2014 y BIOTEHNOLOGIYA JARAYONLARI VA …tfi.jethost.uz/intranet/Elibrary/Maruza_matnlar/bja.pdf1...
Transcript of 2014 y BIOTEHNOLOGIYA JARAYONLARI VA …tfi.jethost.uz/intranet/Elibrary/Maruza_matnlar/bja.pdf1...
1
O‗ZBEKISTON RESPUBLIKASI
OLIY VA O‗RTA MAXSUS TA‘LIM VAZIRLIGI
SOG‗LIQNI SAQLASH VAZIRLIGI
TOSHKENT FARMATSEVTIKA INSTITUTI
―BIOTEXNOLOGIYA‖ KAFEDRASI
―Tasdiqlayman‖
O‗quv ishlar bo‗yicha prorektor
Prof. X.S. Zaynutdinov
___________________
«___»__________2014 y
BIOTEHNOLOGIYA JARAYONLARI VA APPARATLARI
FANIDAN
―IMMUNOBIOLOGIK VA MIKROBIOLOGIK PREPARATLAR
TEXNOLOGIYASI‖ TA‘LIM YO‗NALISHI
MAGISTRLARI UCHUN
MA‘RUZA MATNLARI
Toshkent 2014 y.
2
Tuzuvchilar:
Xudoyberdiev M. biotexnologiya kafedrasining professori, t.f.d
Tuxtaev F.X. biotexnologiya kafedrasining mudiri, f.f.n.
Taqrizchilar:
Abdukaxxarov V.S. O‗zR FA qoshidagi Bioorganik kimyosi instituti,
k.f.d., professor
Osmanov Z. Toshkent farmatsevtika institutining
Organik, toksikologik va biologik kimyo kafedrasining
dotsenti, k.f.n.
Jami 210 soat
Undan ma‘ruza 20 soat
Amaliy mashgulotlar 120 soat
Mustaqil ta‘lim 70 soat
Ma‘ruza matnlari Toshkent Farmatsevtika institutining sanoat farmatsiyasi
ixtisoslik kengashida muhokama qilingan va MUKda ko‗rib chiqish uchun tavsiya
qilingan.
2013 yil 21 iyundagi № 1-sonli bayonnoma
Ma‘ruza matnlari Toshkent Farmatsevtika institutining Markaziy Uslubiy
Kengashida ko‗rib chiqilgan va chop etish uchun tavsiya etilgan.
2014 yil 14 martdagi № 8 sonli-bayonnoma
3
Ma’ruza №1.
BIOTEXNOLOGIYA JARAYON VA APPARATLARI
Reja:
1. Biotexnologiya jarayonlari va apparatlari faniga kirish.
2. Davriy o‗stirish.
3. Uzluksiz jarayonlar va ularning klassifikatsiyasi.
Mazmuni: Mikrobilogiya ishlab chikarishning asosiy texnologik jarayonlari
sxemasi va aloxida boskichlari, davriy o‗stirish, uzluksiz jarayonlar va ularning
klassifikatsiyasi.
Magistrlarga biotexnologiyadagi jarayonlari va apparatlari, ushbu
jarayonlarning kimyoviy texnologiya jarayonlari bilan o‗xshashligi va o‗ziga xos
tomonlarini, qo‗llaniladigan apparatlarning konstruktiv xususiyatlari bo‗yicha
ilmiy, nazariy va amaliy bilim berish, ulardan yukori sifatli, kasbini chuqur
egallagan, tajribali magistr mutaxassisligini tayyorlash.
Fanning vazifasi – magistrlarni asosiy jarayonlarning umumiy
konuniyatlari va kinetikasi bilan tanishtirish, ushbu jarayonlarni xisoblash usullari
va qo‗lalaniladigan apparatlar bilan tanishish.
Kirish. Texnologiyada mikroorganizmlardan foydalanish yakin vaktlarda
boshlanib Pasterning klassik tadkikotlardan olingan. U tibbiy va texnik
mikbiologiyasini xam asoschisidir. Bu muddat taxminan 100 yilni uz ichiga oladi.
Texnik mikrobiologiya rivojlanishi 20-30 yil ichida mustakil texnologik
mikrobiologik yunalish barpo bo‗ldi.
Mikrobiologik sanoat oldida juda katta ishlar turibdi:
1. Kushimcha eyishga muljallangan texnologik jarayonlarni yaratish;
2. Usimliklarni ximoya kilish vositalarini yaratish;
3. Ferment moddalarini yaratish;
4. Antibiotiklar va vitaminlar olishni tashkil kilish kiradi.
Bu shuningdek sanoatning samarali rivojlanishiga kapital kurilishlarga
mablaglarni sarf kilinishi, ishlab chikarilayotgan maxsulotlarning turini
kupaytirish va ularning sifatini yaxshilashga erishish uchun bu soxada texnik
o‗sish xisobiga olib borilishi kerak.
Mikrobiologik sanoat kuyidagi maxsulotlarni tayyorlab beradi:
- oksillar (drojjalar, oksil moddalari, aminokislotalar)
- fiziologik faol moddalar (antibiotiklar, vitaminlar, fermentlar, garmonlar
o‗sishni tezlashtiruvchilarni)
- organik kislotalar (limon kislotasi, sut kislotasi, itakon va uksus kislotalarini)
- Urmon va qishloq ho‗jaligi zararkunandalari uchun bakterial moddalar
entobakterinlar, boverinlar, dendrobatsillinlar, nitroginlar, azoto bakterinlar)
YUqorida ko‗rsatilgan maxsulotlarni tayyorlash, mikrobiologik usulda
olish abzal, kimyoviy usulga karagandi. SHuning bilan birga shuni qayd qilish
4
kerakki, yuqoridagi maxsulotlarning ayrimlarini (bakterial, ferment
moddalarini) mikroiologik usul bilan olish mumkin.
Mikrobiologik usulda olishda mikroorganizmlarning yuqori
jadalllashtirish va modda almashuvining juda ulug‗ligidadir.
Biomassalarni 2 marotaba o‗sishiga 0,3-2 soat kifoya qiladi. Juda
xosildor o‗simliklarning mikroorganizmlar yordamida biomassani hosil qilishdi
500 marta uy xayvonlarining eng zotlilariga biomassa hosil qilishi 1000-
5000 marta sekin kechadi.
Hozirgi vaqtda mikroorganizmlar ta‘sirida 1000 ortik biokimyoviy
reaksiyalar ishlab chiqilgan. Biosintez reaksiyalari uy haroratida va atmosfera
bosimida olib boriladi.
Mikrobiologik sintezni eng afzalliklaridan biri sanoat soxasida (ya‘ni
olinishda) ko‗p tarqalgan xom ashyolardan olinishidadir. Bular:
- Qishloq ho‗jalik maxsulotlarining qayta ishlashidan keyingi chiqqan
chiqindilari;
- Gidroliz sanoatining chiqindilari;
- Neft va gaz sanoatining chiqindilaridir.
Hozirgi vaqtda mikrobiologik sintezda ''yovvoyi'' tabiiy shtamplardan
foydalaniladi.
SHuni takidlash kerakki, mikrobiologik usulda sanoat ishlab chiqarishi,
texnik ekonomik hisoblanganda kimyo texnologik metodlarga qaraganda
yuqori turadi.
Mikroorganizmlardan foydalanib, ishlab chiqarishni olib borish usullari 2
katta gruppaga bo‗linadi.
1. Birinchi gruppaga ayrim oziq-ovqat sanoati qishloq hujalik
mahsulotlarini qayta ishlash sanoati, misol uchun: lub tolalari.
2. Pivo va vino sanoati - achitish.
Maxsus texnologik uskunalarni ishlatish mikroorganizmdan foydalanganda
juda kam mikdorni tashkil kiladi. Mikrobiologik sanoatda texnologik
jarayonlarni yuksaltirish asosan texnologik uskunalarni takomillashtirish
hisobiga olib boriladi.
Pivo va vino olib borishi texnologiyasi o‗zining mahsus xususiyatlari
bo‗lgani uchun mikrobiologik sanoatidan ajralib chiqqan.
2. Ikkinchi gruppa sanoatiga kiruvchi (bu mikroorganizmlarni etishtirish yoki
mikroorganizmlar ishlab chiqqan kerakli mahsulotlarni to‗plash).
Texnologik olish usuliga qarab mikrobiologik sanoatini ikkita kichik gruppaga
bo‗lish mumkin.
1. Ko‘p tonnajli sanoatida ko‗p miqdorda bioob‘ekt mikrorganizmlarni,
drojjalarni hamda organik kislotalar (limon, sut, uksus) yoki spirtlar olish.
Bu xildagi asosiy texnologik uskunalarning ishlash prinsipi bu chuqurlikda
(suspenzion) usulda mikroorganizmlarni etishtiriladi. Bunda yuqori aseptik
muhit talab qilinmaydi, chunki tashqaridagi mikro florani kirib kelishi juda
kam. Mikrorganizmlarning o‗sishi uchun 25-35 daraja, rN 6,5-7,5. SHuning
bilan kulturlangan ko‗p sanoatda mikrorganizmlarni etishtirish jarayoni rN 4-5
5
olib beriladi. Kulturlangan suyuklikda spirtlar, kand va boshqa komponentlar
(neft uglevodlari) ularning konsentratsiyasida boshka mikroorganizmlarning
o‗sishi mumkin emas. Spirtli usulda achitishda (kulturlangan suyuqlikda) 8-5
% spirt tarkibida bo‗ladi. Drojja olish sanoatida uglevodorodli neft muhitida
olib boriladi. Ayrim xollarda mikrorganizmlardan foydalaniladi, (anaeroblar
deb ataladi) ular aeratsiya talab kilmaydi,bu tashqi mikrofloralarga qarshi
kurashni engillashtiradi.
2. Kam tonnajli nozik mikrobiologik usulda olish sanoatida asosan bakterial
moddalar olinadi. (tibbiy va antibiotiklar, ferment preparatlari, bakterial
o‗g‗itlar, zakvoskalar, aminokislotalar, vitaminlar, qon o‗rnini bosuvchi
poliglyukin olish usuli, ayrim organik kislotalar, o‗sish stimulyatorlari,
vaksinalar garmonal moddalar va boshqalar).
Nozik mikrobiologik sintezga asosiy texnologiya jarayorlaridan biri bu
mikroorganizmlarni chukurlikda etishtirishdir. Mikroorganizmlarni etishtirishda
tashqaridan mikroorlaralarni kirishiga yo‗l qo‗ymaslik asosiysi hisoblanadi.
Miroorganizmlarni kulturlash rN-6,2-7,2 , 25-35ºS daraja, muhitda
uglevodorodlar, o‗simlik oqsili, fosforli va azotli tuzlar tashkil qiladi. Produtsent
hisobida shtamplarni aralashmasi emas, balki alohida tanlab olingan asosiy shtamp
ishlatiladi. Bunday sharoitda tashqaridan kirib kelgan mikroorganzmlar ishchi
muhitda paydo bo‗lsa, foydali predutsentlarni o‗sishini sekinlashtiradi, yoki kerakli
mahsulotlarining kupayishiga ta‘sir qiladi. SHuning uchun nozik mikrobiologik
sintezda asosiy texnologik uskunalarni aerobik xavoni tozalashda, ovqatlanish
muxitini va qo‗shimcha mahsulotlarni sterilizatsiyadan o‗tkazish kerak.
Kimyoviy tozalash yoki asosiy moddani ajratib olish (kultural
suyukliklardan) shu gruppaga kiruvchi ko‗p sanoatlarda juda murakkab kechadi.
SHuning bilan birga bunday jarayonda separatsiya, filtrlashda cho‗ktirish
ekstraksiya, bug‗lantirish, ion almashtirish protsesslari ketadi.
Ko‗p miqdordagi nozik mikrobiologik usul bilan mahsulotlar issiqlikka
chidamsiz, shuning uchun ular ajratib olishda past daraja talab qilinadi. Ko‗p
mikrobiologik mahsulotlar quruq holda ishlab chiqariladi. Eng ko‗p ishlatiladigan
quritish usullari bu changitish, vakuumli, qaynash qatlamli, va sublimatsion
usullardir.
Tayyor maxsulot germetik taralarga qadoqlanadi, va ular tashqi muhitning
ta‘siridan saqlanib, past haroratda saqlaniladi.
Kichik tonnajli nozik mikrobiologik sintezda asosiy uskunalarni oson bir
mahsulot olishdan boshqa mahsulot olishga o‗tish mumkin. Ko‗p tonnajli nozik
mikrobiologik sintezda bir mahsulotdan ikkinchi mahsulot olish usuliga o‗tish
uchun texnologik uskunalarni almashtirish kerak yoki umuman mumkin emas.
Mikrobiologik sanoatida jarayonlarni kimyoviy texnologiyalar kabi massa
almashtirish, issiqlik almashtirish, gidrodinamik va mexanik ajratish mumkin.
