективність розподілу повітря залежить від типу мішалки, числа обертів, фізико-хімічних властивостей середовища.
При інтенсивному перемішуванні культурального середовища відбувається її спінення, тому робочий об'єм біореактора не перевищує 70% загального обсягу. Вільне простір над поверхнею розчину використовується як буферна, де накопичується піна, і таким чином запобігає втрата культуральної рідини. У пінливої вЂ‹вЂ‹рідини умови аерації краще, ніж в щільних розчинах (За умови безперервного перемішування і циркуляції шару піни, тобто при виключення перебування мікроорганізмів поза культуральної рідини). Разом з тим вспенивание може призвести до перезволоження фільтрів в отворах, через які повітря виходить з біореактора, зменшення потоку повітря і до потрапляння в ферментер сторонніх мікроорганізмів.
Конструктивні особливості барботажних колон і ерліфтних біореакторів дають цим типам ферментерів деякі переваги перед реакторами з механічним перемішуванням. Барботажние колони більш економічні, так як перемішування в них відбувається висхідними потоками повітря рівномірно по всьому об'єму. Відсутність механічної мішалки виключає один із шляхів проникнення в біореактор сторонніх мікроорганізмів. У барботажних біореакторах не виникає сильних гідродинамічних збурень (Зрушень шарів рідини культурального середовища відносно один одного).
Зменшення зсувних факторів важливо з наступних причин:
1. клітини рекомбінантних мікроорганізмів менш міцні, ніж нетрансформованих;
2. клітка відповідає на зовнішні вплив зменшенням кількості синтезованих білків, у тому числі рекомбінантних; під впливом зсувних ефектів можуть змінюватися фізичні і хімічні властивості клітин, що ускладнює подальшу роботу з ними (погіршуються умови виділення, очистка рекомбінантних білків).
В барботажних колонах повітря подають під високим тиском в нижню частину біореактора; по мірі підйому дрібні бульбашки повітря об'єднуються, що тягне нерівномірне його розподіл. Крім того, подача повітря під високим тиском приводить до сильного піноутворення.
В ерліфтних біореакторах повітря подають в нижню частину вертикального каналу. Піднімаючись, повітря захоплює за собою рідину до верхньої частини каналу, де розташований газорідинної сепаратор (Тут частково виходить повітря). Більш щільна деаерірованной рідина опускається по іншому вертикальному каналу до дна реактора і процес повторюється. Таким чином, в ерліфтних біореакторі культуральна середу разом з клітинами безперервно циркулює в біореакторі.
Ерліфтні біореактори випускаються в двох конструктивних варіантах. У першому - реактор представляє ємність з центральн...
