Utilizarea oxigenului pentru accelerarea creșterii celulare în timpul fermentării
O creștere rapidă a volumului de producție prin multiplicarea eficientă a bacteriilor în bioprocese este posibilă, de obicei, numai prin activarea capacităților existente, nefolosite până în prezent, adică prin extinderea producției.
Intensificarea proceselor de fermentare aerobă eșuează adesea din cauza faptului că microorganismele nu pot fi alimentate suficient cu oxigen dizolvat. O creștere suplimentară a producției este adesea posibilă din punct de vedere tehnic numai prin construirea de noi reactoare, ceea ce implică perioade lungi de planificare și costuri de investiție ridicate.
Gazarea cu oxigen pur oferă o soluție eficientă și rentabilă în acest sens.
Avantajele gazării cu oxigen în timpul fermentării în bioreactor
Creșterea densității celulare
Cel mai important avantaj constă în îmbunătățirea semnificativă a alimentării procesului de fermentare aerobă cu oxigen dizolvat. Astfel, densitatea celulară poate fi crescută fără a se ajunge la stări anaerobe temporare și, prin urmare, la inhibarea procesului biologic.
Creșterea presiunii parțiale a oxigenului este deosebit de eficientă în faza de creștere exponențială, așa-numita fază logaritmică, în care multiplicarea bacteriilor atinge nivelul maxim.
La cultivarea densităților celulare foarte mari în fermentatorul obișnuit cu cuvă agitată, se confruntă cu probleme de inhibare a creșterii din cauza concentrațiilor inițiale prea mari ale substratului, consumul componentelor esențiale ale mediului nutritiv în cursul cultivării, formarea de produse secundare metabolice inhibitoare, precum și capacitatea limitată de alimentare cu oxigen.
Necesarul crescut de oxigen al unei culturi cu densitate celulară ridicată pentru producerea de proteaze pentru detergenți și alte produse poate fi acoperit prin diferite strategii. Acestea includ, în special, creșterea vitezei de agitare și a ratei de aerisire, alimentarea cu aer îmbogățit cu oxigen, aerisirea cu oxigen pur, precum și cultivarea la temperaturi scăzute și presiune crescută.
Reducerea puterii de amestecare cu oxigen pur
Datorită solubilității bune a oxigenului pur, puterea de amestecare poate fi adesea redusă la o concentrație constantă de oxigen dizolvat. Acest lucru poate duce, pe de o parte, la o reducere a costurilor energetice și, pe de altă parte, la reducerea stresului de forfecare (stresul cauzat de solicitarea mecanică) pentru microorganisme. Acest din urmă factor asigură o creștere a performanței culturilor sensibile. Culturile celulare foarte sensibile beneficiază de sisteme speciale de introducere a gazului, care reduc la minimum consumul de energie.
Oxigenul poate fi introdus în faza apoasă fără bule, în totalitate sau parțial, datorită unei invenții proprii a Air Liquide.
Evitarea formării spumei
În multe cazuri, o parte considerabilă din volumul reactorului se pierde din cauza formării masive de spumă. Cauza este, de obicei, cantitatea mare de aer necesară pentru ventilarea organismelor. Atunci când se utilizează oxigen pur, balastul de azot din aer este eliminat, volumul de gaz introdus scade, astfel încât înălțimea spumei este redusă semnificativ și se poate crea o capacitate de producție suplimentară. Din motive economice, de obicei nu se trece complet la oxigen pur, ci doar o parte din oxigenul din aer este înlocuită cu oxigen pur. Un efect secundar pozitiv este că adesea se pot economisi agenții antispumant necesari anterior în bioreactor.
Siguranța instalațiilor și a proceselor în alimentarea cu oxigen a bioreactorului
Planificarea tehnică a proiectului este realizată de specialiștii Air Liquide și începe cu mult înainte de dimensionarea sistemului de alimentare cu gaz pentru instalația dumneavoastră. Încă din faza de teste preliminare la scară de laborator, inginerul de proiect vă stă la dispoziție pentru a vă oferi consultanță în ceea ce privește aspectele tehnice ale instalației și ale procesului.
Se acordă o atenție deosebită siguranței instalației: împreună cu operatorul instalației, se efectuează studii HAZOP (HAZOP = Hazard and Operability, în Germania PAAG), în care toate componentele instalației, materiile prime și produsele sunt analizate în ceea ce privește reactivitatea lor în combinație cu oxigenul pur.
Pe lângă siguranța instalației, siguranța procesului este, de asemenea, de o importanță majoră: în funcție de sterilitatea necesară a procesului de fabricație, introducerea gazului este adaptată condițiilor respective.
În plus, Air Liquide oferă monitorizarea gazelor pe parcursul procesului, ceea ce ajută la detectarea timpurie a modificărilor în procesele de producție.
Un exemplu în acest sens este îmbogățirea cu dioxid de carbon în faza lichidă, care, în funcție de tipul de organism, poate duce la inhibarea proceselor biologice.
În plus, sunt luate în considerare condițiile termodinamice. În cazul reacțiilor puternic exotermice, o creștere a capacității de producție duce și la o creștere a capacității de răcire necesare pentru a menține procesul la temperatura optimă.
Gazarea cu oxigen poate crește eficiența procesului de fermentare. În producția de enzime tehnice sau proteaze, striparea cu gaz inert cu azot poate crește performanța bioprocesului.
Solicitați consultanță completă din partea experților Air Liquide – de la planificarea proiectului de alimentare cu gaz, la unitatea de control și dozare complet automată, până la sistemele de economisire, alimentare și siguranță specifice instalației.