Bunday jarayonlar albatta biologik jarayonlardir. Kultivatorda mikroorganizmlarni
o‗sishi, almashinishi, ulishi, massa almashtirish, issiqlik almashtirish,
gidrodinamik, mexanik jarayonlarsiz kuzatilmaydi.
Biologik jarayonlarning eng asosiylari kuydagilar:
6
1. Biologik sistemalar uchun o‗z-o‗zini boshqarish, bu esa usishni
tezlashtirishdir;
2. Setkali organizmlar kimyoviy tuzilishiga qarab bir xil tuzilishiga ega va ular 3
klassga ega murakkab makromolekulali; dezoksiribonuklein kislota (DNK),
ribonuklein kislota (RNK) va oksillar.
3. Xamma ichkisetkali jarayonlar kechishi va tartibga solish spetsifik oksillar
biokatalizatorlar- fermentlar yordamida olib boriladi.
4. Setklarda fermentlarning kichkina konsentratsiyasi hisobiga ular substrat bilan
tuyinib qolgani uchun biologik protsesslarni nazorat qilish juda ham imkoni bor .
5. Kletkalarni tartibga solish mexanizmi mumkin qadar mikroorganizmlarni ish
faoliyati o‗sishiga olib keladi.
6. Biologik sistemalarda fermentlar ishlatish hamma maxal o‗zgartiriladi,
ularning faolligi biokimyo jarayonlarni kechishi, shuning uchun xar bir pogonada
mikrorganizmlarni populyasiyasini o‗stirish uchun optimal muhit yaratilishi kerak.
7. Setkali-membrana tanlov yo‗l bilan o‗tkazadi. Setkali membranalar tanlov
moddalarni uzatadi, shuning uchun biologik jarayonlarni tartibga solishni
qiyinlashtiradi.
Spetsifik texnologik jarayonlarning olib borish uchun spetsifik uskunalar
ishlab chiqilgan, ular mikrobiologik sanoatda qo‗lanilishi uchun.
Jarayon va apparatlari mikrobiologiyasining sanoatining kursini asosiy
maksadi, texnologik jarayonlarni umumiy teoritik konuniyligini ko‗rsatish, asosiy
apparatlar va mashinalarning hisobini, shuningdek ichki va tashqi yangiliklarni
umumlashtirishdan iboratdir.
Xozirgi paytda yangi sanoat korxonalarning loyihalashda ikkita muammo
bor.
- Masshtablashtirish - uskunalarni hisoblash lobaratoriya sharoitida sanoat
qurilmalarida olingan ma‘lumotlarga tayanib olib boriladi.
- Optimallashtirish – texnologik sxemalarni eng yaxshi variantini tanlash,
uskunalarni turlari va ishlash jarayonidir.
Mikrobiologik ishlab chiqarishning asosiy texnologik jarayonlari sxemasi va
alohida boskichlari kuydagicha:
-ekish materiallarini tayyorlash;
-oziklantirish muxitini tayyorlash va sterilizatsiyalash;
-kulturlashtirish (mikribiologik sintez);
-asosiy maxsulotni ajratib olish ;
-kuritish;
-maydalash;
-standartlash;
-kadoklash.
Ayrim xollarda yuqoridagi ko‗rsatilgan bosqichlar bo‗lmasligi mumkin. Misol
uchun: agarda tayyor mahsulot suyuq holda chiqariladigan bo‗lsa, unda quritish
va maydalash bosqichlar bo‗lmaydi. YAna bir misol purkagichli quritishda
maydalash bosqichi bo‗lmaydi.
7
Kulturlash ya‘ni o‗stirish texnologik jarayonining asosiy bosqichi hisoblanib,
ishlab chiqarishni xajimini va uning sifatini belgilaydi.
Kulturlash boskichida biomassaning va mikroorganizmlarning yashashi
davomida yig‗iladi. Ayrim hollarda misol uchun bakterial moddalar olinishida,
kerakli modda sifatida biomassa hisoblanadi, va boshqa hollarda setkali sintez
qilgan mahsulotlari, antibiotiklar, fermentlar, aminokislotalar va boshqalar :
shuningdek sintez qilingan mahsulot kletka ichida yoki kulturlangan suyuqlikka
ajralishi mumkin.
Kerakli, maksadli mahsulotlar kulturlash davrida yig‗iladi. Undan keyingi
bosqichlarda shu kerakli xossalari saqlash kerak.
Kulturlash - o‗stirish apparatlarda olib borilib, suyuq oziklantirish muhitida
bo‗ladi. Bular chuqur va suspenzionli metoddir. Ayrim mikroorganzmlar qattiq
oziqlantiruvchi muhitda yaxshi rivojlanadi va buni yuzaki kulturlash deb ataladi.
YUzaki kulturlash texnologik tomandan samarali emas, shuning uchun u
ayrim hollarda ishlatiladi. CHuqur kulturlashni qo‗llab bo‗lmasa. CHuqur
kulturlash – o‗stirish apparatining sxemasi va ularning konstruksion elementlari
1.1 chizmada keltirilgan.
Apparatda mikroorganizmlar yashash davri o‗sish jarayoni, ko‗payishi va
ayrim kletkalarni nobud bo‗lishidan iborot.
Davriy o‘stirish.
Mikroorganizmlarni populyasiyasini rivojlashtirishini bekig muhitda, ya‘ni
kolba yoki kultivatorda olib borish biomassani olishning bir yo‗li hisoblanadi.
Mikroorganizm populyasiyasini ravojlantirishini jarayonini o‗rganishda asosiy
kuzatiladigan ko‗rsatgich mikroorganizmlarning yig‗ilishi Xı absolyut birlikda
aniqlanadi yoki quruq massa xajm birligida aniqlanadi.
Davriy ishlovchi apparatlarda mikrorganizmlarning o‗sish va rivojlanishi bir
necha bosqichda olib boriladi.
Mikroorganizmlarning populyasiyasining kolba va apparatlarda o‗sishi
kuyidagi bosqichlardan iborat: boshlang‗ich, o‗sish, mutanosiblik va nobud
bo‗lish. SHuning uchun har bir bosqich bir nechta fazalarga bo‗linadi. Birinchi
boshlang‗ich bosqichda oziqlantirish muhitida konsentratsiyasi u ekilgandan
keyin boshlanadi.
Boshlang‗ich paytda mikroorganizmlarning kamayishi kuzatiladi. Undan
keyin biomassa oshadi. O‗sish bosqichi logarifmik o‗sish va sekinlashtirish o‗sishi
kiradi. Undan keyin mutanosiblik boshlanishi va populyasiyalarning nobud
bo‗lishi kuzatiladi.
Davriy ustirishda fakat ma‘lum vaqt ichida kerakli konsektetsiya faqat bir
marta bo‗ladi. Bunday maksimal kulturani – o‗sishini davriy o‗sish deyiladi.
Uzluksiz jarayonlar va ularning klassifikatsiyasi.
8
Xozirgi paytda birdan bir xarakterli jixatlardan biri bu texnologiyalar
rivojlanishi davriy jarayonidan uzluksiz jarayonlarga o‗tish xisoblanadi. Davriy
jarayonda emperik ma‘lumotlardan foydalaniladi. Uzluksiz jarayonlarda ilmiy
asossiz xar bir jarayonlarni chukur bilish kerak buladi.
Uzluksiz jarayonlar 3 ta asosiy priznaklardan iborat.
1 yukori ishlab – chikarish
2 mumkin kadar avtomatiziyalash.
3 boshkarish mexanizmini bilish xamda kinetika jarayonlarini o‗rganishdan
iborat.
Uzluksiz jarayonlarda apparatlarni spetsializatsiyasi har bir texnologik
bosqichda alohida olib boriladi, va tayyor mahsulotlarni sifatini tekshirish
mumkin.
Undan tashqari apparatlarda to‗liq aralashtirishda parametrlarni mumkin qadar
doimiyligi saqlanib qolib, kulturani stabillash va ishlab chiqarishni kerakli
fiziologik xolatga olib kelish mumkin. Mikroorganizmlarni uzluksiz ishlayotgan
apparatlarda to‗liq aralashtirish yordamida o‗stirish unumlidir. Davriy ustirishga
qaraganda. Uzluksiz ishlovchi apparatlarda muhit doimo yangilanib turadi, shuning
uchun moddalarning konsentratsiyasi o‗zgarmaydi. Mikroorganizmlarni faoliyati
davomida Mikrobkologik ishlab chiqarishda ayrim hollarda ko‗p bosqichli
uzluksiz jarayonlar olib borilishi mumkin. Bu ayrim hollarda paydo buladi.
- Oziqlanuvchi muhit moddalar aralashmasidan hosil bo‗lgan bo‗lsa.
- Kerakli mahsulot hosil qilish uchun 2 va undan ko‗p metabolik o‗zgarishlar
(antibiotiklar, sporalar)
- Qanday boshqa substretning komponenti kultural suyuqlikda bo‗lishi.
Xulosa qilib aytganda uzluksiz ishlovchi mikrobiologik sintezni ma‘lum yutuqlari
bor va ular shulardir.
1. Kultirlash –o‗stirish bir xil sharoitda va stabillashgan rejimda olib borilib,o‗sish
jarayonini uzok vaqt optimal muhitda saqlanib turiladi.
2. Agar kerak bo‗lib qolsa jarayonlarni olib borish bir nechta bosqichlarda,
apparatlarni birin ketin ulab, ularda optimal sharoit yaratish mumkin .
3. Mikrobiologik sintezda har xil faktorlarni o‗rganish uchun sharoit yaratiladi.
Uzluksiz jarayonlar klassifikatsiyasi.
Uzluksiz jarayonlarini klassifikatsiyalash, fermentativ jaryonlarning kelib
chiqishi, tasir doirasi va boshqarish prinsipi bilan amalga oshiriladi.
Birinchi klassifikatsiya biokimyo, fiziologik, morfologik, genetik konuniyatlar,
bu davriy va uzluksiz jaryonlar uchun xarakterlidir.
Ular ishlash prinsiplarga qarab uzliksiz sistemalar: ochiq va yopiq turlariga
ajratiladi.
Ochiq uzluksiz sistemalar. Bunday sistemalarda kletkalar doimo yuvilib
turadi va ular paydo bo‗lishi bilan. Bunday sistemalar yashab turishi oldidan
mo‗ljalangan dinamik muhitda.
9
Ochik uzluksiz sistemalar geterogen va gomogen sistemalarga bo‗linadi.
Kulturaning doimiy bir xil tuzilishi kerak. Birinchi sistema bir pog‗onali va ko‗p
pog‗onali bo‗linadi. Bir pog‗onali sistemalar bitta apparatdan tashkil topadi. Bu
eng ko‗p tarqalgan apparat bilan jihozlangan uzluksiz sistemadir.
YOpiq uzluksiz sistemalar. Bunday sistemalarda kletkalar hamma vaqt
yig‗ilib va ularning xajmi ko‗payib boradi. Bu sistemalar uzaytirilgan davriy
sistemalarga kiradi va ularni uzluksiz sistemalar deb atash mumkin emas. YOpiq
sistemalarda mikroorganizmlarni o‗stirish plenkalar ustida yoki qattiq jism ustida
olib boriladi. Bunday sistemalar laboratoriya sharoitda ishlatiladi.
10
MA’RUZA 2
Mikroorganizmlarni o‘stirishda modda almashinuv jarayonlari. Reja:
1. Bioreaktorlarda modda alamashinish jarayoni va moddiy balans.
2. Aerob va anaerob jarayonlar.
Apparatlarda mikroorganizmlarning populyasiyasi modda
almashtirish jarayonisiz uchta fazani rivojlantirib bo‘lmaydi, chunki
reaksion muhit shulardan tashkil topadi: Qattiq (mikroorganizmlar), suyuq
(oziqlantiruvchi muhit), gazsimon (aerob havo). Kletkalarga oziqlantiruvchi
moddalarni va kislorodni olib keladigan va ularni oziq-ovqat metabolitini
olib ketish ishi uchta fazalarning modda almashinuv jarayonida sodir
bo‗ladi. Kislorodni olib kelish (uning kam eritganligi uchun va xar hil
gazsimon metobolitlarni olib chiqib ketish, misol uchun: dioksid uglerodini
(uglekisliy gazi), uzluksiz xavoni, barbotaj yordamida ta‘minlanadi. Modda
almashinish jarayonini tezlashtirish uchun, reaksion muxitni almashtirishni
ta‘minlanadi, bularda ayrim xollarda ko‗piklarni ko‗p ajralib chiqishiga sabab
bo‗ladi.
