Типичная ошибка при масштабировании ферментации — перенести параметры лабораторного аппарата «один к одному»: тот же удельный расход воздуха, та же частота вращения мешалки, пропорционально больший объём. В большом аппарате изменяются соотношение поверхности и объёма, высота столба жидкости, время перемешивания, и культура оказывается в других условиях. Поэтому масштаб переносят по выбранному критерию.
Четыре критерия масштабирования
| Критерий | Что сохраняется | Сильная сторона | Риск при переносе |
|---|---|---|---|
| Постоянный vvm | расход воздуха на объём среды | простота расчёта | в высоком аппарате резко растёт скорость газа, пена и вынос среды |
| Постоянный kLa | скорость переноса кислорода в жидкость | культура получает столько же кислорода | нужны опыты для определения kLa в обоих аппаратах |
| Постоянная удельная мощность P/V | мощность мешалки на объём | сохраняется интенсивность перемешивания и дисперсность пузырей | растут окружная скорость и сдвиговые нагрузки |
| Постоянная окружная скорость мешалки | скорость конца лопасти | щадит клетки, чувствительные к сдвигу | перемешивание и массоперенос в большом объёме могут стать недостаточными |
Когда какой критерий выбирать
Постоянный kLa — основной выбор для аэробных бактерий и дрожжей с высоким потреблением кислорода. Именно массоперенос кислорода ограничивает их рост, и его сохранение даёт самый предсказуемый результат.
Постоянная удельная мощность подходит, когда важно не только снабжение кислородом, но и однородность среды: при вязких средах, подпитке субстратом, риске градиентов pH.
Постоянная окружная скорость уместна для культур, чувствительных к сдвигу: мицелиальных грибов, клеток животных. Недостаток кислорода в этом случае компенсируют давлением, обогащением воздуха кислородом или конструкцией барботёра.
Постоянный vvm в чистом виде применяют редко: при увеличении объёма удельную аэрацию обычно снижают, иначе газ проходит через высокий столб среды слишком быстро.
Рекомендация
Определите, что лимитирует вашу культуру: кислород, перемешивание или сдвиг. От этого зависит критерий. Затем проведите опыты на пилотном аппарате промежуточного объёма и только после этого фиксируйте режим для промышленного ферментера. Датчик растворённого кислорода с автоматическим регулированием аэрации и оборотов мешалки страхует от ошибок при переходе.
Ферментеры для пилотных и промышленных задач
Промышленный ферментер Сушилка22 выпускается от 10 до 200000 л — это позволяет пройти путь от лабораторного до промышленного объёма на аппаратах одной конструкции. Избыточное давление до 0,3 МПа помогает поднять растворимость кислорода в крупном аппарате. Разработать схему масштабирования поможет услуга разработки технологии производства, подобрать комплект — подбор оборудования.
Планируете масштабирование? Позвоните +7 906 968-1922 или напишите на sales@sushilka22.ru — начнём с разбора ваших лабораторных данных.