Многие биотехнологические процессы основаны на взаимодействии
трех фаз: твердой, жидкой и газообразной. Существуют процессы, в
которых роль жидкой фазы сведена до минимума: она лишь используется
для увлажнения твердой поверхности или воздуха (газа). В зависимости
от превалирующей фазы процессы и соответствующие им аппараты
подразделяются на твердофазные и газофазные.
Твердофазные осуществляются, как правило, на основе растительного
сырья и используют чаще всего мицелиальные грибы и дрожжи или их
комбинации. Различают три типа твердофазных процессов:
• Поверхностные, когда слой субстрата не превышает 3–7 см
("тонкий слой"). В качестве "биореакторов" используются
большие (до нескольких квадратных метров) подносы или
культуральные камеры.
• Глубинные процессы, идущие в не перемешиваемом слое
("высокий слой"). Биореакторы представляют собой глубокие
открытые сосуды. Для аэробных твердофазных процессов
разработаны приспособления, обеспечивающие диффузионный и
|
|
конвекционный газообмен.
• Перемешиваемые процессы, протекающие в перемешиваемой и
аэрируемой массе субстрата, который может быть гомогенным
(полужидкой консистенции) или состоять из частиц твердого
вещества, взвешенных в жидкости (переходный вариант от
твердофазного процесса к процессу в жидкой фазе). Для этого
обычно
используют
биореакторы
с
низкоскоростным
перемешиванием.
Интерес к твердофазным процессам обусловлен их некоторыми
преимуществами по сравнению с процессами, осуществляющимися в
жидкой фазе:
1) они требуют меньших затрат на оснащение и более дешевые в
эксплуатации;
2) характер субстрата облегчает отделение и очистку продукта;
3) низкое содержание воды препятствует заражению культуры
продуцента посторонней микрофлорой;
4) твердофазные процессы не связаны со сбросом в окружающую
среду больших количеств сточных вод.
Однако и здесь существуют свои проблемы. Вследствие отсутствия
хорошего перемешивания продуцент часто растет в виде колоний и лишь
постепенно может распространяться по субстрату; при этом возникает
локальная недостача питательных веществ, тогда как часть субстрата
вообще не используется (не колонизируется) продуцентом; недостаточно
эффективный контроль за аэрацией и др.