Оқулық Қазақстан Республикасы Білім жəне ғылым министрлігі бекіткен Алматы, 2011 2


 Халық шаруашылығында қолданылатын биореакторлардың түрлері



Pdf көрінісі
бет42/211
Дата07.01.2022
өлшемі4.09 Mb.
#20614
түріОқулық
1   ...   38   39   40   41   42   43   44   45   ...   211
5. Халық шаруашылығында қолданылатын биореакторлардың түрлері
Биореакторлар (ферментерлер) деп – биосинтетикалық  үдерістер  жүргізуге
арналған  сиымдылығы  қолданылу  аясына  байланысты  əртүрлі (зертханалық 10 л,
пилотты 150 л, немесе  өндірістік 100 м
3
  жəне  т.б.) болып  келетін  ыдыс
қондырғылары  айтылады. Биореакторларда  микроорганизмдер  өсіріліп, биомасса
көлемі белгілі бір мөлшерге дейін жинақталған соң, қажетті өнім синтезделеді.
Биореакторларды  өте  жоғары  сапалы  болаттардан  немесе  кейбір  кездері
титаннан жасайды. Биореактордың ішкі жағы жылтырланған тегісті болуы қажет.
Биореакторларда көптеген мөлшердегі  тірі  жасушалар немесе реагенттер мен
ферменттердің  қосындылары  сақталуы  мүмкін. Биокаталикалық  үдерістерінің
көпшілігі  сулы  ортада  жүреді. Мұндағы  басты  мақсат, жасушаларды  немесе


72
реагенттерді  адамдарға  қажетті  ақырғы  өнімін  алуға  бағыттап  индукциялау.
Қондырғыда  өтетін  үдеріс  аяқталып  біткеннен  кейін, дайын  өнімдері  жиналып
алынады.
Биореакторлардағы  басты  артықшылық, үдерістер  тоқтатылмай, ұдайы
жалғасын  тауып  жатқанда, мұндағы  түзілетін  өнімдері  белгілі  бір  мерзімдер
аралықтарында  бірнеше  қайталана  жинап  алынады. Ферментацияның  көп
қолданылатын  қарапайым  тəсілінде  қажетті  жасушалар, құрамында  суы, қоректік
заттары, азот  көздері  жəне  ауасы  бар  ортаға  салынады. Жасушалардың  қоректік
ортадағы белгілі бір тығыздыққа дейін өсуіп-көбеюіне мүмкіндік беріледі. Мұндағы
жүретін  үдерістердің  жақсы  өтуі  үшін, қоректік  ортаның  құрамында  жасушаға
қажетті  барлық  химиялық  элементтер  болуы  қажет. Сондықтан, жасушалардың
өсірілу  ортасының  жағдайы  əрдайым  қадағаланылып, басқарылып  отырылуы  тиіс.
Қоректік  ортадағы  қоректік  заттардың  жасушаның  айналасындағы  айналымын
қамтамасыз  ету  жəне  зат  алмасуы  нəтижесінде  пайда  болатын  көмірқышқыл  газы
мен басқа да қажетсіз заттардан арылту мақсатында, төмендегі шаралар жасалынып
тұруы қажет:
1. Деміл-деміл араластырылып тұруы.
2. Циркуляцияланатын ортада микроорганизмдер суспензиясын пайдалану.
Қоректік  ортадағы  ерітілген  оттегінің  жасушаларға  əрдайым  жеткізіліп
тұрылуын естен шығармау қажет. Жасушалар қоректік орта құрамындағы алғашқы
заттардан, адамдарға  қажетті  заттарды  синтездейді. Кейіннен, жасуша  шырыны
(секреті) ретінде  бөлініп  шыққан  қажетті  заттар  тазартылып, немесе  химиялық
жолмен өндіріліп алынады.
Өсірілетін  дақылдар  мен  ондағы  алынатын  өнім  түрлеріне  байланысты,
биотехнологиялық үдерістер өтуге арналған қондырғыларды келесі типтерге бөлуге
болады:
1. Бактериялар мен микроскопиялық саңырауқұлақтарды өндіруге арналған.
2. Өсімдіктер жасушалары мен ұлпаларын өсіруге арналған.
3. Хайуандар мен адамдардың жасушалары мен ұлпаларын өсіруге арналған.
Қондырғыларды 
бұлайша 
бөлу, бактериялар 
мен 
микроскопиялық
саңырауқұлақтарды  көбінесе  өз  құрылымында  ферментатор, əртүрлі  заттарды
(қоректік  орта, себінді  материялдар, сулы заттар  жəне  т.б.) жеткізуге  арналған  көп
корпусты  стерильді  бұрандалы  тұтқалар (вентил), рН  ортасын  реттейтін  жүйе, ауа
жеткізілуін қамтамасыз етуші жүйе, ионбасушы, элетрлік қоздырғышы бар бір типті
биореакторларын қолдану мүмкіндігінен туындаған.
Жасушалық  қабаты  бар  өсімдік  жасушалары  болса (бактериялар  мен
микроскопиялық
саңырауқұлақтарындағы 
сияқты), бактериялар 
мен
микроскопиялық  саңырауқұлақтарға  қарағанда  көбеюі, өсуі  мен  дамуына  ұзағырақ
уақытты  талап  етуі  себепті, бұларда  өтетін  биотехнологиялық  үдерістерінің
өзгешелеу  жүруін  жəне  қондырғы  құрылымының  да  біршама  басқаша  жасалуын
қажет етеді.
Ал, хайуандар мен адамдардың жасушалары мен ұлпаларында жасуша қабаты
болмағандықтан, басқа да эукариот жəне прокариот жасушаларымен салыстырғанда,
өте бүлінгіш жəне өздерінің тіршілік ету жағдайына аса сезімтал келеді. Сондықтан,
осындай  биозаттардың  баппен  қаралып-күтілуіне  жағдай  жасау  үшін, бұларға


