Fermantasyon sırasında hücre büyümesini hızlandırmak için oksijen kullanımı
Biyoproseslerde bakterilerin verimli bir şekilde çoğaltılmasıyla üretim miktarlarının hızlı bir şekilde artırılması, genellikle mevcut, ancak şimdiye kadar kullanılmayan kapasitelerin etkinleştirilmesi, yani üretimin yoğunlaştırılmasıyla mümkündür.
Aerobik fermantasyon süreçlerinin yoğunlaştırılması, mikroorganizmalara yeterli miktarda çözünmüş oksijen sağlanamaması nedeniyle sıklıkla başarısız olur. Bunun ötesinde bir üretim artışı, tesis teknikleri açısından çoğu zaman yeni reaktörlerin inşası ile gerçekleştirilebilir, bu da uzun planlama süreleri ve yüksek yatırım maliyetleri ile ilişkilidir.
Saf oksijen gazlaması bu konuda verimli ve uygun maliyetli bir çözüm sunar.
Biyoreaktörde fermantasyon sırasında oksijen gazlamanın avantajları
Hücre yoğunluğunu artırma
En önemli avantaj, aerobik fermantasyon sürecine çözünmüş oksijen tedarikinin önemli ölçüde iyileştirilmesidir. Bu sayede, geçici anaerobik durumlara ve dolayısıyla biyolojik sürecin engellenmesine yol açmadan hücre yoğunluğu artırılabilir.
Özellikle bakterilerin çoğalmasının maksimum seviyeye ulaştığı eksponansiyel büyüme aşaması, yani log aşamasında, oksijen kısmi basıncının artırılması özellikle etkilidir.
Geleneksel karıştırmalı fermentörlerde çok yüksek hücre yoğunluklarının yetiştirilmesinde, substratın başlangıç konsantrasyonlarının çok yüksek olması nedeniyle büyümenin engellenmesi, yetiştirme süresince temel besin ortamı bileşenlerinin tüketilmesi, engelleyici metabolik yan ürünlerin oluşması ve oksijen tedarikinin sınırlı kapasitesi gibi sorunlarla karşılaşılır.
Deterjan proteazları ve diğer ürünlerin üretimi için büyüyen yüksek hücre yoğunluklu kültürlerin artan oksijen ihtiyacı, çeşitli stratejilerle karşılanabilir. Bunlar özellikle karıştırma hızının ve havalandırma oranının artırılması, oksijenle zenginleştirilmiş havanın beslenmesi, saf oksijenle havalandırma ve düşük sıcaklıkta ve yüksek basınçta kültürleme işlemleridir.
Saf oksijen ile karıştırma gücünü azaltın
Saf oksijenin iyi çözünürlüğü sayesinde, çözünmüş oksijen konsantrasyonu sabit kalırken karıştırma gücü sıklıkla azaltılabilir. Bu, bir yandan enerji maliyetlerinin düşmesine, diğer yandan mikroorganizmalar için kesme stresi (mekanik yükleme nedeniyle oluşan stres) azalmasına neden olabilir. İkincisi, hassas kültürlerin performansının artmasını sağlar. Çok hassas hücre kültürleri, enerji girişini en aza indiren özel gaz giriş sistemlerinden yararlanır.
Air Liquide'in kendi icadı olan bir sistem sayesinde, oksijen su fazına tamamen veya kısmen kabarcık içermeden eklenebilir.
Köpük oluşumunu önleme
Çoğu durumda, reaktör hacminin önemli bir kısmı yoğun köpük oluşumu nedeniyle kaybedilir. Bunun nedeni genellikle organizmaların havalandırılması için gereken büyük hava miktarıdır. Saf oksijen kullanıldığında, havadaki azot yükü ortadan kalkar, enjekte edilen gaz hacmi azalır, böylece köpük yüksekliği önemli ölçüde azalır ve ek üretim kapasitesi yaratılabilir. Ekonomik nedenlerle, genellikle tamamen saf oksijene geçilmez, sadece hava oksijeninin bir kısmı saf oksijenle değiştirilir. Bunun olumlu bir yan etkisi, biyoreaktörde önceden gerekli olan köpük önleyici maddelerden tasarruf edilebilmesidir.
Biyoreaktörün oksijen beslemesinde tesis ve proses güvenliği
Teknik proje planlaması Air Liquide uzmanları tarafından gerçekleştirilir ve tesisiniz için gaz giriş sisteminin boyutlandırılmasından çok önce başlar. Laboratuvar ölçeğinde ön denemeler sırasında bile, proje mühendisi tesis ve proses teknikleri ile ilgili sorularınızda size danışmanlık hizmeti sunar.
Tesis güvenliğine özellikle büyük önem verilir: Tesis işletmecisi ile birlikte HAZOP çalışmaları (HAZOP = Hazard and Operability, Almanya'da PAAG) gerçekleştirilir ve bu çalışmalarda tüm tesis parçaları, hammaddeler ve ürünler saf oksijenle reaktiviteleri açısından analiz edilir.
Tesis güvenliğinin yanı sıra, proses güvenliği de büyük önem taşır: Üretim prosesinin gerektirdiği sterillik düzeyine bağlı olarak, gaz girişi ilgili koşullara uyarlanır.
Ayrıca Air Liquide, üretim süreçlerindeki değişiklikleri erken aşamada tespit etmeye yardımcı olan, süreç boyunca gaz izleme hizmeti de sunmaktadır.
Bunun bir örneği, sıvı fazda karbondioksit zenginleştirilmesidir; bu, organizmanın türüne bağlı olarak biyolojik süreçlerin inhibisyonuna yol açabilir.
Ayrıca, termodinamik koşullar da dikkate alınır. Güçlü ekzotermik reaksiyonlarda, üretim kapasitesinin artması, süreci optimum sıcaklıkta tutmak için gereken soğutma kapasitesinin de artmasına neden olur.
Oksijen gazlaması, fermantasyon sürecinizin verimliliğini artırabilir. Teknik enzimlerin veya proteazların üretiminde, azot ile inert gaz sıyırma da biyolojik sürecinizin verimliliğini artırabilir.
Air Liquide uzmanlarından, gaz tedarikinin proje planlamasından tam otomatik kontrol ve dozajlama ünitesine, tesise özel sparger, giriş ve güvenlik sistemlerine kadar kapsamlı danışmanlık hizmeti alın.
