Mexanik aralashtirgichli va gaz-vorteksli bioreaktorlarning konstruksiyasi, ishlash prinsipi va qo’llanilish sohalari 1

MEXANIK ARALASHTIRGICHLI VA GAZ-VORTEKSLI BIOREAKTORLARNING KONSTRUKSIYASI, ISHLASH PRINSIPI VA QO’LLANILISH SOHALARI
¹Muhammadiyev Asilbek Umar oʻgʻli
²Murodova Sayyora Sobirovna
O‘zbekiston Milliy Universiteti Jizzax filiali “Biotexnologiya” yo‘nalishi
e-mail: [e-mail]


Annotatsiya: Ushbu tezisda mexanik aralashtirgichli va gaz-vorteksli bioreaktorlarning asosiy dizayn tamiyillari va ishlash prinsipi haqida qisqacha ma’lumot bayon qilinadi. Bioreaktor biologik jarayonlarning yadrosidir. Muayyan bioprotsess uchun mos bioreaktor tizimini loyihalash uchun hujayra o’sishi, metabolizmi, genetik manipulyatsiyasi va hujayralarning fizik va kimyoviy muhitga bo’lgan ehtiyojini tushunish uchun zarur. Shuningdek, hujayralarning kerakli funksiyalarini qo’llab-quvvatlash va iqtisodiy jihatdan samarali, keng ko’lamli ishlab chiqarishga erishish uchun bioreaktor muhitini operatsion o’zgaruvchilar orqali nazorat qilish va optimallashtirish kerak.
Kalit so’zlar: Fermentator, destruktorlar, gaz-vorteksli, kombinirlangan, metabolitlar, nozul, sparger, pervanel, eksenel, kvazistatsionar, kavitatsiya, turbulent.
Kirish
Bioreaktor (fermentator) – bu tirik ob’ektlarni: bakteriyalar, zamburug’lar, o’simlik va hayvon hujayralarini yetishtirish, ularning hayotiy faoliyati va rivojlanishi uchun optimal sharoit yaratish uchun mo’ljallangan qurilma. Bioreaktorlar biotexnologik ishlab chiqarishda amalga oshiriladigan mikrobiologik sintez mahsulotlarini ishlab chiqarishning asosiy bo’g’inidir. Fermentator biotexnologiya sanoatida dorivor va veterinariya preparatlari, vaksinalar, oziq-ovqat sanoati mahsulotlari (fermentlar, oziq-ovqat qo’shimchalari, glyukoza siroplari), shuningdek, metan, polisaxaridlar va neft destruktorlarini ishlab chiqarishda qo’llaniladi.
Bioreaktorlarning mexanik aralashtirgichli, havo va gaz-vorteksli, shuningdek, aerob (kislorod bilan havo yoki gaz aralashmalari bilan ta’minlangan), anaerob (kislorod bilan ta’minlanmagan) va kombinirlangan aerob-anaerob kabi xillari mavjud. Bundan aerob va anaerob kulturalar bir vaqtda birlashtirilgan bioreaktorda yetishtiriladi. Bu odatda biogaz ishlab chiqarish uchun ishlatiladi, bu yerda aerob jarayondan hosil bo’lgan issiqlik anaerob muhitdagi kulturani isitish uchun ishlatiladi. Eng keng tarqalgan fermentatorlardan biri, bu mexanik aralashtirgichli va havo yuborishga mo’ljallangan barbatyorli qurilmadir. Mexanik aralashtirgichli gazli bioreaktorlar aerob sharoitda kulturalardan metabolitlarni ishlab chiqarishda keng qo’llaniladi, bunda mahsulot hosil bo’lish tezligi asosan gaz-suyuqlik massasini uzatish tezligi bilan belgilanadi. Odatda, havo quyi qismdan bitta nozul, bir yoki bir nechta spargerlar orqali in’eksiya yo’li bilan kiritiladi. Spargerdan hosil bo’lgan pufakchalar aylanma suyuqlik oqimiga kiritiladi va aralashtirish tezligini boshqaradi. Shu bilan birgalikda gazni ushlab turish, suyuqlik va gaz fazalari o’rtasidagi aloqa vaqtini oshiradi va kerakli hajmni ta’minlaydi. Mexanik aralashtirish tizimi bitta pervaneldan, bir xil turdagi (eksenel yoki radial) yoki har xil turdagi bir nechta pervanellarning kombinatsiyasidan iborat bo’lib, ularning joylashishi va o’rnatilishi muayyan kulturaning ehtiyojlarini qondiradi va kerakli aralashtirishni ta’minlaydi. Ko’pincha o’rnatilgan mexanik aralashtirma fermentatorni kattalashtirish kerak bo’lgan ba’zi fermentatsiya jarayoniga moslashtirish kerak. Ayrim hollarda toʻlqinlarni qaytaruvchi toʻsiqlar ham oʻrnatilishi mumkin. Fermentator ichida zarur boʻlgan temperaturani bir xilda ushlab