73
арналған  қондырғылар «баяу  қозғалатын» болып келуі  қажет. Кейбір  жағдайларда,
мысалы, өсімдік  жасушаларын  тереңдете  өсіру  үшін (мысалы, адамтамыр
өсімдігінің 
суспензиясын 
алуда), бактериялар 
мен 
микроскопиялық
саңырауқұлақтарды өсіруге арналған қондырғылар да пайдаланылуы мүмкін.
4-кесте. Өндірістік  биореакторлардың  пилотты  жəне  зертханалық  түрлерімен
салыстырғандағы кейбір техникалық сипаттары.
Қондырғылар көрсеткіштері
Сипаттамасы
100 м
3
 арналған
өндірістік
150 л арналған
пилотты
10 л арналған
зертханалық
Ішкі диаметрі, мм
Биіктігі, мм
Жұмыстық көлемі, л
Турбина диаметрі, мм
Турбина саны
Отбойниктер саны
Араластырғыш 
валының
айналуы, айн/мин
Араластырғыш
электроқоздырғышының
қуаты, кВт
Көбік басу
электроқоздырғышының
қуаты, кВт
Көбік  басқыштың  атқарған
газының
максималды
саны,м
3
/мин
Көбік 
басқыш 
валының
айналуы, айн/мин
3600
15715
1
900
1-2 (жұмыс
доңғалағының
диаметрі (960
мм)
4
173
160
4
100-110
725
420
1140
100
140
3
4
125-990
2,2
0,73
0,3
3000
2-6
2
200-1500
2 артық емес
Периодты əсермен жұмыс атқаратын ГСФ тобындағы ферментерлері өндіріске
1944 жылдардан  бастап  антибиотиктер, дəрумендер  өндіру  мақсаттарында
қолданысқа ендірілді.
Негізінен, ферментаторлардың құрылысы мен атқаратын қызметтері бір-біріне
ұқсас  болғандықтан, оларды  жалпылай  алғанда – стерилді, яғни  ауасыз  жұмыс
істейтін (анаэробты) жəне  ауа  жеткізіп  тұрылатын (аэробты) деп  екіге  бөліп  те
атайды.
Аэрацияланатын (аэробты) биореакторлар  өз  кезегінде  араластырғыштары
(қозғағыш) бар жəне жоқ болып бөлінеді.
Соңғы  кездері  мембраналы  биореакторлар, жалпақ  пішінділері  жəне  т. б
сынақтан өткізіле бастады.