Mikroorganizmlarni olish sharoitini va o‗sishini ta‘minlash uchun
quvvatni oziqlantiruvchi substratlarni oksidlanishidan olinadi. Bu jarayonlar
ko‗p pog‗onali bo‗lib, xar xil katolik ferment sistemalarining ishtirokida
kechadi. Oksidlanish jarayonlarining oxirgi natijasi elektronlarni oksidlangan
substratdan oxirgi akseptorga o‗tkaziladi. Akseptorlarning qanday tipiga qarab
ikki xil turi ajralib turadi. Aerob akseptor turi bu molekulyar kislorod
bo‗ladi va anaerob, bunda akseptor rolini boshqa agentlar, organik
moddalar to‗yinmagan bog‗lovchi hizmat qiladi. Oksidlantirish jarayonlarini
turi, shu organizmga taalluqligi, fermentativ jarayonlarini tanlab olishiga
bog‗liq bo‗ladi. Ikki tipdagi jarayonlarni olib bera oladigan katta gruppadagi
mikroorganizmlar mavjud bulib, atrof muxitni muxofazasini qanday qilinishiga
bog‗liq bo‗ladi (ular fakultativ mikroorganizmlar deb ataladi). Aerob yo‗li
energetik tomonidan afzalroqdir. SHuning uchun mikrobiologik sanoatda
ishlatiladigan ko‗pgina mikroorganizmlar aerob bo‗ladi.
Kultural suyuqliklarda kislorodnining erishi 6-8 g/m 3 oshmaydi, aerob
mikroorganizm kislorodni iste‘mol qilishi 0,2-0,3 (m3/s). Mikrobiologik
sanoatda qoniqarli kulturlash jarayonini olib berish uchun kislorodni doimiy
etkazib berib turish kerak. Aeratsiya jarayonida kislorodni ferment kletkalari
nafas olish yo‗llariga borish uchun murakkab yo‗lni bosib o‗tadi. Sxematik
ravishda bunday yo‗l quyidagicha ko‗rsatish mumkin. Ular har xil
gazsimon va suyuqlik plenkalari bo‗lib, ular fazani bo‗linishida gaz-suyuqlik,
suyuqlik-setka, shuningdek suyuq va qattiq fazalarning ichki qarshiligi.
Aeratsiya ikki alohida jarayonga: gazsimon fazadagi kislorodni
absorbsiyasi suyuqlikka va mikroorganizmlarni kislorodni iste‘mol qilinishi
11
bo‗linadi. Birinchi jarayonni hal qilish uchun kimyoviy texnologik
metodlardan foydalaniladi. Mikroorganizmlarni kislorodni iste‘mol qilishi
ularning fiziologik holati, ular ko‗p faktorlarda bog‗liq bo‗lib, kultural
suyuqlikdagi kislorodning konsentratsiyasiga xam bog‗liq bo‗ladi. Ohirgi payt
hisoblanib kelinardi, erigan kislorodni ta‘siri kletkalarning va fiziologik
xolati keltirilgan diapazon konsentratsiyalaridan tashkarisida paydo bo‗lishi,
chegaralangan minimal va maksimal kritik konsentratsiyalar va shu interval
konsentratsiyada erigan kislorod fiziologik tarang kulturalarga ta‘sir qilmaydi.
O‗sish tezligi kislorodning erigan konsentratsiyasiga bog‗liq va uning
bog‗liqligi Mixaelis - Menten tenglamasi ko‗rinishiga o‗xshash ekan.
M=M max C : 1
Kc + C
Bunda S- Kislorod konsentratsiyasi kultural suyuklikda, g/m 3
K0- Konstanta, erigan kislorod konsentratsiyasining teng soni, unda
m=0,5 m max
Grafik tenglamasi 31 rasmda kursatilgan.
Ris.31. O‗sish tezligini M kislorod konsentratsiyasi S, kultural suyuklikda
erigani.
Undan shu ma‘lum bo‗ladiki, o‗sish tezligi juda keng diapazonda
o‗zgartirilsa ham, amaliy uzgarmay koladi. Pastki va yuqoridagi erigan
kislorodning konsentratsiyasi kritik deb ataladi. Tipik eng kam kislorod
kritik konsentratsiya ko‗p mikroorganizmlar uchun 0,06-2,6 g/m 3 bo‗ladi.
Dastlabki hisoblar uchun shuni olish mumkin. S krmip ≤ Sr bu erda Sr
kislorodning muqimlik konsentratsiyasi atmosfera xavosida va normal
12
bosimda. YUqori kritik konsentratsiyaga kelsak, u muxim konsentratsiyadan
yuqorida normal sharoitda joylashgan bo‗ladi.
SHu bilan shuni ta‘kidlash kerakki, kritik konsentratsiyani ayrim
moddalarni sintez qilish yoki kletkalarning hususiyatlarini saqlab qolish
uchun ular tub o‗zgarishi mumkin. SHuni ko‗rsatilgan kislorodning kritik
konsentratsiya o‗lchami shu mikroorganizm uchun xar doim bir xil
bo‗lmaydi, u o‗sish tezligiga bog‗liq bo‗ladi. SHundan keyingi tajribalardan
shunisi ma‘lum bo‗ladiki, kislorodning kritik konsentratsiyasi hozirgi vaqtda
kletkalarning yashash sharoitiga kislorodning ta‘siri asos bo‗la olmaydi. SHu
ma‘lum bo‗ldiki, o‗sayotgan kulturalarga kislorodning ta‘siri ancha murakkab
va bu xam ravshan emas. SHuni ko‗rsatilganki, sitoxromlar soni kislorod
konsentratsiyasiga bog‗liq bo‗lar ekan. Kislorodning konsentratsiyasiga
modda almashinishi aminokislota soni va kletkaning yog kislotalarining soniga
bog‗liq bo‗lar ekan.
Aeratsiya jarayonini to‗g‗ri olib borish uchun, kislorodning kritik
konsentratsiyasini, yoki kletka konsentratsiyasining xususiyatlari, kislorod
sarfini bilish kerak. Eng oxirgisi kislorodni sarf qilinishi bilan
xarakterlanadi. (kletkalarning nafas olishning tezligi) millimol yoki
mikrogrammda, quruq biomodda birligi soat yoki kulturaning kislorodni sarf
qilishi gramda 1 m3 kultural suyuqlik uchun soatda yoki millimolda na 1
l kultural suyuqlik uchun. Juda ko‗p aerob mikroorganizmlar uchun
kislorodning eng ko‗p sarflanishi 20-30 mmol O2 / (l 4) ili 0,6 – kg O 2 / (m3 4)
SHuning bilan birga shunday ma‘lum holatda, misol uchun droja ishlab
chiqarish sanoatida kislorod sarfi ancha ko‗p va d. 300-400 mmol O2 / (l 4) ,
ya‘ni 10-12 kg O2 / (m3 4)
Aeratsiya jarayonining ahamiyati kultural suyuqliklar uchun kletkalarga
kislorodni olib borish bilan chegaralanmaydi.
Oxirgi paytda tadqiqotchilarning katta e‘tibori gazsimon moddalarning
metabolitlarini dessorbsiyalashga axamiyat berilmoqda, birinchi navbatda
dioksid uglerodgadir. Ma‘lum bo‗ldiki kulturlash paytida asosiy rol kislorod
modda almashinuvi emas, balki gazsimon moddalar metobolizmidagi
desorbsiyasining yaxshi ishlamasligiga bog‗liq ekan. SO2 ning minimal yoki
maksimal kritik konsentratsiyasi borligi gumon qilinmokda.
Aeratsiya jarayoni kultural suyuqliklarni aralashtirishsiz olib borib
bo‗lmaydi. Labaratoriya sharoitida kolbani aralashtirish oddiy silkitish bilan
amalga oshiriladi, sanoat ishlab chiqarish holatida bu maqsadlar uchun
borbotaj qo‗llaniladi yoki uni mexanik aralashtirish bilan birgalikda olib
boriladi. Kultural jarayonini aralashtirish yo‗li bilan olib borish
intensivlashning birdan bir yo‗li xisoblanadi. Unda quyidagi xolatlar
ta‘minlanadi:
- Aerob havo kislorodni absorbsiyasi etarli miqdorda tezlashadi va
shuningdek gazsimon moddalarning disorbsiyasi, misol uchun SO2 ;
- etarli mikdordagi minimal gradientni kletkalar oldi joydagi konsentratsiyasi
oldida va apparatdagi oziklantiruvchi moddalarning o‗rtaga konsentratsiyasi:
13
- biomassa va substratni apparat ichida bir xil taqsimlanishi; turib qolgan
joylarning yo‗qligi. Almashtirishning roli ikki asosiy aspektlarga bo‗linadi;
kislorod adsorbsiyasi va dioksid uglerod va kletkalar oldida desorbsiyasi
massa almashtirish. Aralashtirish kletkalarga mexanik ta‘sir kilishsiz mumkin
emas. Bunday ta‘sirning natijasi yaxshi bo‗ladi, kletkalarning (granulalarni)
konglomeratlarini parchalanib tursa va yomonligi, kletkalarning parchalanishi
yoki kletkalarning zararlanishi kuzatilsa;
SHunday kilib, xar bir konkret kulturalash jarayoni uchun
almashtirish jarayoni ishlamaydi. Uchta yo‗nalishdan birini: massa uzatish
gaz - suyuqlik, suyuqlik massa uzatish, suyuqlik –kletka, mexanik ta‘sir.
Limitli ta‘sirdan biri olib tashlansa aralashtirish paytida, unga kerakli
inflitni olib bulmaydi. Boshka faktorlar ta‘sirida, misol uchun, kletkalarga
mexanik ta‘sir kuchayishi mumkin.
SHuning bilan barcha aerotsiya jarayonlari va aralashtirish xali
mukammal o‗rganilmagan. SHuni qayd qilish kerakki, hozirgi paytda shu
jarayonlarni matematik yozuvi yo‗k, va ular masshtabli va optimal
so‗rovlarni xal qilinar edi.
MODDIY BALANS.
Biokimyoviy jarayonlarda moddaning o‗zgarishini massaning saqlanish
qonuniga asosan hisoblanadi va tenglama holida yoziladi. Texnologik balans
texnologiyaning haqiqiy olib borilganda to‗ldiriladi. Moddiy balans esa,
biokimyoviy reaksiyalarining steriometrik ta‘sirlashuvidan tashkil topadi.
SHuning bilan birga shuni ta‘kidlash kerakki, moddalarning teoretik chuqur
o‗rganishiga chetga chiqishi mumkin; orqaga qaytish bu mutanosiblik
o‗zgarish jarayonini olib kelmaydi; biokimyoviy reaksiyalarining tezligi
aralash tashqi faktorlar natijasida teoritik chuqur o‗zgarishlarni olib
kelmaydi; mexanik o‗zgarishli ta‘siri, ikkilamchi reaksiyalarning borligi
maqsadli mahsulotni olishini kamaytiradi. Biokimyoviy o‗zgarish
jarayonlaridan tashqari, ularning xar bir pog‗onasi uchun balans, apparatlar
uchun xam biokimyo reaksion apparatlarni xisoblash va ishni muhofaza
qilish uchun quyi mahalda umumiy moddiy balans deb ataladi va u bitta
moddadan kelib chiqqan xolda tayyorlanadi.
Moddiy balansning tenglama shaklidagi ohirgi ko‗rinishi reaktorning
turiga bog‗liq bo‗ladi. Umumiy balans moddaning kelib chiqishiga bog‗liq
bulib, u shunday kurinishda bo‗ladi.
Mvx –M vыx – M r=M nak
Unda; M vx - reaktorga kelib tushadigan moddalar
M vыx - reaktordan chikadigan moddalar
M r – biokimyoviy reaksiyalarga sarf bo‗ladigan moddalar
Mnak – reaktorda yig‗ilayotgan moddalarning soni (moddalar yig‗ilishi)
Uzlukli ishlovchi reaktorlar uchun moddiy balans soddalashtirish mumkin:
Mvx = M nak +Mr
14
Ma’ruza 3
Mavzu: Kultivatorlar uchun moddiy balans tenglamasi
Reja:
1. Davriy uzluksiz va yarim davriy jarayonda ishlangan bioreaktorlar.
2. Xarakteristik tenglamalar va ular uchun moddiy balans tuzilishni
xarakterlaydigan tomonlari.
Mayer tenglamasiga ko‗ra: M =Ksb (Sr-S)Vr.
Unda Ksb-massa uzatish faqat bir bosqich kislorodni - xajm koeffitsent 2-1
kletkalarga uzatishni ko‗rsatadi., Vr-ishchi xajm. Aeratsiya jarayonini o‗rganish
kultiverorda, m3
va ularni hisoblash uchun, matematik modeli kerak. U kislorodni
adsorbsiyasidan tashqari va uni mikroorganizmlar tomonidan sarflanishini
hisobga olish kerak.
