Аэробные микроорганизмы — дрожжи, бактерии для заквасок, продуценты ферментов и органических кислот — растут ровно настолько, насколько им хватает растворённого кислорода. Кислород плохо растворяется в воде, а растущая биомасса потребляет его всё быстрее. Поэтому аэрация — один из главных параметров при выборе ферментера, и ошибиться с ней проще всего.
Где культура начинает задыхаться
Проблема обычно проявляется не на старте, а в фазе активного роста. Пока клеток мало, датчик растворённого кислорода показывает запас. Через несколько часов потребление растёт, концентрация падает почти до нуля, рост замедляется, а культура переключается на другой обмен веществ — у дрожжей, например, вместо биомассы начинает образовываться спирт. Выход продукта падает, хотя компрессор работает на полную мощность. Второй типичный симптом — обильная пена при попытке «додавить» процесс воздухом.
Почему одного расхода воздуха мало
- Кислород переходит в жидкость через поверхность пузырьков. Крупные пузыри быстро всплывают и отдают мало кислорода; решают площадь контакта фаз и время пребывания пузыря в среде.
- Геометрия аппарата. В высоком и узком ферментере пузырь проходит больший путь, чем в низком и широком того же объёма, поэтому для аэробных культур обычно выбирают вытянутые аппараты с соотношением высоты к диаметру порядка 2–3 к 1.
- Мешалка дробит газ. Турбинные мешалки измельчают пузыри и разносят их по объёму, но культуры, чувствительные к сдвигу, такой режим не переносят.
- Вязкость растёт по ходу цикла. Мицелиальные культуры и плотная биомасса загущают среду, и к концу процесса массоперенос ухудшается.
- Масштаб. При переносе процесса с лабораторного объёма на промышленный расход воздуха на литр, обороты и время выхода на режим пересчитывают заново, а не увеличивают пропорционально.
Как решают на практике
- Задают расход воздуха в объёмах на объём среды в минуту; для аэробных культур он обычно лежит в пределах 0,5–1,5 и уточняется на пилотных партиях.
- Ставят барботёр с мелкими отверстиями под нижней мешалкой и 2–3 яруса мешалок по высоте.
- Регулируют обороты и подачу воздуха по сигналу датчика растворённого кислорода, а не по таймеру.
- Поднимают давление в аппарате: растворимость кислорода растёт вместе с ним.
- Предусматривают пеногашение — механическое или дозированием пеногасителя.
- Стерилизуют воздух фильтрами, чтобы аэрация не стала источником заражения.
Ферментер под аэробную культуру от Сушилка22
Промышленный ферментер изготавливается объёмом от 10 до 200 000 л, с избыточным давлением до 0,3 МПа, фильтрами 0,22 мкм на газовых линиях и стерилизацией острым паром при 121 °C; управление на ПЛК со SCADA позволяет вести аэрацию по растворённому кислороду. Для отделения биомассы применяют декантерную центрифугу с фактором разделения до 3000, для концентрирования культуральной жидкости — оборудование для выпаривания под вакуумом.
Опишите культуру, среду и нужный объём — подберём геометрию, мешалки и систему аэрации. Звоните +7 906 968-1922 или пишите на sales@sushilka22.ru.