Bruk av oksygen for å akselerere celleveksten under gjæringen
En rask økning i produksjonsmengdene gjennom effektiv forplantning av bakterier i bioprosesser er vanligvis bare mulig ved å aktivere eksisterende, hittil uutnyttet kapasitet – altså en utvidelse av produksjonen.
En intensivering av aerobe fermenteringsprosesser mislykkes ofte fordi mikroorganismene ikke kan forsynes med tilstrekkelig oppløst oksygen. En ytterligere produksjonsøkning er ofte kun mulig ved å bygge nye reaktorer, noe som er forbundet med lange planleggingstider og høye investeringskostnader.
Ren oksygenbegassing tilbyr en effektiv og kostnadseffektiv løsning på dette.
Fordeler med oksygenbegassing under fermentering i bioreaktoren
Øke celletettheten
Den viktigste fordelen er den betydelig forbedrede tilførselen av oppløst oksygen til den aerobe fermenteringsprosessen. Dette gjør det mulig å øke celletettheten uten at det oppstår midlertidige anaerobe tilstander og dermed en hemming av den biologiske prosessen.
Spesielt i den eksponentielle vekstfasen, den såkalte log-fasen, hvor bakterienes formering når sitt maksimum, er økningen av oksygenpartialtrykket spesielt effektiv.
Ved dyrking av svært høye celletettheter i vanlige omrøringsfermentorer står man overfor problemer med veksthemming på grunn av for høye utgangskonsentrasjoner av substratet, forbruk av essensielle næringsmediekomponenter i løpet av dyrkingen, dannelse av hemmende metabolsk biprodukter samt begrenset kapasitet for oksygentilførsel.
Det økende oksygenbehovet til en voksende kultur med høy celletetthet for produksjon av vaskemiddelproteaser og andre produkter kan dekkes ved hjelp av ulike strategier. Disse er særlig økning av omrøringshastigheten og luftingshastigheten, tilførsel av oksygenberiket luft, lufting med ren oksygen samt dyrking ved lave temperaturer og økt trykk.
Reduser blandingsytelsen med ren oksygen
På grunn av den gode løseligheten til ren oksygen kan blandingsytelsen ofte reduseres ved konstant oppløst oksygenkonsentrasjon. Dette kan på den ene siden føre til en reduksjon i energikostnadene og på den andre siden redusere skjærspenningen (stress på grunn av mekanisk belastning) for mikroorganismene. Det siste sørger for en økning i ytelsen til sensitive kulturer. Svært følsomme cellekulturer drar nytte av spesielle gassinntakssystemer som reduserer energitilførselen til et minimum.
Oksygenet kan tilføres vannfasen helt eller delvis uten bobler ved hjelp av en oppfinnelse fra Air Liquide.
Unngå skumdannelse
I mange tilfeller går en ikke ubetydelig del av reaktorvolumet tapt på grunn av massiv skumdannelse. Årsaken til dette er vanligvis den store mengden luft som er nødvendig for å ventilere organismene. Ved bruk av ren oksygen bortfaller nitrogenballasten i luften, og det tilførte gassvolumet reduseres, slik at skumhøyden reduseres kraftig og dermed kan skapes ekstra produksjonskapasitet. Av økonomiske årsaker byttes det vanligvis ikke helt over til ren oksygen, men bare en del av luftoksygenet erstattes med ren oksygen. En positiv bieffekt er at man ofte kan spare på antiskummidler som tidligere var nødvendige i bioreaktoren.
Anleggs- og prosesssikkerhet ved oksygenforsyning til bioreaktoren
Den tekniske prosjektplanleggingen utføres av Air Liquide-spesialister og starter lenge før dimensjoneringen av gassinntakssystemet for anlegget ditt. Allerede under forforsøkene i laboratorieformat står prosjektingeniøren til rådighet for rådgivning om anleggs- og prosesstekniske spørsmål.
Spesiell oppmerksomhet rettes mot anleggssikkerhet: Sammen med anleggsoperatøren gjennomføres HAZOP-studier (HAZOP = Hazard and Operability, i Tyskland PAAG), hvor alle anleggsdeler, utgangsmaterialer og produkter analyseres med hensyn til reaktivitet i forbindelse med ren oksygen.
I tillegg til anleggssikkerhet er også prosesssikkerhet av stor betydning: Avhengig av den nødvendige steriliteten i produksjonsprosessen, tilpasses gassinntaket til de respektive forholdene.
I tillegg tilbyr Air Liquide prosessakkompagnerende gassovervåking, som hjelper til med å oppdage endringer i produksjonsprosessene på et tidlig stadium.
Et eksempel på dette er anrikning av karbondioksid i væskefasen, som – avhengig av organismenes art – kan føre til en hemming av de biologiske prosessene.
I tillegg tas de termodynamiske forholdene i betraktning. Ved sterkt eksotermiske reaksjoner fører en økning i produksjonskapasiteten også til en økning i den nødvendige kjølekapasiteten som kreves for å holde prosessen på optimal temperatur.
Oksygenbegassing kan øke effektiviteten i fermenteringsprosessen. Ved produksjon av tekniske enzymer eller proteaser kan også inertgass-stripping med nitrogen øke ytelsen i bioprosessen.
Få omfattende rådgivning fra Air Liquide-ekspertene – fra prosjektplanlegging av gassforsyningen til helautomatisk kontroll- og doseringsenhet til anleggsspesifikke spargere, tilførsels- og sikkerhetssystemer.