SHulardan birinchi modeli quyidagicha ko‗rinadi:
AS/dr=Kob(Sr-S)-GX (12)
unda G-nafas olish tezligi yoki kislorodni yutish tezligi, mikroorganizmlarning
massa birligiga va vaqt birligiga, G2 1 kg biomassa soat.
Bunday tenglama uzluksiz jarayonlarni kulturlashni o‗rganish uchun
yaraydi. Siklik jarayonlar uchun bu tenglamani ishlatish uchun eng oddiy
echish yo‗li G=const yul qo‗yilganda, mikroorganizmlar konsentratsiyasi X va
vaqtdan i . X = f (r) qaram bo‗lib, eksponsial o‗sish tenglamalariga bo‗ysinadi.
SHuning bilan birga shu ikkita yo‗l kuyilganda, bu tenglamalarni ishlatish
apparatda juda kichik sikldagi rivojlanishni qo‗llanilishi mumkin, bu
formulalarni keng miqyosda qo‗llash chegaralanadi.
Eksperimental ma‘lumotlarga eng yaqin qaramlik, kerakli modelni olish
uchun, asosiy tuman — sifatida olinganda kislorodni mikroorganizmlar
tomonidan sarf qilinishi (kulturatsiya paytida) biomassa konsentratsiyasiga
qaram holda, shuning bilan birga o‗sish tezligidan ham kam bo‗ladi, unda X=f
(G), bu logarifmik egri chiziq tenglamasiga bo‗ysinadi. Unday xolda kulturlash
uchun moddiy balans tenglamasi quyidagi ko‗rinishda bo‗ladi.
D c/ d r = Kob (Sr-S)- AX-V dx/dr, (1.3)
YAshash sharoitini saqlab turish.
Unda A-koeffitsent kislorodga talabgorlik xarakteristikasi- kislorod miqdorining
biomassa birligiga va vaqti birligiga;
V-koeffsient o‗sish uchun kislorod sarf qilish xarakteristikasi kislorod
sonini sarf qilish biomassa birligi;
Faraz qilaylik X funksiyasi G dan olingan qaramlikka itoat qiladi,
logarifmik egri chiziqni yozib beradi, unda (3) tenglama quyidagi holda
keltirish mumkin:
15
Dc = Kob (Sr –S)-A _____Xn Xk- _ V M Xn (Xk-Xn)_____________
dr Xn+(Xk-Xn) e-NG
X2n e
mg+2 Xn (Xk-Xn)+(Xk-Xn)
2e-
mg
(4) tenglamani aeratsiya jarayonida matematik model uchun qo‗llash
yaqinlashtirilgan echilgan holda yoki EVM da hisoblanadi.
YAqinlashgan hisobni topish uchun tenglamani o‗zgartiramiz (3)
S + __1 dc = Cr - __A_ X - V_
dx ; (1.5)
K ob dr Kob Kob dr
SHuni xam etib o‗tish keraki kulturlash jarayonida X 100 va undan xam ko‗p
o‗zgaradi. S birligi kam o‗zgaradi.(6da 8 gacha to 1-2 t/m3) bu undan tashqari
(G=24+72 soat) cho‗zilishi mumkin. SHuning uchun tenglama (1/Kob ) (dc/ dr) Kob
uchun 100-1000 y bo‗ladi, bu absolyut birlik uchun juda xam kichkina (boshka
omillarga qaraganda) va unda tushirib qoldirish mumkin, unda (1,5)ni shunday
ko‗rinishda yozish mumkin.
S-Sr- _A_ __Xn. Xk____ - _V_ X ___MXn.Xk (Xk-Xn )
K ob Xы+(Xk-Xn)e- MG
Kob X2
n e MG
+2Xn(Xk-Xn)+(Xk-Xn)-mg
;(1,6)
(1,6) tenglamada X va dx/dr G birlik shu ma‘lum vaqt uchun logarifmik
parametrlari egri chizig‗i orqali aniqlanadi. A va V koeffitsent s = f (®)
eksperemental qaramlikdan hisoblanadi.
1,6 tenglamani EVM orqali xisoblaganda 1.3 chiziqlar
Kob =102
’ 103
4-1
; Xk/Xn =106’107;M=0,2’0,34
-1 bo‗lganda topilgan. 4-6
chiziqlar sekin o‗tadigan kulturalar uchun (hayvon kletkalari uchun)
Kob<10;Xk/Xn <102;M<0,1r
-1.
EVM ni qo‗llaganda 1,4 tenglamasi solishtirsak, (1,6) tenglamaga unda juda
katta to‗g‗ri kelmaslik sekin o‗sadigan kulturalarda sodir bo‗lar ekan, misol
uchun hayvon kletkalarida (4-6). Bu xam bo‗lsa shu bilan bog‗liqlikni xam
koeffitsent kichkina miqdorda massa uzatish Kob, a‘zo (1/Kob) (dC/dr) ta‘siri
sezilib turadi, shuning uchun bu kulturalar uchun biomassaning usishi uncha
katta bulmaydi.
Davriy uzluksiz va yarim davriy jarayonda ishlangan
bioreaktorlar.
Jarayonlarni tashkil qilinishi prinsiplari bo‗yicha biokimyoviy reaktorlar
uchta gruppaga bo‗linadi.
Uzlukli ishlovchi reaktorlarda (rasm-6) xamma ayrim jarayon bosqichlari
ketma-ket kechadi va xar-xil vaqtda olib boriladi. Reaksiyaga kiruvchi
moddalarning konseptratsiyasi o‗zgarish xarakteristikasi reaksion muhitning
xamma nuqtalarida o‗zgarmaydi, lekin vaqtga qaraganda bitta nuqtasi shu
xajmning boshqa nuqtadagisiga qaraganda farqlanadi. Bunday apparatlarda
reaksiyani ketish vaqtini o‗lchash mumkin, chunki reaksiyaga ketgan vaqt,
reaksion muhitda reagentlarni turish vaqti bir-xil. Texnologik jarayon
parametrlari uzlukli ishlovchi reaktorlarda ketgan vaqt o‗zgarmaydi.
16
Uzlukli ishlovchi reaktorlar kam ishlab chiqarish quvvatiga ega va ularni
avtomatik tekshirish va boshqarish yomon kechadi.
Uzluksiz ishlovchi reaktorlarda (rasm-7) hamma ayrim moddalarning
biokimyoviy jarayon bosqichlari (reaksiyaga kiruvchi moddalarning etkazib
berish, biokimyoviy reaksiyalar, ohirgi mahsulotning olish) parallel, bir vaqtda
bajariladi. Konsentratsiyaning o‗zgarish xarakteri reaksiyaga kiruvchi
moddalarning reaksion muhitda xar-xil, xar bir vaqt birligida apparatning
hajmida ham har-hil bo‗ladi. Bunday apparatlarda jarayonning texnologik
parametrlari vaqtga nisbatan o‗zgarmaydi. SHuning bilan birga uzluksiz
ishlovchi reaktorlarda reaksiya vaqtini o‗lchab bo‗lmaydi.
Uzluksiz ishlovchi appparatlarda reaksiya vaqti reagentlarning apparatda
turish vaqtiga to‗g‗ri kelmaydi, chunki xar bir elementar modda zarrachalari
reaksion muhitda har-hil vaqtda bo‗ladi va shuning uchun ketgan vaqtning
xammasi aralashtirishning tezligiga bog‗liq bo‗lib, apparatda oqimlarning
strukturasi va reaktorning gidrodinamik turiga qarab, ular individual bo‗ladi.
Uzluksiz ishlovchi reaktorlar yuqori ishlab chiqarish quvvatiga ega,
avtomatizatsiyasi engil o‗tadi (ularga hizmat qilganda, boshqarganda, yo‗lga
qo‗yilganda, shuningdek tez harakatlanadigan darajada bo‗lishi uchun EVM
ishlatiladi.
YArim davriy reaktorlar. (YArim uzlukli). (rasm-8)
Ularni ishlash davri kelishilmagan holatda bo‗ladi, chunki bitta reaktorda
reagentlar uzluksiz kelib turadi, boshqasi esa davriy olib boriladi. Bundan
tashqari boshqa variantlari bo‗lishi mumkin, unda reagentlarni reaktorga
kelishi davriy, tayyor mahsulot olish uzluksiz kechadi. Bunday reaktorlar
to‗xtovsiz ishlovchi apparatlar bo‗lib, unda kirib kelayotgan va reaktordan
chiqib ketayotgan oqimlar bir-biriga teng emas. Undan tashqari davriy ishlovchi
apparatlarda reaksiyaga kiruvchi bitta moddani yoki reaktordan moddaning
chiqishi davriy usulda olib topiladi. YArim davriy ishlovchi reaktorlardan
foydalanishdan reagentlarni etkazib berishda tezlik jarayoni chegaralanishi
mumkin.
17
Ma’ruza 4
Ko‘pik hosil bo‘lishi jarayoni va uni yo‘qotish usullari.
Reja:
1. Turli tipdagi bioreakterlarda ko‗pik hosil bo‗lish va ularning jarayondagi
roli.
2. Ko‗piklarni yo‗qotish usullari.
Ko‗pik hosil bo‗lish xodisasi har-hil texnologik jarayonlarda tez uchrab
turadi, ular ko‗p fazali sistemalar bilan bog‗liq bo‗ladi.Ayrim vaqtda ko‗pik
hosil bo‗lish foydali bo‗lib, va boshqa paytlarda ular bilan kurashish uchun
maxsus choralar ko‗rish kerak bo‗ladi. Aerob kulturalash jarayonida ko‗pik hosil
bo‗lishini zararli hodisa deb atash mumkin, va bu jarayonni olib borishni
chigallashtiradi. Ko‗pik hosil bo‗lishini kultivaterlarni to‗liq quvvat bilan
ishlashiga halaqit beradi, kultural suyuqlikni o‗zi bilan olib ketib, chiqimni
ko‗paytiradi, ifloslanishiga qarshi kurashni qiyinlashtiradi va undan tashqari
aerorik havoni tozalovchi filtrlarni ishdan chiqishiga sabab bo‗ladi. Undan
tashqari ko‗pik hosil bo‗lishi va qo‗llaniladigan ko‗pik yo‗qotish moslamalari
mikroorganizmlarni kislorod bilan ta‘minlashni, oziklatiruvchi moddalarni, va
tayyor mahsulotni operativ olishni qiyinlashtiradi.
Kulturlash jarayonida ko‗pikka qarshi kurashish ancha qiyin va ularga
qarshi alohida turlari va usullarni ishlab chiqish kerak, ular ko‗pik hosil bo‗lish
mexanizmini va kinetikasini bilishga asoslanishi kerak. Ko‗pik murrakab fizik-
kimyoviy dispers sistema bo‗lib, gaz-dispers fazasi va suyuq-dispers muhitdan
iborat bo‗ladi. Ularning bir-biriga nisbatiga qarab «quruq va xo‗l» ko‗pik deb
ataladi, va ular qaytarilishi ko‗rsatkichi bilan xarakterlanadi.
Bk=VgVj ;
Vj
Unda Bk – ko‗pik qaytarilishi;
Vg- gaz hajmi:
Vj –suyuqlik hajmi:
Kuruq ko‗piklar uchun Vg >Vji Bk =200’1000, xo‗l ko‗piklar
uchun Bk -1’10 kulturlashda hosil bo‗ladigan ko‗piklar xo‗l ko‗piklar deb
ataladi.
Ko‗piklarning fizik-kimyoviy sistemalarning murakkabligi uchun ko‗pik
hosil bo‗lish va ko‗pik yo‗qotish teoriyalari hali yaxshi ishlab chiqilmagan va
ko‗p savollar hali aniqlangan emas. Hozirgi paytda aniqlangan qismi
quyidagicha:
- toza suyuqliklarda ko‗pik hosil bulmaydi:
- ko‗pik hosil bo‗lishi sirti tarang moddalarga bog‗liq bo‗lib, ko‗piklarning eng
chidamligida erigan moddalarning suyultirilgan eritmada sirtiy taranglikni tez
kamaytirilishi:
- ko‗piklarning sirtiy tarangligi kerakli va uni paydo bo‗lishi, ko‗pik hosil bo‗lishi
uchun etarli muhit xisoblanmaydi. CHidamli ko‗piklarning paydo bo‗lishi
18
moddalar molekulasi ustki qatlamida adsorbsiyalanadigan, filtrlangan ikkilamchi
tuzilishni hosil qiladigan, xususiyatlari bo‗yicha qattiq jismni eslatish mumkin.
