scan0070 2

78

-    Wytwarzanie metabolitów nic związanych ze wzrostem. Procesy te czasami wymagają doprowadzenia tlenu, wydzielany jest dwutlenek węgla. Unieru-chomiane są aktywne komórki bądź w fazie stacjonarnej, bądź rosnące na powierzchni lub wewnątrz nośnika.

-    Wytwarzanie metabolitów pierwotnych. Komórki muszą być tak unieruchomione, aby możliwy był normalny metabolizm substratu. Często wymagane jest dobre napowietrzanie. Podobnie jak w poprzedniej grupie, wydzielany jest dwutlenek węgla.

Unieruchomiony materiał biologiczny może być wykorzystany w różnego typu fermentorach. Najczęściej stosowane są reaktory z nieruchomym złożem lub ze złożem cyrkulującym. vStosowane są też aparaty fluidalne typu ciecz--ciało stałe lub trójfazowe gaz-ciccz-ciało stałe.

Aparaty z unieruchomionym materiałem biologicznym mogą być aparatami

0    działaniu okresowym lub aparatami przepływowymi (o działaniu ciągłym). Wymienione uprzednio zalety i ograniczenia procesów hodowli okresowej

1    hodowli ciągłej odnoszą się również do procesów z unieruchomionym materiałem biologicznym. Głównym przeznaczeniem reaktorów tego typu są procesy ciągłe, gdyż w procesach tych można w pełni wykorzystać wszystkie zalety związane z unieruchomianiem materiału biologicznego.

Rys. 7.8. Reaktor z nieruchomą warstwą unieruchomionych komórek

Wśród aparatów przepływowych stosuje się zarówno reaktory z całkowitym wymieszaniem, jak i reaktory z przepływem tłokowym. Reaktory z idealnym wymieszaniem stosowane są w tych przypadkach, gdy zbyt wysokie stężenie substratu może działać hamująco na przebieg przemiany. Reaktory z całkowitym wymieszaniem mają ograniczone zastosowanie w procesach, w których występuje hamowanie produktem przemiany, gdyż w całej objętości reaktora komórki (lub enzymy) poddawane są działaniu najwyższego końcowego stężenia produktu. Aparaty z tłokowym przepływem medium są odpowiednie do prowadzenia przemian beztlenowych. Dla procesów aerobowych trudno jest zapewnić właściwe natlenienie i zachować tłokowy przepływ mediów.

Rozpatrzymy najprostszy przypadek reaktora rurowego, z nieruchomą warstwą wypełnienia i z przepływem tłokowym ciekłej pożywki (rys. 7.8). W reaktorze znajdują się unieruchomione komórki mikroorganizmu, wytwarzające określony produkt metabolizmu. Założymy, że wzrost komórek można pominąć.

Szybkość zanikania substratu (a zatem i szybkość wytwarzania produktu) jest zależna od rodzaju wypełnienia, aktywności mikroorganizmu, oporów dyfuzyjnych i stężenia substratu r_s(S,...).

Zmiana stężenia substratu w warstwie o grubości dl wynosi

(7.33)

FdS = r_s(S) A dl

gdzie: A jest powierzchnią przekroju poprzecznego kolumny, zaś F natężeniem przepływu roztworu przez kolumnę.

Po scałkowaniu uzyskuje się

(7.34)

gdzie z_p jest średnim czasem przebywania w reaktorze.

Otrzymane równanie jest analogiczne jak dla reaktora o działaniu okreso

wym. Warunki zbliżone do przepływu tłokowego występują w reaktorach z nieruchomą warstwą nośnika.

Rozpatrzymy teraz drugą, krańcową sytuację, tzn. idealne wymieszanie w reaktorze przepływowym z unieruchomionym materiałem biologicznym. Warunki zbliżone do idealnego wymieszania występują w reaktorach z mieszaniem mechanicznym i reaktorach fluidalnych. Z bilansu masowego uzyskuje się

(7.35)

_

^p    r,(S)

To równanie jest analogiczne jak dla ciągłej hodowli mikroorganizmów.

7*7„ Biotrasasformacje

Procesy biotechnologiczne ogólnie można podzielić na takie, w których pożądany produkt powstaje jako efekt złożonych przemian pierwotnego lub