74
Биореакторларды  құрастыру  кезінде, əртүрлі  микроорганизмдер  өкілдерінің
биологиялық үдерістерінің өту мерзімі есепке алынады.
Ферментаторлардың 
көлемі, оның 
сыртқы 
диаметрінің 
биіктігіне
қатынасымен  анықталады  жəне  бұл  қатынас  көбінесе 1:2 ден 1:6 дейінгі  аралықта
болады.
Əржақты жəне көп қолданылатын ферментаторлар қатарына, анаэробты жəне
аэробты  түрлері  жатады. Бұл  ферментаторларды  өз  кезегінде  араластыру  үшін
қажетті энергия көздерінің жеткізілуіне байланысты:
- газды фазалы (ГФ);
- сұйықтық фазалы (СФ),
- газды жəне сұйықтық фазалы (ГСФ) деп бөледі.
Келтірілген 
классификация 
арқылы 
ферментерлердің 
конструктивті
бөлшектеріне  лайықты  инженерлік  есептеулер  мен  олардың  жұмыс  режимдерінің
біртекті əдістерін қалыптастыру мүмкін болады.
Осы  үш  типті  ферментерлердің  көптеген  элементтерінде  жалпылай  ұқсастық
бар. Мұндағы  негізгі  айырмашылықтар – аэрациялайтын  жəне  араластыратын
бөліктерінде ғана.
16-сурет. Эрлифті ферментатор
1-ағызу штуцері, 2-аэратор, 3-иректі пластинка, 4-толтыруға арналған штуцер. 5-
люк, 6-аппарат корпусы, 7-диффузор, 8-көйлегі, 9-қысым азайтқыш түтігі.
ГФ  тобындағы  ферментаторлардың  ішіндегі  конструктивті  сипаты  түрінде
сыйымдылығы 63 м
3
  келетін  эрлифті  пішінін  айтуға  болады. Бұл  қондырғыда
механикалық араластырғыштың болмауы себепті, асептикалық жағдайды ұстап тұру
оңай. Ортаның  аэрациясына  қажетті  ауа  ферментатордың  ішімен  вертикалды


75
орналасқан түтік арқылы беріледі. Диффузордың төменгі жағында орналасқан жəне
конструкциясы  шығатын  ауаның  ұйытқуын  тудыратын  аэратор  арқылы, қоректік
орта  ауамен  қамтамасыз  етіледі. Газды-сұйықтық  диффузор  арқылы  жоғары
көтеріліп, оның  шеті  арқылы  араластырылады. Дəл  осы  аймақта  ауаның  бір  бөлігі
қондырғыдан  шығарылса, бұдан  тығыз  орта  ферментатор  мен  диффузор
аралықтарындағы  дөңгелек  алаңқайларға  араластырғыштар, аэрациялық  жəне
жылудан босатуға арналған құрылғылары болады.
Осындай  жолмен  ферментатордағы  ортаның  қайталанатын  циркуляциясы
жүзеге  асып  отырылады. Ферментатор  ішінде  биологиялық  үдерістер  нəтижесінде
пайда  болатын  ыстық  ауаны  шығаруға  арналған  арнаулы  түтік (змеевик) болады,
жəне  қондырғы  секциялық  бөлімдер  арқылы  қорғалады. Қазіргі  кезде  мұндай
ферментаторлардың сыйымдылығы 25, 49, 63 жəне 200 м
3
 арналған түрлері бар.
Малазықтық  ақуыз  өндіру  мақсатында  кеңінен  қолданылатын  ферментерлер
қатарында, сору  қызметін  қоса  атқаратын  араластырғышы  бар  ферментаторды
атауға  болады
.
Бұл  ферментаторлар  сұйықтық  фазалы (СФ) тобына  жатады.
Ашытқының таза культурасын шығаруға арналған сиымдылығы 0,32, 3,2 жəне 50 м
3
көлемдеріндегі  ферментерлер  бар. Бұл  ферментерлер  тігінен  орналасқан  дөңгелек
пішінді, құрамында  циркуляциялық, аэрациялық  жылу  алмасуға  арналған
бөлшектері  бар  қондырғы  болып  келеді. Бұлардағы  циркуляциялық  құрылым
ретінде, жоғары  жəне  төмен  бағытталған  ауа  толқындарын  реттеуге  арналған,
бағытталған  диффузорлар  жүйесі  пайдаланылады. Жылу  алмасуға  арналған
бөлшектері  арнайы  диффузорларға  бекітілген, түтік  тəрізді  пішінді  болып  келеді
(сурет-17).
17-сурет. Арнайы сору қабілетіне ие араластырғышы бар ферментатор