Kultural suyuqliklar ko‗p miqdorda oqsil moddalardan tuzilgan bo‗lib va
ular sirtiy tarang moddalar hisoblanadi: Ular suvning sirtiy tarangligini ustki
qatlamini kamaytiradi, qaytmaydigan xolatgacha koagulyasiya qiladi va
ikkilamchi kristalik holatini hosil kiladi. Undan tashqari kultural suyuqliklarda
oqsil moddalardan tashqari, boshqa moddalardan tashkil topgan bo‗ladi va ular
ko‗pik hosil bo‗lishi uchun yaxshi sharoit hosil qiladi, bularga aminlar,
sovunlar, mayda suzib yuruvchi zarrachalar. Suzib yuruvchi zarachalar oqsil
molekulalari bilan adsorbsion bog‗liq bo‗lib ko‗piklarning plenkalarini
qattiqligini oshiradi.
Ko‗piklarni hosil bo‗lishi bilan kurashish usullari klassifikatsiyasi
kuyidagicha:
Texnik jihatdan eng yangi usullardan biri kombinatsion usul hisoblanadi.
Uning asosiysi fizik-kimyoviy usul bo‗lib, u sirti tarang moddalar ishlatilishiga
bog‗liq bo‗ladi, ko‗pikni tuzilishini buzadi yoki ko‗pik hosil bo‗lishini oldini
oladi. U ko‗pik hosil qiluvchiga qaraganda ko‗pik yo‗qotuvchi moddaning sirti
tarangligi katta bo‗lgani uchun ko‗pik uchiruvchi modda uni siqib chiqadi.
Kimyoviy ko‗pik o‗chiruvchi moddaning molekulalari ta‘sirida ko‗pikning
qalinligi kamayadi va ularni buzadi.
Fizik kimyoviy usulda ko‗pik o‗chirishda tabiiy xom ashyo yoki sintetik
moddalar ishlatiladi. Ko‗pik o‗chirish tabiiy moddalar sifatida o‗simlik yog‗lari
(Misol uchun, kungaboqar, kastor, soya va boshqalar) va hayvon yog‗lari (Misol
uchun, qo‗yniki, molniki, suyak va boshqalar) ularni 2-2,5% (hajmi bo‗yicha)
qo‗shilishi ko‗pik paydo bo‗lishini oldini oladigan eng oddiy usul hisoblanadi.
SHuning bilan birga ushbu moddalar ko‗pik o‗chirishda qatnashib qolmay,
mikroorganizmlarning modda almashtirish va yashash sharoitiga ta‘sir qilib,
ko‗pincha kultural suyuqliklarni kislorod bilan ta‘minlashga salbiy ta‘sir qiladi.
SHuning bilan birga biokimyo sanoatida oziq-ovqat yog‗larining sarfi katta
bo‗lib xozirgi paytda keng miqyosda sintetik ko‗pik o‗chiruvchilardan
foydalanilmoqda. Ularga ataylab sintez qilingan kremniy organik va poliefir
birikmalar (misol uchun, polimetil-siloksap (PMS-200, tripinol B-400 va
boshkalar). Sintetik ko‗pik o‗chiruvchilarni qo‗llash ko‗pik hosil bo‗lishiga
qarshi eng yaxshi fizik- kimyoviy usul hisoblanadi, ularning sarfi tabiiy ko‗pik
yo‗qotuvchilarga qaraganda bir necha o‗n barobar kam bo‗ladi.
Suyuq kimyoviy ko‗pik yo‗qotuvchilar samarali ta‘sir qilish uchun ularni
ko‗pik hosil bo‗layotgan muhitga yupqa qavat bo‗lib tarqalishi kerak. Bunday
maqsadga har mahal xam mexanik yo‗l bilan erishib bo‗lmaydi, shuning uchun
suyuq ko‗pik yo‗qotuvchilarni emulsiya ko‗rinishda qo‗llaniladi. Bunday
ko‗pikning apparatdagi baladligi ko‗p hollarda nolga teng bo‗ladi. Suyuq ko‗pik
yo‗qotuvchilardan tashqari ayrim hollarda quruq ko‗pik yo‗qotuvchilar (briket va
poroshok holida) ishlatish mumkin. Ular suyuq muhitda sekin-asta erib, unda
ko‗pik paydo bo‗lishini oldini oladi. Bunday ko‗pik yo‗qotuvchi moddalarning
kamchiligidan biri ham issiqlik hajmidir.
19
Umuman olganda ko‗pik yo‗qotishning fizik-kimyoviy usuli universal
bo‗lmay, hamma vaqtda ham samarali hisoblanmaydi, hosil bo‗lgan mahsulotni
baxosini qimmatlashtiradi, ko‗pik yo‗qotuvchilarni oldindan sterillash kerak.
Ko‘pik yo‘qotishning fizik usuli.
Ko‗pik yo‗qotishning akustik usuli tovush yoki ultra tovush tebranish
ta‘siriga asoslangan bo‗lib, ular aerodinamik yoki magnit-tebranish nurlanishdan
hosil bo‗ladi. Ularning tebranishi 10-100 kGs bo‗ladi (to‗lqinlar, tovush bosimi,
vibratsiya, turbulentlik) ko‗pik yacheykalariga uzatilib, sekin-asta ko‗piklarni
buzadi, bular to‗lqinlarning tezligiga bog‗liq (birinchi galda birinchi qatlamni,
keyin ikkinchi qatlamni va hokazo). SHuning bilan birga ko‗pikda sekin-asta
mikroorganizmlar to‗planib, 20 kGs dan katta bo‗lgan yuqori chastotali nurlar
ularni o‗ldirishi mumkin. Ko‗pikni kam miqdorini ultra tovush yo‗li bilan
yo‗qotish iktisodiy tomondan maqbul bo‗ladi.
Ko‗pik yo‗qotishda issiqlik usulini ishlatish chegaralanadi, chunki
mikroorganizmlar yuqori darajaga sezgirdir. Issiqlikning ta‘siri bug‗ning
yo‗nalishi yoki qizdirilgan yuza yordamida amalga oshiriladi. Ko‗pikning issiqlik
yuzasiga tegishi suyuqlik parlanadi, bu esa ko‗pikni buzadi va ko‗pik hosil
bo‗lishini oldini oladi.
Ko‗pik yo‗qotishning elektr usuli quyidagiga asoslanadi, elektr maydoni
elektr o‗tkazuvchi suyuqliklarda ko‗pikni buzishi yoki kuchsizlantirishi mumkin.
Ko‗pikni eng samarali yo‗qotish usuli ko‗pikni yukori kuchlangan impulsiv
elektr maydoni qo‗llanadi. U texnik jihatdan zamonaviy bo‗lib, iktisodiy
samarali bo‗lib, ko‗pik yo‗qotish jarayonini avtomatlashtirish mumkin. SHuning
bilan birga elektr maydonining mikroorganizmlarga ta‘siri kam o‗rganilganligi
uchun, ularni qo‗llash chegaralgan.
SHuning uchun kimyoviy sintetik ko‗pik yo‗qotuvchilar biokimyoviy
muhitda qo‗shimcha istalmagan ko‗rinishlar uchun ularni sarfi maksimal
chegaralangan. Bunday holatda ko‗pikni yo‗qotish uchun mexanik usul
qo‗llaniladi, u fizik usullar ichida eng ko‗p tarkalgandir. Ko‗pik yo‗qotishning
mexanik usuli ko‗pikni uzunligini kamaytirish, ko‗pik mexanik uzatish orqali
butunlay yo‗qotishdir. Buning uchun xar xil aylanuvchi mexanik kurilmalar
(rotor, turbina, krыlchatka, tarelkalar paketi va boshqalar), ular reaktorning
aralashtiruvchi moslama bilan bir o‗qiga yoki alohida o‗rnatiladi. Bu qurilmalar
biokimyoviy reaktorning asosiy qismi hisoblanadi.
Hamma ko‗pik yo‗qotuvchi qurilmalar qo‗shimcha, ayrim hollarda juda
ko‗p energiya sardini, ayrim hollarda poylash, sovutish suyuqliklari foydalanishga
to‗g‗ri keladi. Ushbu kamchiliklar siklonli ko‗pik yo‗qotuvchilarda bo‗lmaydi.
Markazdan kochma maydondan foydalanish ko‗pikni ishlov berish jarayonini
osonlashtirib yaxshilaydi. SHuning bilan birga, har hil holatlarda, ayniqsa
biokimyo jarayonlari intensiv olib borilganda ko‗pik hosil bo‗lishini mexanik
qurilmalarsiz oldini olish mumkin bo‗lmaydi.
20
Ko‗pik yo‗qotishning gidroaerodinamik usuli konstruktiv murakkab, energiya
ko‗p sarf qiladigan ko‗pik yo‗qotuvchi qurilmalari ishlatiladi. Ko‗pikni buzish
uchun suyuqlikning urish kuchining ta‘sirida olib borilib, u suyuqlikning ustiga
sochib yoki ko‗pikni havo oqimining tezligi va yo‗lini o‗zgartirish yordamida
olib borish mumkin.
Ko‘pik yo‘qotishning texnologik usulari.
Ko‗pikni balandligini stabillashtirish quyidagi faktlarga bog‗liq;
aerotsiyani intensivligini kamaytirish (havoni yo‗naltirishini kamaytirish yoki
butunlay to‗xtatish), aralashtirish bilan (aralashtirgichning aylanish chastotasini
kamaytirish yoki butunlay to‗xtatish), reaksion apparatdan ko‗pikni flatator
yordamida olib chiqib ketilishigadir.
Gaz suyuqlik sistemada bosimning keskin o‗zgarishda (uning
vakuumlash) hozirgi paytda ko‗p tarqalgan emas, chunki uskunalarning
qimmatligi va steril muhitni saqlash qiyinligidandir. SHuning bilan birga
biokimyoviy reaktorlarda ko‗pik hosil bo‗lishini kamaytirish konstruktiv va
geometrik faktorlar xisobiga bo‗ladi, misol uchun apparatni diametrini
kattalashtirilgan yoki uni bo‗yi yoki kerakli aralashtirgich, barboter
konstruksiyalarni tanlash yo‗li bilan olib borish mumkin.
21
MARUZA № 5
MIKROBIOLOGIK JARAYONLARDA ISSIQLIK ALMASHINUVI.
ISSIQLIK ALMASHINUVI JIXOZLARI (2 soat).
Reja:
1. Bioreaktorlarda issiqlik almashinish jarayoni.
2. Kultivatorlar uchun issiqlik balans tenglamasi.
3. Biokimyoviy reaktorda issiqlik almashinish.
Mazmuni: Bioreaktorlar uchun bioreaktorlardagi issiqlik balans tenglamasi,
mahsus issiqlik almashinishi jihozlari, bioreaktorlarni issiqlik bilan ta‘minlash
usullari.
Mustakil ta‘lim. Vitaminlar ishlab chiqarish texnologiyalari. 8 soat.
Kletkalarning ko‗payishiga asosiy sabab tashqari muhitdan
moddalarning kirib kelishi hisobiga beradi va buni konstruktiv o‗sish
(qurilish) yoki anabolizm deb ataladi.
Konstruktiv o‗sish uchun ma‘lum bir energiya sarflanadi va u
energiya almashinishsiz bo‗lmaydi. Ko‗p holatlarda konstruktiv
almashinishning jarayonlari, energetik almashinishining jarayonlari bilan
bog‗liqdir.
Mikroorganizm avtotrof hayot kechirib, konstruktiv almashinishda
dioksid uglerodning uglerodini ishlatadi. Ular noorganik modda organik
modda hosil qiladilar. Ularga nitrobakterik va jazobakteriyalar va boshqalar
kiradi.
Avtotrof mikroorganizmlar energiyaning qaerda kelishiga qarab fotosintetik
va xemosintetikaga bulinadi.
Geterotrof hayot kechiruvchi mikroorganizmlar (geterotroflar) bunday
jarayonlarda tayyor bo‗lgan organik birikmalar uglerodini ishlatadi.
Mikrobiologik sanoatda eng ko‗p produtsentlar geterotroflardir.
Energetik jarayonlar har hil mikroorganizmlar uchun quyidagicha kechadi:
Aerob jarayon
C6H12O6 + 6O2 → 6 Co2 + 6 H2O+2824 kDj
yoki
2S6H12O6+9O2 → 6C2H2O4+6H2O+2070 kDj
anaerob jarayon shavel kislotasini olish jarayoni
C6H12O6 → 2Co2 + 2C2H5OH+117 kDj
yoki
C6H12O6 → 2C3H6O3 + 75 kDj
yoki sut kislotasi
C6H2O6 → 2CH3COOH +63 kDj
uksus kislota
22
6Co2+6H2O+2900 kDj → C6H2O6+6O2
yoruglik energiyasi
Xaqiqiy jarayonlar yuqoridagi soddalashtirilgan yo‗l bilan ketmaydi va
u murakkab bulib oksidlantirish tiklash reaksiyalari orqali kechadi. SHuning
uchun dastlabki mahsulot uglevodlar har mahal ohirgi mahsulot (misol
uchun SO2 va N2O), ular anabolizm yoki o‗rtadagi mahsulotlar olish uchun
sarf bo‗ladi.
