Anvendelse af ilt til accelereret cellevækst under fermentering
En hurtig forøgelse af produktionsmængderne gennem effektiv formering af bakterier i bioprocesser er oftest kun mulig ved at aktivere eksisterende, hidtil uudnyttede kapaciteter – dvs. en ekstensivering af produktionen.
En intensivering af aerobe fermenteringsprocesser mislykkes ofte, fordi mikroorganismerne ikke kan forsynes med tilstrækkelig opløst ilt. En yderligere produktionsforøgelse kan i mange tilfælde kun realiseres ved at bygge nye reaktorer, hvilket er forbundet med lange planlægningstider og høje investeringsomkostninger.
Ren iltgasning tilbyder en effektiv og omkostningseffektiv løsning til dette formål.
Fordele ved iltgasning under fermentering i bioreaktoren
Øget celletæthed
Den vigtigste fordel er den betydeligt forbedrede forsyning af opløst ilt til den aerobe fermenteringsproces. Dette gør det muligt at øge celletætheden uden at forårsage midlertidige anaerobe tilstande og dermed en hæmning af den biologiske proces.
Især i den eksponentielle vækstfase, den såkaldte log-fase, hvor bakteriernes formering når sit maksimum, er forhøjelsen af iltpartialtrykket særligt effektiv.
Ved dyrkning af meget høje celletætheder i den sædvanlige omrørerkedelfermenter står man over for problemer med væksthæmning på grund af for høje udgangskoncentrationer af substratet, forbruget af essentielle næringsmediekomponenter i løbet af dyrkningen, dannelsen af hæmmende metaboliske biprodukter samt den begrænsede kapacitet af iltforsyningen.
Det stigende iltbehov i en voksende kultur med høj celletæthed til fremstilling af vaskemiddelproteaser og andre produkter kan dækkes ved hjælp af forskellige strategier. Disse omfatter især forøgelse af omrøringshastigheden og beluftningshastigheden, tilførsel af iltberiget luft, beluftning med ren ilt samt dyrkning ved lave temperaturer og forhøjet tryk.
Reducer blandingskapaciteten med ren ilt
På grund af ren ilts gode opløselighed kan blandingsydelsen ofte reduceres ved konstant koncentration af opløst ilt. Dette kan på den ene side føre til en reduktion af energikostnaderne og på den anden side mindske forskydningsspændingen (stress på grund af mekanisk belastning) for mikroorganismerne. Sidstnævnte sikrer en stigning i ydelsen af følsomme kulturer. Meget følsomme cellekulturer drager fordel af specielle gasindføringssystemer, der reducerer energitilførslen til et minimum.
Oxygenet kan tilføres vandfasen helt eller delvist uden bobler ved hjælp af en af Air Liquides egne opfindelser.
Undgå skumdannelse
I mange tilfælde går en ikke ubetydelig del af reaktorvolumenet tabt på grund af massiv skumdannelse. Årsagen hertil er oftest den store mængde luft, der er nødvendig for at ventilere organismerne. Ved anvendelse af ren ilt bortfalder luftens nitrogenballast, det tilførte gasvolumen falder, så skumhøjden reduceres kraftigt, og der dermed kan skabes ekstra produktionskapacitet. Af økonomiske årsager skiftes der normalt ikke fuldstændigt til ren ilt, men kun en del af luft-iltet erstattes med ren ilt. En positiv bivirkning er, at man ofte kan spare på de antiskummidler, der tidligere var nødvendige i bioreaktoren.
Anlægs- og processikkerhed ved iltforsyningen til bioreaktoren
Den tekniske projektplanlægning udføres af Air Liquide-specialisterne og begynder længe før dimensioneringen af gasindføringssystemet til dit anlæg. Allerede under de indledende forsøg i laboratorieformat står projektingeniøren til rådighed med rådgivning om anlægs- og procestekniske spørgsmål.
Der lægges særlig vægt på anlægssikkerheden: I samarbejde med anlægsoperatøren gennemføres HAZOP-undersøgelser (HAZOP = Hazard and Operability, i Tyskland PAAG), hvor alle anlægsdele, råmaterialer og produkter analyseres med hensyn til deres reaktivitet i forbindelse med ren ilt.
Ud over anlægssikkerheden er også processikkerheden af stor betydning: Afhængigt af den krævede sterilitet i fremstillingsprocessen tilpasses gasindføringen til de respektive betingelser.
Derudover tilbyder Air Liquide procesledsagende gasovervågning, der hjælper med at opdage ændringer i produktionsprocesserne på et tidligt tidspunkt.
Et eksempel herpå er berigelse af kuldioxid i væskefasen, som – afhængigt af organismens art – kan føre til en hæmning af de biologiske procesforløb.
Derudover tages der højde for de termodynamiske forhold. Ved stærkt eksoterme reaktioner medfører en stigning i produktionskapaciteten også en stigning i den nødvendige kølekapacitet, der er nødvendig for at holde processen på den optimale temperatur.
Oxygenering kan øge effektiviteten af din fermenteringsproces. Ved fremstilling af tekniske enzymer eller proteaser kan inertgas-stripping med nitrogen også øge ydeevnen af din bioproces.
Få omfattende rådgivning fra Air Liquides eksperter – fra projektplanlægning af gasforsyningen over den fuldautomatiske styrings- og doseringsenhed til anlægsspecifikke spargere, tilførsels- og sikkerhedssystemer.
