Användning av syre för accelererad celltillväxt under fermentering
En snabb ökning av produktionsvolymerna genom effektiv förökning av bakterier i bioprocesser är oftast endast möjlig genom aktivering av befintliga, hittills outnyttjade kapaciteter – det vill säga en extensifiering av produktionen.
En intensifiering av aeroba fermenteringsprocesser misslyckas ofta på grund av att mikroorganismerna inte kan försörjas med tillräckligt med löst syre. En ytterligare produktionsökning är i många fall endast möjlig genom att bygga nya reaktorer, vilket är förknippat med långa planeringstider och höga investeringskostnader.
Ren syretillförsel erbjuder en effektiv och kostnadseffektiv lösning för detta.
Fördelar med syretillförsel under fermentering i bioreaktorn
Öka celltätheten
Den viktigaste fördelen är den avsevärt förbättrade tillförseln av löst syre till den aeroba fermenteringsprocessen. Detta gör det möjligt att öka celltätheten utan att det uppstår tillfälliga anaeroba tillstånd och därmed en hämning av den biologiska processen.
Särskilt i den exponentiella tillväxtfasen, den så kallade logfasen, då bakterietillväxten når sin maximala nivå, är ökningen av syrepartialtrycket särskilt effektiv.
Vid odling av mycket höga celltätheter i vanliga omrörningskärlfermentorer står man inför problem med tillväxthämning på grund av för höga utgångskoncentrationer av substratet, förbrukning av viktiga näringsmediekomponenter under odlingen, bildning av hämmande metaboliska biprodukter samt begränsad kapacitet för syretillförsel.
Det ökande syrebehovet hos en växande kultur med hög celltäthet för framställning av proteaser för tvättmedel och andra produkter kan tillgodoses genom olika strategier. Dessa är i synnerhet att öka omrörningshastigheten och luftningshastigheten, tillföra syreberikad luft, luftning med ren syre samt odling vid låga temperaturer och förhöjt tryck.
Minska blandningskapaciteten med ren syre
Tack vare ren syres goda löslighet kan blandningskapaciteten ofta minskas utan att koncentrationen av löst syre påverkas. Detta kan å ena sidan leda till minskade energikostnader och å andra sidan minska skjuvspänningen (stress på grund av mekanisk belastning) för mikroorganismerna. Det senare leder till en ökning av prestandan hos känsliga kulturer. Mycket känsliga cellkulturer drar nytta av speciella gasinblåsningssystem som minskar energitillförseln till ett minimum.
Syret kan tillföras vattenfasen helt eller delvis utan bubblor tack vare en egen uppfinning från Air Liquide.
Undvika skumbildning
I många fall går en betydande del av reaktorvolymen förlorad på grund av massiv skumbildning. Orsaken till detta är oftast den stora mängd luft som krävs för att ventilera organismerna. Vid användning av ren syre elimineras kväveballasten i luften, det tillförda gasvolymen minskar, så att skumhöjden minskar kraftigt och därmed ytterligare produktionskapacitet kan skapas. Av ekonomiska skäl byter man oftast inte helt till ren syre, utan ersätter endast en del av luften med ren syre. En positiv bieffekt är att man ofta kan spara in på de antiskummedel som tidigare behövdes i bioreaktorn.
Anläggnings- och processäkerhet vid syretillförseln till bioreaktorn
Den tekniska projektplaneringen utförs av Air Liquides specialister och inleds långt innan dimensioneringen av gasinmatningssystemet för din anläggning. Redan under förförsöken i laboratorieskala står projektingenjören till tjänst med rådgivning i frågor som rör anläggnings- och processteknik.
Särskild uppmärksamhet ägnas åt anläggningssäkerheten: Tillsammans med anläggningsoperatören genomförs HAZOP-studier (HAZOP = Hazard and Operability, i Tyskland PAAG), där alla anläggningsdelar, råvaror och produkter analyseras med avseende på deras reaktivitet i samband med ren syre.
Förutom anläggningssäkerheten är även processäkerheten av stor betydelse: Beroende på den sterilitet som krävs i tillverkningsprocessen anpassas gasintaget till respektive förhållanden.
Dessutom erbjuder Air Liquide processövervakning med gas, vilket hjälper till att upptäcka förändringar i produktionsprocesserna i ett tidigt skede.
Ett exempel på detta är anrikningen av koldioxid i vätskefasen, som – beroende på typen av organism – kan leda till en hämning av de biologiska processerna.
Dessutom beaktas de termodynamiska förhållandena. Vid starkt exoterma reaktioner leder en ökning av produktionskapaciteten också till en ökning av den kylkapacitet som krävs för att hålla processen vid optimal temperatur.
Syrebegasning kan öka effektiviteten i din fermenteringsprocess. Vid tillverkning av tekniska enzymer eller proteaser kan även inertgasstrippning med kväve öka prestandan i din bioprocess.
Låt Air Liquides experter ge dig omfattande rådgivning – från projektplanering av gasförsörjningen till den helautomatiska styr- och doseringsenheten till anläggningsspecifika spargers, inmatnings- och säkerhetssystem.