Mikroorganizmlarni oziqlantiruvchi moddlarga talabi shuncha ko‗pki,
energetik moddalarning oksidlanishiga qarab past darajada bo‗lsa.
Aerob jarayonlarda eng ko‗p energiyani vodorodni fiksatsiya qilinganda
substraktdan olinadi.
Mikroorganizmlardan oksidlantirish jarayonida olingan xamma energiyalar
konstruktiv va asosiy almashinishlarga 40-45 % ketadi. Qolgan issiqlik atrof
muhitga tarqaladi. Buni shunday tushuntirish mumkin, biologik jarayonlar
bir hil bosim va haroratda olib boriladi.
Organik moddalarning boshqa moddalarga o‗tishida ajralib chiqadigan
energiya, ozgina miqdorda issiqlik holida yo‗qotiladi.
SHuning uchun geterotrop mikroorganizmlarni yashashi uchun issiqliksiz
mumkin emas ekan.
Laboratoriya usulida issiqlik effekti kam bo‗lib, u sezilarli emas.
Korxona sharoitida, katta hajmdagi va o‗lchamlari katta va baland apparatlar
ishlatilinganda, fermentatsiya paytida chiqqan ko‗p issiqlikni nazarga olish
kerak.
Kul‘turlash paytida harorat darajasini mikroorganizmlarning fiziologik
holatiga ta‘siri katta bo‗ladi. SHuning uchun har bir produtsent etishtirish
uchun optimal darajada bo‗lishi kerak. Korxona sharoitida bu ±1 daraja
bo‗ladi. Kul‘turlashda, xaroratni boshqarish va kultivatorlardagi modda
almashinish qurilmalarida temperaturani boshqarish mikrobiologik sintezda
issiqlik effektini bilmasdan turib mumkin emas.
Adabiyotlarda shunday ahborotlar berilgan: misol uchun fermentlar
profutsentlarini kul‘turlashda, ajralib chiqayotgan issiqlik 4000 dan 30000 kDj
(m3 *4), boshqa ma‘lumotlarga qaraganda ular 46000 kDj / (m
3 *4).
Antibiotik produtsentlari uchun issiqlik ajralishi 55000 kDj / (m3 *4) va undan
xam ko‗p.
Mikrobiologik sintezda issiqlik ajralishi vaqtga bog‗liq, issiqlik ajralishi
biomassaning konsentratsiyasiga va o‗sish tezligiga bog‗liq bo‗ladi.
KUL’TIVATORLAR UCHUN ISSIQLIK BALANS TENGLAMASI.
Kul‘tivatorlardagi issiqlik almashinuv qurilmalari butun sikl davomida
optimal temperaturani ushlab turishi kerak. SHuning uchun apparatlardagi
23
issiqlik balansini ko‗rishida asosiy payt, issiqlik almashinuv kurilmasining
ishlatishi maksimal bo‗lgandadir.
Agarda issiqlik almashinuvi bir xil bo‗lgan paytda, kultivatordagi
issiqlik balansi shunday holatda ko‗rinishi mumkin:
Qm + Qb +QB = Qoxl + Qn+Qn,
Unda Qm, Qb, QB, Qoxl, Qn, Qn - mikrobiologik jarayonlarda
aralashtirgich ishlashidan ajralib chiqqan issiqlik miqdori, aerofik xavo bilan
kirgan, sovutilgan suv bilan olib ketilganligi, suyuqlikni bug‗latish uchun
ketgan, atrof-muhitga sarflangan issiqlik miqdorlaridir, Dj/s.
Kultivatorlarni loyixalashda issiqlik almashinuv qurilmalari (zmeeviklar,
rubashkalar) va ularni issiqlik hisobini ohirgi mahsadini anihlash kerak.
Ma‘lumki
Qoxl = WCOb Cb (tk-tn): (1 2)
Q rasm = KF the log (1 3)
Unda Wb – sovutilgan suvning sarfi kg/s, Sv – suvning issiq hajmi, Dj/
(kg k) tn – sovutilgan suvning ohirgi darajasi, S, K-issiqlik uzatish
koeffitsienti, Vt /(sm2 K): A-issiqlik almashinuv ustining hajmi m2 Δt o‗rt.log -
logarifmik darajaning o‗rtacha har xil ko‗rinishi.
SHunday qilib hisoblash natijalariga qarab shu ma‘lum bo‗ldi. Issiqlik
almashinuv apparatlariga tushadigan kuchni bilish uchun,
Q rasm > Q oxl issiqlik balansi tenlamasidan foydalanidi.
Q oxl = Qm + Qb +QB –Qn – Qn va issiqlik uzatuvchi koeffitsient.
Aralashtirishda issiqlik ajralish jarayoni shunday formula bilan
aniqlanadi:
qm = 3,6 10 3 N ud
unda: - N ud aralashtirgichning ishchi quvvati , kvt/m3
qm - aralashtirishda issiqlik aralashishi, kDj / (m3 *4).
Kulturlash aralashtirish uchun ketadigan quvvat 1-3 kvt / m3 tashkil
etadi, unda aralashtirganda issiqlik aralishib chiqishi qm = 3600-11000 kDj /
(m3 4). Teng bo‗lar ekan.
QB Qn va Qn uncha katta emas, shu uchun ularni nazarga olmasa xam
bo‗ladi. Ma‘lum hajmdagi issiqlik miqdorini suvni bug‗latish uchun ketganini
shunday formuladi topiladi.
qmn = D (i – CBtcp);
unda, D – 1m2 soat suvning bug‗lanish massasi kt / m
3 4
t - bug‗ning entalpiyasi kDj / kg, tsr –bug‗lanishning o‗rtacha darajasi,˚S.
Qn=700ј1400 kDj / (m3 4).D uchun 0,3-0,6 kg,
qn . qb va qm larga qaraganda ancha kam.
qn - apparat devorlaridan yo‗qotiladigan issiqlik undan yana ham
kam. Apparatning tashki qiladigan harakati atrof - muhit darajasidan 5˚S farq
qiladi. SHuning uchun 1 m 2
maydon bir soat ichida 200 kDj issiqlik
yo‗qotiladi, yoki xamma apparat maydoni 60m3 da umumiy maydoni 60 m
2
ustki maydonida 12000 kDj/4 issiqlik yo‗qotiladi.
24
Issiqlik balansini tashkil qiluvchi QB Qn va Qn umumiy belgisi yo‗q
bo‗lib, shulardan eng kattasi Qn hamma mahal minusli ishorali, shuning
uchun hisoblarda ularni hisobga olmasa ham bo‗ladi va issiqlik balans
tenglamasini quyidagicha yozish mumkin.
Qoxl= Qm + Qs
YUqorida ko‗rsatilgan Qn=3600ј11000 kDj/(m34) teng. Mikrobiologik
sintezdagi deb o‗rtacha issiqlik ajratib chiqish qiymati u ham shu qiymatga
teng lekin, Qm ga qaraganda Qb teng qiymati uning o‗rtacha qiymatini
kulturlash jarayoniga bir necha barobar oshib ketishi mumkin. SHunday
qilib kulturlash issiqlik almashinish jarayonini olib borayotgan sharoitda
issiqlik ajratib chiqishi suyuqlik haroratining darajasi o‗zgarib turadi.
Differensiyalanganda issiqlik formulasi kuyidagicha ko‗rinishda bo‗ladi.
dQ = - M cj dt + qVpdt
unda M- kultivatordagi suyuqlik massasi kg S j –kultural suyuqlikning issiqlik
xajmi kDj /(kg K) T – kultural suyuqlik darajasi ˚S, Qb - sintez va
aralashtirish paytida issiqlik ajralib chiqishining umumiy ko‗rsatkich ajralib
chiqishining umumiy ko‗rsatkichi kDj / (m3
4). Vr – kultivatorning ishchi xajmi
m3 , t vakt – soat.
BIOKIMYOVIY REAKTORLARDA ISSIQLIK ALMASHINISHI.
Biologik reaktorlarda issiqlik alamashini uzluksiz va ko‗p pog‗onali
bo‗ladi. Uzluksiz issiqlik almashinishi reaktorlar issiqlik uzatish maydoni
reaksion muhitida joylashtirilib reaksiyaga kiruvchi moddalar yo‗nalishida
issiqlik almashinishini ta‘minlash kerak. Ko‗p pog‗onali issiqlik
almashinishda issiqlik uzatuvchi maydon reaktor tashqarisida joylashtirilib
reaksion muhitdan bo‗lak holda bo‗ladi. Ayrim hollarda uzluksiz va ko‗p
pog‗onali issiqlik almashtirishga to‗g‗ri keladi.
Biokimyoviy reaktorlarning sovutganda har hil usullardan foydalanishi
mumkin.
Reaksion apparatlarda issiqlik almashinishini texnik usullarini tanlash
jarayonini olib borishning daraja sharoitini hisobga olinadi. Xamda ularning
fizik, issiqlik, kimyoviy va issiqlik uzatuvchilar xususiyatiga bog‗liq bo‗ladi.
Reaktorlarni ikkita asosiy usullar, sovitish (isitish)- issiqlik almashtirish to‗g‗ri va
bilvosita orqali bo‗ladi.
Reaktorlarda issiqlik almashtirishning kosvennыy usuli issiqlik va
reaksiyaga kiruvchi moddalar bir-biridan alohida o‗tkazmaydigan yuza bilan
ajratilib, o‗sha orqali issiqlik almashinuvi kechadi. Issiqlik uzatuvchi yuza har
hil geometrik shaklda bo‗ladi (ilon, rubashkali, halqali, trubkali va hokazo) va
ular tashqarida yoki apparat ichkarisida joylashiladi. Bu ichki va tashqi issiqlik
almashinuv kurilmasi reaktorda optimal darajani butun sikl davomida saqlab
turish kerak.
Reaktor aralashtirgichlarning issiqlik almashinuv qurilmalarining turlari
- rasmda kursatilgan.
25
Reaktorlarni tashqaridan sovutish va (isitish) ko‗p hollarda rubashkalar
orqali olib borilib, bu issiqlik biotexnologiya almashinuvida eng ko‗p
qo‗llaniladigan usullaridan biri hisoblanadi. Issiqlik almashinish qurilmasining
asosiy ustunligi, apparatning konstruktiv elementlarni ichki xajmini ozod
etadi, bu xam reaktorni ishlashi osonlashtiradi va uning ishchi xajmini
germetizatsiyasini oddiy va kafolatli ta‘minlaydi. YAngi tipdagi tashqi issiqlik
almashinuv jarayonini qurilmalarining germetizatsiyalari kafolatli intensivlashda
seksiyalangan rubashkalar ishlatilib, ular spiralli to‗siqlar yoki oddiy spiralli
to‗siq qo‗yiladi, va shu bilan birga issiqlik uzatuvchini tengensial kiritiladi. Bu
xam issiqlik almashinuvi tezligini oshirib va bir vaqtning o‗zida uni
boshqarishni sharoitini yaxshilaydi. Tashqarida joylashgan issiqlik almashinuv
qurilmalari o‗rnatish apparat katta-kichikligiga qarab chegaralanadi. Reaksion
xajmini 1 m3 oshirganda ularni amaliyotda qo‗llash maqsadga muvofiq bo‗lmay
qoladi, bunda issiqlik almashinuv yuzasi kamayadi, metallarning sarfi ko‗payadi.
Reaktordagi ichki issiqlik almashinuv qurilmalar sifatida zmeeviklar
qo‗llaniladi.
5m3
hajmli apparatlarda bitta zmeevik ishlatiladi, uning o‗rtasida
joylashtiriladi. Katta hajmdagi apparatlarda bir necha zmeeviklar joylashtiriladi.
Ichki issiqlik almashinuv kurilmalarining biri bu vertikal trubkali chegaralangan
turi bo‗lib, ular appartning devoriga yaqin radial joylashtiriladi. Bu tipdagi
kurilmalar zmeevik turiga qaraganda juda ko‗p svarkalangan birikmalardan
iborat bo‗lib, va shuning uchun ko‗p kuch sarflanadi, ularni tayyorlash murakkab,
shuning bilan birga ekspluatatsiya qilinayotganda ishonchli emas. SHuning uchun,
ular zmeeviklarga qaraganda kam ishlatiladi.
Ichki issiqlik almashinuv qurilmalarining konstruksiyasi ularni qurish,
tozalash va biokimyoviy reaktorlarni sterilizatsiya qilish oson bo‗lishi kerak,
xamda aralashtirilayotganda vibratsiyani oldini olish uchun uni reaktor
korpusiga mahkam mahkamlash kerak. SHuning bilan birga reaktor ichida
issiqlik almashinuv qurilmalarini joylashtirish, aralashtirishni issiqlik
almashinishini reaksion muhitda yomonlashtiradi..
26
Ma’ruza 6.
