ФЕРМЕНТЕР для біотехнологій активних фармацевтичних інгредієнтів

Різноманітність біологічних агентів (БА), що експлуатуються в фармацевтичній біотехнології для отримання рекомбінантних білків що є активними фармацевтичними інгредієнтами потребують адекватного біоінженерного оформлення технологічного процесу.

Ферментер може бути використаний в технології вакцин і може бути використана для культивування біологічних агентів (БА), таких як, культури клітин людини або тварин в періодичних та безперервних процесах при отриманні біомаси та біологічно активних речовин що синтезуються в аеробному біосинтезі.

Відомий апарат для вирощування мікроорганізмів, який містить корпус, перфоровані перегородки, закріплені на валу з можливістю зворотно-поступального руху в вертикальній площинні та аератор, що розташований під нижньою перегородкою [а.с. СРСР №759586, МПК С12С1/10, бюл. №32, 1980]. Недолік відомого апарата для вирощування мікроорганізмів є те, що процес перемішування проходить за рахунок стиснення та розрідження газової фази між перегородками, а виникаючі при цьому коливання тиску значно менші, чим в суцільній рідкій фазі, що не дозволяє досягнути максимальної інтенсивності масо передачі.

Найбільш близьким за сукупністю ознак до корисної моделі, що заявляється є апарат для вирощування мікроорганізмів, що містить корпус з ємністю, всередині якої встановлено рухомий шток з пакетами контактних елементів, які виконують зворотно-поступальних рух в вертикальній площині [а.с. СРСР №755835, МПК С12В1/10, бюл. №30, 1980]. Недоліками відомого апарату для вирощування мікроорганізмів є: складна соосність напрямних та валу перемішуючого пристрою, апарат перенасичений рухомими та нерухомими елементами, що зменшують робочий об’єм. В апараті встановлений сильфон знизу корпусу, що не може гарантувати герметизації, що неприпустимо для біосинтезу в асептичних умовах.

Для реалізації поставленої мети стосовно забезпечення ефективного біосинтезу за рахунок оптимізації умов культивування та покращення масообмінних процесів у ферментері запропонований ферментер для культивування мікроорганізмів містить циліндричний герметичний корпус з технологічними патрубками та розташованими в середні корпусу барботером та перемішуючим пристроєм (Рис. 1), що складається з вертикального валу з приводом, який встановлений на осі корпусу з можливістю зворотно-поступального та обертового руху та набір перемішуючих елементів з великою питомою поверхнею, що виконані у вигляді дисків з’єднаних перегородками у вигляді спіралі які слугують для імобілізації поверхневозалежних клітин БА.

Для зручності монтажу валу з набором перемішуючих елементів в ферментері використовується два типи аераційних пристроїв – стаціонарний барботер та надувні гнучкі барботери, що набувають робочої форми під тиском аераційного повітря.

Ферментер з вібраційним перемішуючим пристроєм складається з корпусу 1, полого валу перемішуючого пристрою 2 з отворами в зоні перемішуючих елементів, насадок перемішуючого пристрою 3, перегородок 4, барботеру 5, надувних гнучких барботерів 6, теплообмінної сорочки 7, повітряного фільтру 8, штуцера подачі очищеного повітря 9, штуцера подачі поживного середовища 10, штуцерів для посівного матеріалу 11, штуцера для подачі гострої пари 12, штуцера відпрацьованого повітря 13, штуцер для подачі мийного засобу 14, сильфона 15, приводу перемішуючого пристрою 16.

На Рис. 1 представлено схему ферментера з вібраційним перемішуючим пристроєм та представлено переріз насадки перемішуючого пристрою.

Ферментер з вібраційним перемішуючим пристроєм працює наступним чином. В ферментер після миття та стерилізації через штуцера 10 та 11 подаються відповідно поживне середовище та посівний матеріал. Введення посівного матеріалу БА здійснюється безпосередньо в зону кожного набору перемішуючих елементів. Для аерації у ферментері використовується два типи барботерів – стаціонарний барботер 5 та надувні барботери 6. Аераційний пристрій 6 представляє собою гнучку полімерну конструкцію, що набуває робочої форми під тиском аераційного повітря і зберігає її упродовж аерації. Аераційне повітря подається в ферментер через фільтр 8 та штуцера 9. Відпрацьоване повітря виходить з ферментеру через штуцер 13.

Вал перемішуючого пристрою 2 з’єднаний з приводом 16, що здійснює зворотно-поступальний рух, разом з ним переміщуються насадки перемішуючого пристрою 3. На поверхні спіралі дисків імобілізуються клітини БА до яких направляється аераційне повітря від стаціонарного та надувних гнучких барботерів.

Після закінчення культивування для видалення клітин з поверхні спіралі дисків вал приводиться у обертовий рух, що забезпечує ефективний змив імобілізованих клітин завдяки інтенсивній відцентровій силі. Для інтенсифікації процесу видалення клітин БА через штуцер 14 подається розчин трипсину, який змінює адгезивні властивості імобілізованих клітин.

Внутрішня частина штуцера 14 виконує функцію нижньої опори при зворотно-поступальному та обертовому русі валу перемішуючого пристрою.

Для герметизації ферментера на валу в верхній частині апарата встановлений сильфон 15. Температурна стабілізація досягається завдяки теплообмінній сорочці 7, в яку подається охолоджуюча вода.

Література

1. Резенчук О.Є. Класифікація та аналіз роботи ферментерів з пневматичним перемішуванням [Текст] / О.Є.Резенчук, В М. Поводзинський, , В.Ю. Шибецький. Наукові вісті НТУУ "КПИ". – 2011. №3. С. 79-84.

2. Закоморний, Д.М. Класифікація та аналіз роботи ферментерів з механічними перемішуючими пристроями в аеробних процесах біотехнології [Текст] / Д.М. Закоморний, В.М. Поводзинський, В.Ю. Шибецький // «ScienceRise». – 2015. - №5 / 2 (10). – С. 24-32.

3. Копиленко А.В. Класифікація та аналіз роботи промислових ферментерів з підведенням енергії рідкою фазою [Текст] / А.В. Копиленко М.Г Кутовий,. В.М. Поводзинський, В.Ю. Шибецький // Наукові праці НУХТ. – 2017. – Том 23, № 1. – C. 134-143