turish maqsadida, unga issiqlik almashinishni taʼminlovchi g’ilof oʻrnatiladi. Fermentatsiya sharoitidagi temperatura, g’ilof ichiga sovuq suv yuborish yo’li bilan boshqariladi. Fermentatsiyalangan suyuqlikdagi hosil boʻlgan mahsulotni (antibiotiklar, organik kislotalar va hokazo) ajratib olish, ekstraksiyalash, bug’latish va quritish jarayonlarini amalga oshirishda kimyo, farmatsevtika va oziq-ovqat sanoatida ishlatiladigan qurilmalardan foydalaniladi. Uskunalar hech qanday cheklovlarsiz eng yaxshi tarzda qo’llaniladi, operatsion o’zgaruvchilarga (havo ta’minotidagi kislorod kontsentratsiyasini oshirish orqali) yoki mexanik qismlarga ba’zi o’zgartirishlar (aralashtirishni yaxshilash uchun pervanelni almashtirish) kiritish orqali qurilmaning ishlash samarodrligini va mahsulot unumdorligini oshirish mumkin.
Gaz-vorteksli bioreaktorda kulturani aralashtirish usuli suyuq muhitda “aylanuvchi vorteks halqasi” tipidagi uch o’lchovli harakatni yaratish orqali amalga oshiriladi (eksenli qarshi oqim bilan kvazistatsionar oqim). Harakat sirt ustidagi bosim farqi va suspenziya yuzasida havo oqimining ishqalanish kuchi tufayli shamollatuvchi gaz girdobi orqali hosil bo’ladi. Shamollatuvchi gaz apparatdagi suspenziya yuzasi ustida o’rnatilgan markazdan qochma faollashtiruvchi tomonidan hosil bo’ladi. Gaz-vorteksli bioreaktor ko’pik, kavitatsiya, yuqori turbulent va turg’un zonalar hosil bo’lmasdan yumshoq, samarali aralashtirishni ta’minlaydi. Har qanday turdagi bioreaktorning maqsadi hujayralar va unda yetishtirilgan mikroorganizmlarning hayoti uchun eng maqbul sharoitlarni yaratishdir. Gaz-vorteksli bioreaktor har qanday turdagi hujayralar va mikroorganizmlarni, shu jumladan oson shikastlanadiganlarni yetishtirishga imkon beradi. Gaz-vorteksli bioreaktor aralashtirgichlari yuqori yopishqoq suyuqliklarni aralashtirishga imkon beradi. Ushbu xususiyat tufayli qurilma turli sohalarda, masalan, kraxmal biokonversiyasi va polisaxaridlarni ishlab chiqarish jarayonlarida foydalaniladi. Suyuqlikni aralashtirish uchun energiya sarfi mexanik aralashtirgichli bioreaktorlarga qaraganda 10-12 baravar kam. Mexanik aralashtirgichli bioreaktorlarda iste’mol qilinadigan quvvatning deyarli 70% atrof-muhitning qarshilik kuchlarini yengishga sarflanadi, bunday holda mexanik energiyaning issiqlik energiyasiga o’tishi va buning natijasida kultura suyuqligining haddan tashqari zararli isishiga olib keladi. Bunda ortiqcha issiqlikni olib tashlash kerak, bu esa qo’shimcha xarajatlarni talab qiladi. Gaz-vorteksli bioreaktorda kirish quvvatining 98% to’g’ridan-to’g’ri aralashtirish uchun sarflanadi. Ko’pik hosil bo’lmasdan intensiv aralashtirishni ta’minlaydi. Yuqori massa uzatish tezligiga ega 6-8 1/soat. Bioreaktorning gidrodinamikasi undagi suyuqlik darajasiga bog’liq emas, bioreaktor osonlikcha kengaytirilishi mumkin, 15% dan 90% gacha to’ldirilganda sifat ko’rsatkichlarini o’zgartirmasdan ishlaydi.


Xulosa
Demak bioreaktorlarning maqsadi – unda o’sadigan hujayralar va mikroorganizmlar hayoti uchun maqbul sharoitlarni yaratishdan iborat. Bioreaktorlar biotexnologik ishlab chiqarishda amalga oshiriladigan mikrobiologik sintez mahsulotlarini ishlab chiqarishning eng asosiy bo’g’ini hisoblanib, ulardan foydalanmasdan sanoat miqyosida turli xil ta’sir spektridagi antibiotiklarni, eritromitsinni, shuningdek, aerob fermentatsiya natijasida olingan B12 vitaminlari, beta-karotin, riboflavinni ishlab chiqarish mumkin emas. Bioreaktorda erishish mumkin bo’lgan optimal ishlashni bashorat qilish uchun uning gidrodinamikasini to’liq bilishni talab qiladi, aks holda, uzoq muddatli va qimmatli sinov xatolik bilan yakunlanishi mumkin.