Mikrobiologik sintez jarayonlarida asseptik sharoitlarni ta’minlashning
umumiy prinsiplari - 2 soat. 1.2. 4.
Reja:
1. Mikrobiologik sintezda asseptika.
2. Apparat va truboprovodlarni sterillash va germetizatsiyalash usullari.
3. Mikroorganizmlarni yashash chidamligini yuqori darajaning ta‘siri.
4. Suyuqliklarni issiqlik yordamida sterillash.
Mazmuni: Asseptikaning umumiy qoidalari, jihozlarni sterillash usullari, havoni
sterillash moslamalari.
Kulturlash jarayonini tashqi mikroflorasiz olib borishni asseptik usul deb
tushunish mumkin. Ishlab chiqarishni shtamp mikroorganizm–produtsentni
kulturlash paytida muhitni tashqi mikroflorasidan ishonchli himoya qilish
mikrobiologik sintezning texnologiyada asosiysi hisoblanadi. Bu asosan katta
ahamiyatga ega bo‗ladigan muhit bu ham bo‗lsa noziq mikrobiologik sintezda
asseptik sharoitni tashkil qilish. Katta masshtabda ishlaydigan ishlab chiqarish
korxonalarida asseptik sharoitni tashkil qilish juda murakkab muhandislik
ishidir. Umuman olganda ular ikki yo‗l bilan xal kilinadi.
Birinchi yo‗l ishlab chiqarishning texnologik gigienasini ta‘minlash zarur.
Bunga quyidagilar kiradi: Ishlab chiqarish muhitni boshqa mikrofloradan
muhofaza qilish va ishlab chiqarish xonalarida ishlab chiqarilgan
protsutsentlarni tarqalishini oldini olishdir.
Ikkinchi yo‗l bu texnik echim va usullar kompleksini birlashtirib, bu
texnologiyaga aloqasi bo‗lib, alohida texnologik uskunalarni foydalanish (filtrlar,
sterilizatorlar) yoki kultivatorda alohida asseptik sharoitni tashkil qilish,
kontrol-o‗lcham asboblari, apparatlarning bog‗lovchi va truboprovodlarning
ayirboshlash kiradi. Jarayonlarni olib borishning ohirgi maqsadi uskunalarni
sterilizatsiya qilish, tashqi mikrofloradan butunlay qutilish (aerorik havo,
ovqatlanish muhiti, ko‗pik yo‗qotuvchilar va boshqalar) i kultivatorning ichki
qatlamini sterilizatsiyasi.
Kulturlash jarayonini asseptik sharoitda olib borish uchun, apparat va truba
yo‗llarini germetizatsiyallash va sterillash kerak. Aerobik havo, ovqatlanish
muhiti, ko‗pik yo‗qotuvchilar va kultivatorga kiruvchi va boshqa qo‗shimchalar.
1. Apparat va truboprovodlarni sterillash va
germetizatsiyalash usullari.
Apparat va truboprovodlarni eng ko‗p tarqalgan sterillash usullaridan
biri havo bug‗lari bilan to‗ldirilgan issiqlik bilan ishlov berishdir. Bu usul
27
ishlab chiqarishda sharoitida eng mustahkam, iqtisodiy jihatdan samadator va
kimyoviy usullarga qaraganda qulaydir. Ayrim hollarda appartlarni yoki ayrim
qismlari yoki asboblari issiqlik haroratiga chidamasa, unda kimyoviy
sterillash usuli qo‗llaniladi.
Sterillanuvchi apparat va truboprovodlarni suv bug‗lari bilan issiqlik usuli
orqali sterillashda shuni tushunish mumkin apparatning ichki qismida hamma
nuqtalarida ma‘lum vaqt ichida darajani saqlab turilishi kerak. Test-ob‘ekt
uchun, Bacillus stearothermophilus ishlatish mumkin. Bu daraja 115-1200 s da
orasida bo‗ladi. Ishlab chiqarish sharoitida bunday darajani saqlab turish katta
qiyinchiliklar bilan bog‗liq bo‗lib, har-hil to‗liq holidagi bo‗shliqlar, chiqib
turgan joylar atrof-muhitga va issiqlik uzatishning notekisligidir. Eng qiyin
sterillanuvchi joylar bular shtutserlar, KIP datchiklari, truboprovodlarni ajralish
joylari, tupik joylari, ular ajralish va apparatlarga ulangan joylarda hosil
bo‗ladi.
Jihozlarni va kommunikatsiyalarni sterillash etarli hisoblanmaydi. Erishilgan
sterillashni butun bir necha sutka ish siklida saqlab turish kerak. Bunday
talabni bajarish uchun apparat va truboprovodlarni germetizatsiyasini ishonchli
bo‗lishi kerak. Ularni absolyut, germetizatsiyalashni hisoblash kerakmas. SHuning
bilan birga mikrobiologik ishlab chiqarishda jihozlarni germetizatsiya darajasi
ham ilmiy asoslangan emas. Korxonalar ohirgi vaqtga kadar ishlatilayotgan
usullari jihozlarni germetizatsiyasini baholash asoslaridan biri apparatlarda
bosimni tushib ketishi yoki vakuumsizlanishni (monometrovik usul), ko‗pikli
usul sovun suyuqligini ishlatish mumkin. SHuning bilan birga ohirgi usul
bosim 0,35 MP a (3,5 pt s/m3
) ishlatiladi, uni kamchiligi bo‗lib, har mahal ham
hamma ko‗pikchalarlarni topish qiyin.
Ohirgi yillarda amaliyotda mikrobiologik ishlab chiqarish sanoatida
germetizatsiyalashda keng qo‗llanilayotgan usullardan biri galoid nuqta
qidiruvchilar turi GTI-3, GTI-6, VAGTI-4 1,5-0,5g/yil ko‗rsatib beradi. Galoidli
nuqta qidiruvchilar xona 10-4
–10-6
mm3
. MPa/s sezadi. Galoidli moddalarni
apparatlarga kiritish o‗nta kub santimetrda 1 m3 apparat hajmiga qarab
o‗lchanadi.
Apparatlarning germetikligini saqlash uchun eng murakkab joy, bu ham
bo‗lsa o‗qning aralashtirish qurilmasiga kiradigan joyi hisoblanadi. Ohirgi
yillargacha mikrobiologik sanoatda oddiy salniklar ishlatilib, ular
germetizatsiyani kerakligicha ushlab turolmaydilar. Ortiqcha bosimning
bo‗lishiga qaramay, apparat ichiga yog‗ning to‗qilishi oldini olib bo‗lmaydi.
Hozirgi vaqtda valning yon tomonidagi siqilgan konstruksiyadagi
aylanayotgan aralashtirgich o‗qiga termik yog‗li zatvorli, ular mustahkam
germetizatsiya hosil qilib va mikrobiologiyaning noziq texnologiyasining
talablariga to‗g‗ri keladi.
Germetizatsiyalashni yuqori talablarini qo‗yishda kultivator ayrim
konstruksiyalarni moslash, ko‗rish oynasi, flanetslar va boshqalar ishlab
chiqishda hisobga olish kerak. Eng murakkab joylar germetizatsiya uchun
zapor armaturalar bo‗lib, ular apparatlar truboprovodlarda juda ko‗p ishlatiladi.
28
Oddiy salnikli armatura eksplutatsiya paytida juda ko‗p ish talab qiladi, va
hamma mahal ham germetizatsiyani hosil qilmaydi.
Asseptik muhitni silfonli armatura ishlatilganda engil hosil qilish mumkin
(rasm 6.2)
Noziq mikrobiologik sintez korxonalarida difragmali armaturani ishlatish
mumkin. (Rasm 6.3).
SHunday qilib, asosiy kulturlash bosqichida asosiy jihozlarni
germetizatsiyalashni asseptik sharoitni saqlab qolish uchun apparat ichiga
tashqaridan tushadigan mikroflorani yo‗qotish va va kulturlash jarayonida
material oqimlari orqali kiradigan (oziqlanish muhiti, har hil qo‗shimchalar,
ko‗pik yo‗qotuvchilar, aerobik havo) muammo hal qilinganda hosil bo‗ladi.
2. Mikroorganizmlarni yashash chidamligini yuqori
haroratning ta‘siri.
Mikroorganizmlarni issiqlik ta‘siriga chidashi boshqa tirik organizmlarga
qaraganda ancha yuqori. Tashqi mikrofloralar ichida shunday
mikrorganizmlar borki, ular 1210S 20-30 minut daqiqadagi sterillash
jarayonini ko‗taradi. Sterilizatsiya paytida asosiy ahamiyatlisi ikki faktordir
hisoblanib, bular - harorat va uning uzoq ta‘sir qilishi. Harorat yuqori bo‗lsa,
mikrorganizmlarni nobud bo‗lish vaqt uchun shuncha kam bo‗ladi.
Ma‘lum haroratda mikroblarni yo‗qotish uchun ta‘sirning uzoqligiga nobud
bo‗lish vaqti deb ataladi (tc). Nobud bo‗lish vaqti bilan haroratning bog‗liqligi (6.4
rasmda) keltirilgan.
Vaqt (tc) haroratdan tashqari muhitning kimyoviy va fizik xossalardan,
ifloslantiruvchi mikroorganizmlarning turi, idishlarni konstruksiyasiga, isitish
yo‗liga bog‗liq bo‗ladi.
Rasm 6.5 ifodalangan egri, to‗g‗ri qilib ko‗rsatish mumkin.
Lgtc=a-vt. (6.1).
Bu grafik katta amaliy ahamiyatga ega, u yordamida nobud bo‗lish vaqtni
har-hil haroratda hisoblash mumkin.
a va v koeffitsient mikroorganizmlarning fizik-kimyoviy xossalari
bog‗liq bo‗ladi.
Labarotoriya sharoitidagi mikroorganizmlarning termik chidamligini
o‗rganishda olingan ma‘lumotlar grafik holida keltiriladi.
(Rasm 64va 6,5) yoki tenglama ko‗rinishda ifodalangan (6.1).
tc qanchi kam bo‗lsa, sterilazatsiya shuncha tez ketadi. SHuning uchun L/tc
birligini sterilazatsiya tezligi deb kurish mumkin.
Sterilazatsiya tezligining o‗zgarishini Z birligi bilan ifodalaniladi va
sterilazatsiya tezligini 10 marta oshirish uchun ketgan sterilazatsiya haroratini
o‗zgarishi bo‗ladi.
6,1rasmda kursatilgan tenglamaga tc ni t1 va 10tc qo‗yilganda t2 haroratdan:
t1- t2= L/v= Z. (6.2).
29
Ko‗p mikroorganizmlar uchun Z 5-14°S (o‗rtacha 10°S) turadi. Ayrim
hollarda mikroorganizmlarni issiqlikga chidamligini xarakteristikalash uchun tc
standart darajada 121°S-τ121 birligi ishlatiladi. Unda 6,1 °S τ0 hisoblash uchun
quyidagi tenglama kelib chiqadi.
Lgtc/ t121=(121- t/Z(6.3).
Ishlab chiqarish sharoitda sterillanishda ayrim hollarda sterillashni olib
borishda sterillanmagan hollar uchraydi.
Unda muxandis-texnologlarning qiziqtiradigan narsa mikroorganizmlarni
issiqlik ta‘sirida ulash tezligi o‗zgarishi bog‗liqligidir. Juda ko‗p tadqiqotchilar
shuni ko‗rsatadiki, vegetativ va sporali mikroorganizmlarining formalarini
buzilishi mikroorganizmlarning nobud bo‗lmay qolgan o‗rniga to‗g‗ri
proporsional bo‗ladi:
dx/dt=-Kt·X. (6.4).
Unda X-mikroorganizmlar konsentratsiyasi; t-vaqt, Kt-
mikroorganizmlarning termik holati.
6.4 tenglama kimyoviy reaksiyalarning birinchi bosqichiga o‗xshaydi. Bu
tenglamani echish uchun X=Xn ,t=O unda shunday ko‗rinish oladi.
Ln X= LnXc -Kt t (6.5)
YOki
X=XcC-Kt t
(6.6)
6.5 grafik tenglama 6.6 rasmda keltirilgan, unda shu ko‗rinib turibdiki
LnX=f(t) chizikli bo‗ladi. Mikroorganizmlarning issiqlik ta‘siriga chidamligi
to‗g‗ri chiziqning maydoniga joylashishi LnX=f(t). Mikroorganizmlarning
logarifmik halat bo‗lishi qonuniga asoslanib, amaliyot uchun ikkita kerakli
holat kelib chiqadi.
-teoretik jihatidan absomet sterillashga erishish mumkin, kandaydir bosqichli
ishonchili.
-mikroorganizmlarni yashashi uchun sharoit boshlang‗ich ifloslanishga Xo
bog‗liq, shuning uchun sterilizatsiya paytida ifloslanish miqdori kamaytirish
kerak.