76
1-корпусы, 2-диффузор, 3-арнайы сору қабілетті араластырғыш. 4-жылу
ауыстырғыш, 5-сүзгі.
Микробиологиялық  өндірісіндегі  сұйық  парафинде  ашытқыларды  өсіруде,
арнайы  сору  қабілетті  араластырғышы  бар  ферментатор  пайдаланылады. Оның
сыйымдылығы 800 м
3
 (жұмыс  сыйымдылығы 320 м
3
) жəне  олар 12 секцияға
бөлінген. Ферментациялық орта осы секциялардың барлығынан кезегімен өткізіліп,
ең соңғысында құрамында парафин мөлшері аз, ал биомассаға өте бай болып келетін
культуралды  сұйықтығы  алынады. Бұлардың  əр  секциясында  басқа  биологиялық
белсенді заттарын алу мақсатында қолданысқа енген болатын. Бұл қондырғылардың
құрылымы, продуценттердің  өсіп-дамуына  қажетті  оптималды  жағдайды  ұзақ
мерзімге (бірнеше  тəулік) сақтауға  мүмкіндік  береді. Осындай  конструкциялы
ферментерлер сыйымдылықтары 1,25, 2,0, 2,5, 3,2, 4,0, 5,0, 6,3, 10,0, 16,0, 20,0, 32,0,
50,0, 63,0, 100,0 жəне 160,0 м
3
көлемдерінде жасалынады.
5-кесте. Əртүрлі ферментаторлардың конструкциялық сипаттамасы
Ферментаторлар
Аппарат конструкциясының
сипаттамасы
Аппарат типі
ГФ энергияны
жеткізу газ
фазасымен
СФ энергияны
жеткізу сұйықтық
фазасымен
ГСФ
(аралас)
Конструктивті сипатының
қарапайымдылығы мен қозғалмалы
бөліктері мен саймандарының
болмауы себепті жоғары беріктігі
Көбінесе энергия өздігінен
сорылатын араластырғыш немесе
үрлегіш (насос) арқылы сұйық
фазада беріледі
Негізгі конструктивті элементі
араластырғыш болып табылады. Ол
оттегінің жоғары қарқында еруі
мен газдың дисперсиялануын
қамтамасыз етеді. Сонымен бірге
энергия газдық фаза күйінде,
кəдімгі əдіс арқылы шығарылады.
Барботажды.
барботажды-эрлифтлі.
Бағаналы (бағанды),
форсункалы
Эжекционды. Өзіндік
циркуляциялық
контурмен, сорылатын
араластырғыш арқылы
Барботажды
механикалық
араластырғышпен
Аэрациялауға  арналған  ауа  ферментаторға  олардың  төменгі  жағында
орналасқан  араластырғыштың  астына  бекітілген  барботер  арқылы  жеткізіледі.
Барботердің  тесігі, биозаттармен  бітеліп  қалмау  үшін  төмен  қаратылады. Тесіктің
жалпы аумағы ауа алып келетін түтіктің көлденең қиындысынан 25% артық болуы
керек. Барботерден  шығатын  ауа  араластырғыштың  аумағына  ілінуі  үшін, оның
диаметрі араластырғыш диаметріне сай келуі қажет.
Ферментатородың  тиімді  жұмыс  істеуі, оның  жиі  араластырылып  тұруына
байланысты. Араластырылудың 
мақсаты, қондырғының 
өн 
бойындағы
температураның  бірқалыпты  сақталуы, жасушаларға  қоректік  заттарды  дер  кезінде


77
жеткізіп, зат  алмасу  үдерісі  барысында  ыдырайтын  метаболизм  өнімдерін  шығару
мен  оттегімен  белсенді  қамтамасыз  ету  болып  табылады. Сонымен  қатар,
биологиялық  үдеріс  нəтижесінде  бөлініп  шығатын  артық  энергия  көздерін (жылу)
дер  кезінде  шығарып  тұру  да, микроағзалардың  қалыпты  өмір  сүруіне  өз  əсерін
тигізеді.
Қазіргі  кезде  балық, асшаян (креветка), су  шаяндарын (рак), коловратка,
дернəсіл  өсіру  жəне  микробалдырларынан  биоотын  өндіру  мақсатында,
ірілендірілген  балық  шаруашылықтарында  ашық  типті  фитобиореактор  көптеп
пайдаланыла басталды (сурет-18,19).
18,19-сурет. Микробалдырларды өндірістік мақсатта өсіруге арналған ашық типті
фитобиореактордың сыртқы көрінісі
6. Ферментерлердегі 


Достарыңызбен бөлісу:
1   ...   38   39   40   41   42   43   44   45   ...   211




©emirsaba.org 2022
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет