РЕАКТОРЫ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИЕ

РЕАКТОРЫ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИЕ — емкости из стекла, нержавеющей стали, титана или алюминия, предназначенные для культивирования микроорганизмов с целью получения микробной массы или продуктов микробного метаболизма — антибиотиков, ферментов, аминокислот, токсинов и др.

Промышленные Р. м. (ферментеры) оснащены приборами для измерения и регулирования температуры, давления, pH и расхода воздуха; максимальная емкость Р. м. составляет 100 м³. Для равномерного распределения субстратов и создания однородных физ.-хим. условий в культуральной жидкости большинство Р. м. снабжено механической мешалкой, отбойниками и другими приспособлениями. Перемешивание может осуществляться также в результате аэрирования культуральной жидкости воздухом.

Продукты микробиол. синтеза характеризуются строгой специфичностью, поэтому большое значение имеет материал, из к-рого выполнен промышленный реактор. Так, напр., для культивирования возбудителей дифтерии не пригоден обычный реактор из нержавеющей стали, т. к. избыток ионов железа неблагоприятно влияет на выход дифтерийного токсина. Все Р. м. имеют общие технические характеристики, обеспечивающие протекание процесса в заданных, оптимальных условиях для получения стандартной продукции. Этим требованиям отвечают выпускаемые в СССР лаб. установки «АН КУМ-2», Ак-3, АК-10, ФС-4, ФУ-6, ФУ-30.

Стерилизация среды в Р. м. наиболее эффективна при непрерывной паровой стерилизации (см.). Очистка и стерилизация воздуха, подаваемого для аэрации, основаны на уничтожении микроорганизмов или их задержке на системе фильтров. Наибольшее распространение получил метод фильтрации через волокнистые или пористые материалы, среди к-рых широкое применение нашли материалы на основе базальтовых супертонких волокон (БСТВ), выпускаемых отечественной промышленностью. В конструктивном отношении преимущество имеют гофрированные фильтры патронного типа благодаря большой поверхности фильтрации и надежности уплотнения.

Для автоматического контроля и регулирования основных параметров культивирования — температуры, парциального давления кислорода (pO₂), углекислого газа (pCO₂) и величины pH используют датчики первичной информации. Скорость вращения мешалки Р. м. контролируют с помощью тахометра. Измерение парциального давления растворенного в среде кислорода основано на полярографическом методе (см. газоанализатором (см.). Так как кислород потребляется микроорганизмами с высокой скоростью при крайне низкой его растворимости, в процессе культивирования он может быть основным лимитирующим фактором. Избыток кислорода приводит, в свою очередь, к подавлению роста и размножения микроорганизмов.

Измерение парциального давления углекислого газа в культуральной жидкости осуществляется с помощью датчика, обладающего большой инерционностью. Как правило, парциальное давление углекислого газа влияет на процесс в более широком интервале своих изменений; напр., для развития таких бактерий, как пневмококк и менингококк, требуется 5 — 10% углекислого газа. В то же время накопление углекислого газа в среде при выращивании может тормозить процесс роста и размножения микроорганизмов даже при концентрации растворенного кислорода выше критической.

Измерение pH осуществляется стеклянными электродами. Прибор для регулирования pH позволяет автоматически вводить в культуральную жидкость кислотные и щелочные компоненты, изменять их количество, выбирать оптимальные дозы титрантов.

Большинство процессов биосинтеза протекает с образованием сильного вспенивания культуральной жидкости, что затрудняет полное использование емкости Р. м., может нарушить стерильность, снижает удельную скорость роста и выхода биомассы. Для борьбы с пеной существуют химические, механические и физические методы пеногашения. Как правило, используют механические и химические методы. Системы автоматического пеногашения основаны на предупредительном действии пеногасителя и работают по заданной программе. Другие методы основываются на контроле уровня пены и автоматической подаче пеногасителя. Для того чтобы своевременно остановить процесс культивирования, особенно в периоде наибольшей физиол. активности микробной популяции, необходимо измерять концентрацию биомассы. Измерение ведут в проточной кювете нефелометрическпм методом (см. Нефелометрия).

В процессе культивирования добавляют компоненты питательной среды (углеводы, азотистое питание, фосфор и др.), используя различные дозирующие насосы: перистальтические, плунжерные, мембранные.

Современные Р. м. могут быть включены в программное регулирование с применением управляющих ЭВМ (см. Электронная вычислительная машина), к-рые производят расчет переменных процесса и используют их для анализа, контроля и управления. ЭВМ могут корректировать оптимальные условия процесса с помощью математической модели, заложенной в ее память.

Библиография: Виестур У. Э., Кристапсонс М. Ш. и Былинки-на Е. С. Культивирование микроорганизмов (Биоинженерные основы), М., 1980; КантереВ. М. иКраммЭ. А. Анализ лабораторных установок для культивирования микроорганизмов, М., 1973; Теория и практика непрерывного культивирования микроорганизмов, под ред. И. JI. Работновой, с. 139, М., 1980.

Л. Г. Жданова.