25) Лабораторные ферментеры для культивирования клеточных культур

Это комплексы приборов и аппаратов для массового суспензионного

или глубинного культивирования клеточных и бактериальных культур. В

лабораторной практике ферментеры применяются для ведения научно-

исследовательских работ или отработки технологии массового культиви-

рования (пилотные биореакторы).

В общем случае ферментер состоит из культивационного сосуда, на-

сосов и соединительных трубопроводов (для подачи питательной среды,

газов, инокулята и отбора продукта), измерительных приборов и регуля-

торов, управляющих температурой среды в сосуде, ее рН, окислительно-

восстановительным потенциалом и другими параметрами. В лабораторной практике наиболее часто применяются ферментеры с

емкостью сосудов от 1 до 20 л, для отработки технологий – от 30 до

400 л. Во всех случаях питательной средой заполняется не более 75 %

объема сосуда.

Части ферментеров, контактирующие с питательной средой (сосуды,

соединительные трубопроводы, насосы и др.), изготавливаются из био-

логически пассивных, химически стойких материалов, позволяющих

производить стерилизацию насыщенным водяным паром (качественная

нержавеющая сталь, фторопласт, боросиликатное стекло, силиконовая

резина).

Сосуды ферментеров имеют цилиндрическую (реже коническую)

форму. В них размещены датчики температуры, рН, кислорода, а также

система для аэрации питательной среды, производимой барботировани-

ем газов (подача газов снизу через барботер) через питательную среду

или сочетанием продувки газов с механическим перемешиванием среды.

При использовании механических мешалок их соединение с приводным

двигателем производится при помощи магнитных муфт, что снижает

риск загрязнения питательной среды. Помимо механического и пневма-

тического перемешивания используются также системы циркуляционно-

го (гидродинамического) перемешивания направленным током жидкости

по замкнутому контуру при помощи насосов.

Большинство перемешиваемых и аэрируемых культур во время роста

образую химическом пеногашении в крышке сосуда предусматривается специ-

альный ввод для реагента гашения. Химические пеногасители более де-

шевы, их используют время от времени при необходимости подавления

пенообразования. Однако при добавлении этих веществ может изменять-

ся состав питательной среды. Пеногасящие вещества растительного (ку-

курузное, касторовое, соевое, подсолнечное масло, масло из семян хлоп-

чатника и другие) и животного (свиной, говяжий, бараний, китовый и

другие жиры) происхождения могут служить микроорганизмам источни-

ком углерода и энергии и, следовательно, стимулировать их активное

развитие. Однако известны случаи, когда природные пеногасители ока-

зывали отрицательное действие на метаболизм клетки. А такие немета-

болизируемые пеногасители, как силиконы, в высокой концентрации

токсичны. Поэтому пеногасители, являющиеся поверхностно-активными

веществами, следует использовать только в очень низких концентрациях

и только после тщательной проверки. Пеногасители добавляют непо-

средственно в среду перед стерилизацией или в ферментер через специ-

альный ввод. т довольно много пены. Образование на поверхности среды

культивирования слоя из пузырьков связано с наличием в среде поверх-

ностно-активных веществ (ПАВ), к числу которых относятся продукты

распада жиров – мыла, а также белки. ПАВ включают как полярные ион-

ные, так и неполярные группировки. Заряженные группы имеют сродст-

во к водной фазе, а нейтральные выталкиваются в воздушную фазу, где,

встраиваясь в стенки газовых пузырьков, увеличивают время их жизни.

Умеренное пенообразование способствует росту многих аэробных мик-

роорганизмов (пенный слой – кислородный коктейль). Особое внимание

уделяется борьбе с избыточным пенообразованием, так как если не пре-

пятствовать этому, пена смачивает фильтры для стерилизации воздуха,

что приводит к контаминации культуры посторонней микрофлорой,

уменьшению полезного объема биореактора, а также выходу пены нару-

жу. Контроль пенообразования осуществляется путем введения в сосуд

специального датчика. Для борьбы с избыточным пенообразованием ис-

пользуется механическое и химическое пеногашение. При механическом

пеногашении лопасти пеногасителя размещаются на валу мешалки. При

химическом пеногашении в крышке сосуда предусматривается специ-

альный ввод для реагента гашения. Химические пеногасители более де-

шевы, их используют время от времени при необходимости подавления

пенообразования. Однако при добавлении этих веществ может изменять-

ся состав питательной среды. Пеногасящие вещества растительного (ку-

курузное, касторовое, соевое, подсолнечное масло, масло из семян хлоп-

чатника и другие) и животного (свиной, говяжий, бараний, китовый и

другие жиры) происхождения могут служить микроорганизмам источни-

ком углерода и энергии и, следовательно, стимулировать их активное

развитие. Однако известны случаи, когда природные пеногасители ока-

зывали отрицательное действие на метаболизм клетки. А такие немета-

болизируемые пеногасители, как силиконы, в высокой концентрации

токсичны. Поэтому пеногасители, являющиеся поверхностно-активными

веществами, следует использовать только в очень низких концентрациях

и только после тщательной проверки. Пеногасители добавляют непо-

средственно в среду перед стерилизацией или в ферментер через специ-

альный ввод.

Уровень 3