Ферментеры (биореакторы) промышленные из нержавеющей стали

Микроорганизмы играют важную роль в жизни человека. Естественно, нужно бороться с возбудителями болезней и другими микробами, наносящими вред. Однако другая категория микрофлоры помогает правильной работе нашего организма, уничтожая патогенные бактерии, ускоряет брожение, способствует разложению отходов, а также повышает урожайность сельскохозяйственных культур, создавая им условия для нормального роста. Культивировать полезные микроорганизмы можно в биореакторах (ферментерах). Как устроено и где купить это оборудование?

Назначение и область применения

Ферментеры — это оборудование для ферментации (преобразования), а также для культивирования микробиологической среды, т.е. размножения и выращивания клеток.

Биореакторы применяют во многих отраслях промышленности. Они нужны в фармакологии и медицине для изготовления лекарств и биологически активных добавок, в пищевой промышленности и винодельческой отрасли при производстве молочнокислых продуктов, пива, кваса, вина и т.д., а также в коммунальном хозяйстве и химической промышленности. Ферментеры промышленные нашли применение даже в металлургии и лакокрасочном производстве. В них культивируют тионовые бактерии, которые перерабатывая шлаки железа или серы, выделяют пигмент, нужный для изготовления биохимических красок. Этим оборудованием проводят скрининг (выборочное выделение определённых видов микробов или грибков) на основе которых получают биопрепараты, сдерживающие развитие патогенных организмов, вызывающих заболевание сельскохозяйственных растений. В результате применения этих препаратов повышается урожайность, и сокращаются потери сельхоз продукции.

Способы культивации микрофлоры

Самый распространённый способ ферментации — микробиологический синтез полезных бактерий и других одноклеточных организмов в жидкой питательной среде. При этом устройство этого аппарата должно обеспечить проведение следующих операций:

• внесение посевного материала в нагретую до нужной температуры жидкую питательную среду;
• поддержку условий для биосинтеза и роста клеток;
• отвод продуктов жизнедеятельности (метаболизма) микроорганизмов;
• вывод получившейся культуральной жидкости из аппарата.

Твёрдофазную ферментацию проводят в твёрдой, порошкообразной или пастообразной среде. Ферментеры для проведения твёрдофазных процессов дешевле биореакторов для культивации микроорганизмов в жидкой среде, так как твёрдый субстрат легче отделить от культивируемого материала, и он не требует интенсивного перемешивания. Небольшое количество влаги в такой питательной среде препятствует заражению выращиваемой культуры посторонней микрофлорой.

Ферментацию различают по способу проведения на поверхностную и глубинную. Поверхностную ферментацию проводят в вентилируемых камерах с небольшим слоем питательной среды, а глубинную — во всём объёме толстого слоя подпитки без перемешивания. Аналогично бывает поверхностная и глубинная культивация.

Классификация

Классифицируют ферментеры по назначению, конструкции и принципу действия. Это оборудование бывает анаэробным и аэробным. В ферментаторах первого типа культивация микроорганизмов осуществляется без подведения стерильного воздуха. Примером анаэробной ферментации является маслянокислое или метановое брожение. Конструкция аэробов предусматривает подводку воздуха в питательную среду. Концентрация воздуха для роста биомассы во время культивации аэробных микроорганизмов-продуцентов должна быть не менее 50-60 %. Производители выпускают также комбинированные ферментеры, в которых можно одновременно проводить культивацию аэробных и анаэробных культур.

Ферментеры также бывают периодического и непрерывного действия. При периодическом культивировании в аппарат сразу загружают питательную среду с посевным материалом. В биореакторах непрерывного действия питательные вещества поступают постоянно, до окончания ферментации.

По способу перемешивания посевного материала и питательных веществ биореакторы классифицируют на аппараты с механическим, пневматическим или циркуляционным смешиванием. В ферментаторах первого типа перемешивание осуществляется ручной или электрической мешалкой, работающей от привода мотора-редуктора. В аппаратах с пневмоперемешиванием аэрация и смешивание культуральной жидкости или биомассы с твёрдой подпиткой проводится под давлением сжатым воздухом. К ним относятся следующие виды биореакторов:

• барботажные;
• эрлифтные (с диффузором);
• трубчатые;
• с форсуночной подачей;
• колонного типа.

В оборудовании с циркуляционным смешиванием насосы или эжекторы направляют суспензию, состоящую из жидких питательных веществ и посевного материала, по замкнутому контуру, в результате чего происходит перемешивание.

Конструкция

Конструкция биореактора зависит от способа культивации и вида посевного материала. Однако всё подобное оборудование устроено по схожему принципу и различается способом подвода питательных веществ и перемешивания, а также аэрацией культивируемой среды. Рассмотрим устройство этих аппаратов на примере ферментера с механическим способом перемешивания. Он состоит из следующих основных узлов:

• реакторная ёмкость;
• крышка со смотровым окном;
• паровая и охлаждающая рубашка;
• мотор-редуктор;
• лопастная мешалка;
• пеногаситель;
• штуцер для загрузки посевного материала и питательной среды;
• система вывода отработанных газов и продуктов жизнедеятельности;
• барботер, для стерилизации подпитки;
• патрубок, выводящий конечный продукт.
• контрольно-измерительные приборы (датчики температуры, давления)

Ёмкости из нержавейки устойчивы к механическим повреждениям, перепадам температуры и действию агрессивных химических веществ, что делает их широко востребованными в различных отраслях. Основные требования к этому оборудованию — герметичность, сохранение стерильных условий культивации и возможность поддерживать необходимую температуру. Поэтому ферментеры оборудуют дополнительными приспособлениями, позволяющими выполнить эти требования.

Во время ферментации при перемешивании культуральной жидкости на её поверхности образуется много пены из-за высокой скорости мешалки. Пеногаситель, представляющий из себя двухслойный диск, вращаясь, разбрасывает пену по стенкам реакторного сосуда. При этом разрушаются пузырьки и высвобождается газ, который выходит через систему вывода, а жидкость по стенкам стекает обратно. Для быстрой очистки внутренней поверхности предусмотрена фторопластовая труба с моющей головкой на конце, вращающейся на 360 ? , на которую подаётся моющий раствор. Для сохранения стерильности конструкцией предусмотрена возможность обдавать все трубопроводы горячим паром.

Производительность ферментеров зависит от объёма реакторного сосуда, механизма перемешивающего устройства, мощности мотора-редуктора.