Биологический каталог




Биотехнология. Проблемы и перспективы

Автор Н.С. Егоров, В.Д.Самуилов, А.В. Олескин

тода — возможность повышения концентрации биообъекта в реакторе, что влечет за собой и более высокий выход целевого продукта. Например, плотность популяции животных клеток in vitro не превышает 106 на 1 мл среды, тогда как в составе гелевых гранул или капсул достигает 108 — 109на 1 мл.

Плотную упаковку реализуют в биореакторе с циркуляционным перемешиванием и насадкой, роль которой играют гранулы с иммобилизованным биокатализатором. Это один из преобладающих типов биореакторов для иммобилизованных биокаталитических систем, используемый, например, для получения спирта с помощью клеток дрожжей или бактерий Zymomonas mobilis. Применение циркуляционных биореакторов с насадкой порождает, однако, серьезные проблемы: 1) недостаточно эффективное перемешивание, что обусловливает формирование нежелательных температурных, концентрационных и рН-градиентов в объеме аппарата (J. A. Gamerra et al., 1986); 2) затруднения с удалением СОг и других газообразных продуктов, которые, прокладывая себе путь к верхней части аппарата, разрушают гранулы с иммобилизованным биокатализатором (A. Johansen, J. М. Flink, 1986).

Для улучшения перемешивания и газообмена биореактор снабжают механической мешалкой, что ощутимо повышает энергозатраты и может быть причиной разрушения гранул. Борьба с повреждающим действием мешалки ведется путем укрепления гранул. Отметим, что мембранные капсулы для животных клеток обладают прочностью, достаточной для сохранения их целостности при работе механической мешалки. Свободные животные клетки при тех же оборотах мешалки подвергаются лизису (Е. G. Posillico, 1986).

Предохранение гранул с катализатором от повреждения мешалкой достигается в биореакторе «корзиночного» типа (J. A. Gamerra et al., 1986). Биореактор снабжен мешалкой, которая вращается в полом цилиндре из проволочной сетки — «корзине». «Корзина» несет в своих ячейках гранулы, содержащие биокатализатор. Получаются два уровня иммобилизации — гранулы с иммобилизованным биокатализатором, которые, в свою очередь, фиксированы в ячейках проволочной сетки. Проволочная корзина предохраняет гранулы от разрушения в процессе перемешивания.

. Для стимуляции газообмена предложена оригинальная конструкция реактора, в частности для целых клеток, включенных в полимерный гель. Этот гель не оформляют в виде гранул, а еще незастывшим заливают в аппарат, где и происходит гелеобразо-вание. Например, гелеобразование альгината вызывают добавлением Са2+. Получается монолит геля с иммобилизованным биокатализатором. В этой массе геля прорезают вертикальные каналы для оттока газов. Такие каналы можно изготовить, поместив в биореактор с незастывшим гелем вертикально ориентированные стержни (A. Johansen, J. М. Flink, 1986). Подобный биореактор не дает, однако, возможности реализовать принцип протока и поэтому годится лишь для периодического режима работы.

Для биокатализаторов, иммобилизованных в полых волокнах, создан специальный реактор (Н. Kitano, N. Ise, 1984). Раствор субстрата протекает через сосуд, рыхло заполненный полыми волокнами, во внутреннем объеме которых содержится биокатализатор. В таком биореакторе достигнута 90%-ная конверсия фумарата аммония в аспартат с помощью клеток Е. coli (W. J. Smith et al., 1984).

Имеются сообщения о пневматических (эрлифтных, колоночных) биореакторах для иммобилизованных растительных клеток (P. Verlaan et al., 1984).

§ 3. Основные типы иммобилизованных биокаталитических систем

Остановимся на специфике основных типов биокатализаторов. Знание их особенностей, достоинств и недостатков позволяет найти для каждого из них подходящий способ иммобилизации, соответствующую конструкцию биореактора, оптимальную область применения. Известно, насколько многообразны возможности, между которыми приходится выбирать биотехнологу при иммобилизации той или иной биокаталитической системы. Неудивительно, что многие ранние разработки по иммобилизации терпели неудачи, катализаторы теряли активность вследствие неадекватной методики иммобилизации.

Затруднения, связанные с налаживанием новой, пусть перспективной технологии, существенно ограничивают круг промышленных процессов с использованием иммобилизованных биокаталитических систем. Необходимость в иммобилизации отпадает, если свободный биокатализатор, в частности изолированный фермент, достаточно дешев, а процесс уже отлажен. Пример — ферментативный гидролиз крахмала. Выбор свободного или иммобилизованного биокатализатора, таким образом, должен быть подкреплен соображениями экономической целесообразности.

Изолированные ферменты. Первым этапом на пути к получению иммобилизованного фермента служит его выделение из природного источника и очистка. Этот этап часто связан с наибольшими затратами, и даже самая выигрышная стратегия иммобилизации становится непригодной для реализации в промышленном масштабе, если не найден достаточно экономичный способ выделения и очистки соответствующего фермента. Ферментные препараты из микроорганизмов (в том числе генноинженерных штаммов),

страница 53
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77

Скачать книгу "Биотехнология. Проблемы и перспективы" (4.22Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [обратная связь]

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(21.07.2017)