Biotehnologie. Probleme și perspective
un lichid lichid care conține celule și produse ale activității lor vitale. Principiul fundamental al proceselor continue este echilibrul dintre creșterea biomasei datorată diviziunii celulelor și pierderii lor ca rezultat al diluării cu un mediu proaspăt:
unde μ este rata de creștere a celulelor specifice, ca în ecuațiile (2) și (3); D - factor de diluție (rata de scădere a concentrației celulare). Distingerea între regimurile chemostat și turbidostatn de cultivare continuă.
În modul de cultivare chemostat în bioreactor la o viteză controlată constant turnat mediu nutritiv, una dintre componentele care adesea Og furnizate într-o cantitate nu este suficientă pentru a furniza rata maximă de creștere a unei culturi. În acest caz, un reactor cu un bioobiect dobândește proprietățile unui sistem de autoreglare care satisface în mod automat egalitatea (4). Dacă inițial viteza de diluare și leșiere a biomasei depășește viteza de creștere a celulelor, atunci cultura este diluată cu un mediu proaspăt. Aceasta conduce la o creștere a concentrației componentei care limitează creșterea, astfel încât viteza de creștere a culturii crește. De îndată ce depășește D, biomasa începe să se concentreze în reactor. Populația tot mai mare de celule sunt din ce în ce „mananca departe“ sub-straturi, picăturile de concentrare, care, la rândul său, duce la inhibarea creșterii culturii. Astfel, după o serie de oscilații vitezei de creștere culturii amortizată devine egală cu rata de diluare.
Bioreactorul care lucrează în modul chimostat de cultivare se numește chemostat. Acesta include: 1) un dispozitiv pentru infuzarea mediului nutritiv; 2) dispozitiv de ieșire pentru ieșirea lichidului de cultură cu celule; 3) un sistem de monitorizare a vitezei fluxului.
Una dintre cele mai simple forme de realizare pompa chemostat cuprinde forțându continuu mediu în bioreactor, și un tub de evacuare, prin care curge fluidul din bioreactor, imediat ce nivelul său se ridică deasupra gâtul tubului. În mod alternativ, conducta de ieșire pătrunde din cavitatea bioreactorului de sus, iar marginea inferioară a gâtului corespunde cu un nivel peste care lichidul nu trebuie să crească. Dacă acest nivel este depășit, excesul mediului de cultură cu celulele este aspirat de pompa conectată la conducta de evacuare.
Mai precis și în același timp, metoda costisitoare se bazează pe o cântărire a bioreactorului, plasate pe o platformă specială: Greutatea excesivă indică creșterea lichidului peste nivelul admis și va avea ca rezultat includerea automată a unui sistem de pompare a lichidului (Lab Pract 1985..). Folosit ca radioactiv de control al nivelului de lichid: izotop, plasat la o anumită înălțime deasupra fundului dispozitivului, emite radiații radioactive, care este absorbit în diferite grade de apă, aer și mediu. Intensitatea radiației înregistrată de receptor este determinată de înălțimea creșterii lichidului (KG Fedoseev, 1977). În ultimii ani, au fost găsite tot mai multe aplicații prin dispozitive fotoelectronice pentru monitorizarea nivelului lichidului în chemostat.
Regimul turbidostatnic de cultivare se bazează pe controlul direct al concentrației de biomasă. Cea mai obișnuită măsurătoare este împrăștierea luminii conținutului bioreactorului utilizând o fotocelula. Semnalul de la fotocelula controlează viteza fluxului de fluid, care la rândul său determină viteza de creștere a culturii. Creșterea concentrației de celule și, în consecință, împrăștierea luminii duce în mod automat la o accelerare a fluxului de fluid care diluează cultura și, dimpotrivă, pierderea de biomasă este compensată de încetinirea fluxului.
Concentrația celulelor poate fi de asemenea evaluată prin criterii indirecte (prin măsurarea pH-ului, pierderea substratului sau acumularea de deșeuri). Prin proiectarea sa, turbidostatul diferă de chemostat doar de sistemul de control al vitezei fluxului.
Hemostatele și turbidostatele funcționează eficient la diferite rate de diluție ale culturii. Regimurile hemostatice sunt utilizate cu succes în canalele mici, când concentrația celulelor se modifică nesemnificativ, cu o schimbare a vitezei sale, ceea ce facilitează autoreglarea sistemului. Zona de funcționare a turbidostatului este o viteză mare de diluare, cu o schimbare rapidă și dramatică a concentrației de biomasă ca răspuns la o modificare a vitezei de curgere. Aceasta asigură activarea în timp util a unei fotocelule sau a altui senzor care controlează debitul de lichid prin turbidostat. Din punct de vedere tehnic, turbidostatul poate fi utilizat numai pentru organismele unicelulare (SJ Perth, 1977). Cu cultivarea prelungită a bioobiectului în turbidostat, există o problemă gravă asociată cu adeziunea celulelor la fotocelula.
La însămânțarea unei culturi mixte în turbidostat, se selectează automat speciile cu cea mai rapidă creștere. Acesta este un avantaj al metodei turbidostatului, care într-o oarecare măsură protejează cultura microorganismului împotriva contaminării cu microflore străine. Acest principiu a fost utilizat pentru selectarea organismelor rezistente la antibiotice (S.J. Perth, 1978).
Cultivarea continuă, efectuată într-un bioreactor, aproximativ