Mikroorganizmlarning issiqlik ta‘sirida nobu bo‗lish mexanizmi hali ohiriga
ochilmagan. Tadqiqotchilar logarifmik bog‗liqni har hil tushuntirishadi, bunda
eksperimentiv ma‘lumotlarni issiqlik sterillash olinganda kuzatiladi. Eng ko‗p
tarqalgan, keyingi gepotezalardir:
1. Mikroorganizmlarning haloqati bitta molekulani kimyoviy aktivsizlanish
hisobiga kechadi. Bu hol molekulalarni issiqlik ta‘sirida, kislord ko‗p paytida
okislanishda yoki gidrolizda;
2. Mikroorganizmlarning haloqati ma‘lum bir jarayon hisoblanadi, ularning
kechishi shu paytga qadar bo‗lgan muhitga bog‗liq bo‗ladi.
3. Mikroorganizmlarning bir qismini xaloqatini tushuntirish radiaktiv xaloqat
faktoriga bog‗liq bo‗ladi. Bu zarrachalar mo‗ljalga olingan bilan tuqnashib nobud
bo‗ladi. Bunday zarrachalardan misol uchun: issiqlik energiyasidan uyg‗ongan suv
molekulasi bo‗lishi mumkin.
30
4. Mikroorganizmlarning xaloqati kletkalarning issiqlikka chidamligi har
hilligidadir. Mikroorganizmlarning issiqlikka chidamligining bulinishi normal
harakterga ega.
3. Apparatlarni issiqlik yordamida ishlab chiqish.
Apparatlarni ichki qismini issiqlik yordamida ishlab chiqish jarayonida devor
atrofida suv bug‗ining kondensatsiyalanada. Bunda bug‗-gaz aralashmasidan
havo ajralib chiqib, va u kondensat plankasi ustida yig‗ilib, bug‗ni himoya qiladi.
Uning ovibatini eksperimentlarga ko‗rsatishiga parda 0,5 havoning bo‗lishi,
ya‘ni bug‗ning apparat devoriga issiqlik koefitsienti 40 , havo
konsentratsiyaning 1 bo‗lishi ikki barobarga oshiriladi. Hosil bo‗lgan havo
tusig‗idan bug‗ molekulalari o‗tishi diffuziya orqali kechadi. Bug‗-havo
aralashmasining parametrlarining o‗zgarish harakteri (bosim, harorat) apparat
devori oldida quyidagicha ifodalanadi:
Rob= Rp+Rv
Unda – Rob-umumiy bosim ; Rp-parsial bosim, bug‗; Rv-parsial bosim, havo
termodinamikadan ma‘lum. Rp= Rob·Sp, unda Sp-aralashmadagi bug‗ning
hajmdali konsenratsiyasi, birlikda.
SHunday qilib bug‗ning umumiy hajm konsentratsiyasi qancha kichik
bo‗lsa, parsial bosim shunga kichik bo‗ladi. Devor yaqinida bug‗ning
kondensiyalanishida, bug‗-havo aralashmasida uning konsentratsiyasi eng kichik
bo‗ladi. SHuning uchun bug‗ning devor oldidagi parsial bosim eng kichik,
oqimning yadrosiga yaqinlashgan sari u tez oshadi. Uning teskarisi parsiali havo
bosimi bu erda eng katta bo‗ladi. SHunday qilib, devor yonida havoning
konsentratsiyasi eng yuqori bo‗ladi. (rasm 6, 9).
PB, Pn, tn – Pb - havoning parsial bosimi, kondensat oldidagi plenkaning
parsial bosimi va harorati, tst – apparat devori oldidagi harorati.
Bu-havo aralashmasining harorati har mahal toza bug‗ning harorati va
bosimi parsial bosimiga teng bo‗ladi. SHunday qilib, umumiy bosim, 0,21 M
Pa va havo aralashmasining hajm konsentratsiyasi CB=0, harorat 134ºS ga
teng, o‗sha bosimda va C6=0,9 -harorat esa 70ºS. Pn < P ob bo‗lsa daraja
bosimi tn –t st kichik bo‗ladi. Toza bug‗ni ishlatilganga qaraganda.
SHunday qilib, kerakli sterilizatsiya darajasini etishtirish uchun apparatda
paydo bo‗ladigan haroratli va konsentratsion maydon hosil bo‗lishiga
bog‗liq. Bu maydonlarni teoretik hisoblashni G.P.Piterskix taklif qilgan.
Asosiy hisoblash tenglamasi quyidagicha:
PvL CaL ´ Q1+Q2
____ = ________ = e ________L
PvO Cδ G0D0F0
Unda: PBl - havoning parsial bosimi, shtutserning yopiq tomonida X=1,
MPa: PBO - havoning parsial bosimi, shtutserning poydevorida (apparatda)
31
MPa: Cal - shtutserning yopiq tomonida havoning hajm konsentratsiyasi x=l,
birlik: CBO – shtutserning poydevorida havoning hajm konsentratsiyasi
(apparatda), birlik: X-shtutserning ostidan va uning poydevorigacha masofa,
m: Ql - shtutserning yon maydonidagi issiqlik yo‗qotilishi, Bi: Ql =gPE: q-
maydon birligini devor ustidagi issiqlik oqimi, Vt/m2: P-shtutser ko‗ndalang
kesimining perimetri, m : G0-bug‗ hajmining birligiga issiqlik kondensatsiyasi,
Dj/m3. D0-diffuziya koeffitsienti molekulyar va konvektiv uzatish hisobga
oladi, sm2/s: Q
2- yopiq shtutser orqali issiqlik sarfi: Bt.
YUqorida keltirilgan tenglamadan shu narsa ko‗rinib turibdiki, shtutser
oldida havoning konsentratsiyasi oshadi, apparat hajmida havoning tarkibiga
qarab to‗g‗ri proporsionaldir.
G.P.Piterskix tomonidan ikki turdagi shtutserlar uchun d=25mm,
h=100mm va d=50 mm, h=125mm, ko‗rsatdiki, kultivator shtutserlar ustida
daraja 113ºS (Pob=0,3 MPa, apparatdagi harorat 133ºS), CBO=0,7 10 -4%
shtutser diametrlari uchun 25 mm olish mumkin va 0,4% 50 mm shtutser
diametrlari uchun.
Apparatlarda havo konsentratsiyasini amaliy eritiladigani 0,1% shunday
qilib, devor harorati kichik shtutserlar 25 mm bo‗lganda 113ºS ancha kam
bo‗ladi.
G.P.Piterskixning teoretik bog‗liqligidan shunday asosiy yakuni
apparatlarni bug‗lar bilan to‗ldirilganda issiqlik jarayon sterilizatsiyasi
shuncha to‗g‗ri keladi:
- Apparatlarni issiqlik bilan ishlab chiqishda asseptik sharoitini tanlash
uchun uning samaradorligini oshirish uchun quyidagilar kerak: Bug‗-havo
aralashmasida apparatdagi havoni mumkin qadar kamaytirish bunda ishlab
chiqarish oldidan apparatdagi havoni bug‗ yoki vakumda mumkin kadar
havoni yo‗qotish:
- Keyin sterilizatsiya qilinadigan joylarda (shtutser, armatura) joylarida
issiqlik yo‗qotilishini maksimal kamaytirish. Uning uchun u joylar issiqlik
izolyasiyasi yordamida berkitish kerak.
- Iloji boricha shtutser diametrlarini kattalashtirib va uning chiqib
turishini kamaytirish, apparatda tor va uzun teshiklarga yo‗l kuymaslik.
- Iloji boricha shtutser devorlarini yo‗g‗onlashtirib, issiqlik oqimini
devorlari orqali ko‗paytirib:
- Issiqlik bilan ishlab chiqish uchun ichki maydonlarni ifloslanishidan
saqlash kerak: chunki ular devor yonida haroratni kamaytirish mumkin:
Bunday takliflarni bajarish amaliy jihatdan kul keladi.
SUYUQLIKLARNI ISSIQLIK YORDAMIDA STERILLASH.
Kulturlash bosqichida suyuq oziqlantirivchi muhitdan tashqari uzlukli
yoki uzluksiz kultivatorga suyuq ko‗pik o‗chiruvchilar va oziqlantirish uchun
har hil eritmalar (tuzlar, glyukoza) yoki rNni korrektirovkalash uchun
(ammiak suvi) yuboriladi. Mikroorganizmlarning suyuqlik muhitidagi tarkibini
32
(bakterial ifloslanish boshlang‗ich ko‗rsatkichi (104 – 10
6 kletka/ml) etadi, ular
mexanik yoki har hil usullar bilan yo‗qotish mumkin. Mikroorganizmlarni
mexanik yo‗l bilan yo‗qotish filtrlash va sentrifugalash uni yo‗qotish uchun
dezinfektantlar, gamma va ultrabinafsha nurlar bilan nurlash, hamda issiqlik
bilan ishlab chiqishdir. Har hil sabablarga ko‗ra mikrobiologik ishlab
chiqarishda isssiqlik sterilizatsiyasida suv bug‗i ishlatiladi. Elektr bilan isitish
kam ishlatiladi va eng ayrim termolabil muhit uchun sterillash filtratsiyasi
qo‗llaniladi.
SUYUQLIKLARNI ISSIQLIK BILAN STERILLASH USULLARI.
Issiqlik yordamida suyuq oziqlantiruvchi muhitni sterillash siklik yoki
uzluksiz usullar olib boriladi. Siklik yo‗l bilan olib borishda kultivatorni
issiqlik bilan ishlov berishadi yoki alohida o‗rnatilgan hajmdan aylanish
mumkin. Siklik usulda bir mahalda muhitning hamma hajmi isitiladi.
SHundan keyin muhit ma‘lum vaqtgacha ushlab turiladi undan keyin
kulturlash haroratiga kadar sovitiladi. Haroratning o‗zgarishi harakteri vaqtga
bog‗liq va bunda jarayonlarda sovitish va isitish usullariga bog‗liq bo‗ladi.
SHuning bilan birga siklik sterillash paytida muhit uzoq vaqt ichida,
boshlang‗ich (ohirgi) va issiqlik sterillash darajasi o‗rtasida bo‗ladi. SHuning
uchun ayrim sterillash isitish va sovo‗tishda bo‗lib utadi. Siklik usullarda
ayrim muhitni isib ketishi mumkin, shuning uchun uni ushlab turish va
masshtablash qiyin. Mana shularning hammasi siklik usulni
avtomatlashtirishni qiyinlashtiradi. SHuning uchun xozirgi vaqtda uzlukli
issiqlik sterillash kichik hajmda (100-200l) olib boriladi.
Ishlab chiqarishda uzluksiz usul qo‗llaniladi. Uzluksiz sterillashda isitish
va sovo‗tish vaqtini kamaytirib sterilizatsiya haroratini siklik usulga nisbatan
oshiriladi. Uzluksiz sterilizatsiyada harorat o‗zgarish harakteri 6-11 rasmda
keltirilgan. Uzluksiz issiqlik bilan ishlov berish jarayoni sterilizatsiyani
ma‘lum rejimda (harorat va ushlab turish vaqti) juda aniq va issiqlikni
ushlab qoladi.
SHuning uchun uzluksiz usul mustahkam va iqtisodiy jihatdan uzlukli
usulga qaraganda tejamli. Uzluksiz sterillash usulining kerakli tomoni ishlab
chiqilayotgan muhitga sifatiga ta‘sir qilishidadir.
APPARATIK MOSLAMALAR.
Uzluksiz suyuqliklarni issiqlik bilan sterillashning prinsipial sxemasi 6-15
rasmda kursatilgan.
33
Ma’ruza 7
HAVONI TOZALASH USULLARI VA MOSLAMALARI. 2 soat 5.6
Reja:
1. Korxonalarda havoning ishlatilishi.
2. Havoni sterilazatsiya qilish va uni nozik tozalash usullari.
3. Havoni filtrlashda bo‗lakchalarni cho‗ktirish mexanizmi.
Mazmuni: Asseptikaning umumiy qoidalari jihozlarni sterillash usullari,
havoni sterillash moslamalari.
Atmosfera havosi har mahal uzun eng mayda qattiq yoki suyuq bo‗lakchalarni
bo‗lib, ularda har hil mikroorganizmlarni olib yuradi. Bu bo‗lakchalarning bo‗yi
mikronda va o‗ndan biridan bir necha o‗n mikrongacha, har hil fraksiyalarning
bir-biriga nisbati mahalliy sharoitga bog‗liq. Atmosfera havosi har mahal ham
polidispers aerozollardan tashkil topgan bo‗ladi.
Mikrobiologik korxonalar joylashgan tumanlarda atmosfera havosida har
hil bo‗lakchalarning umumiy konsentratsiyasi 108-10
10 bo‗lakcha/m
3 tashkil
qiladi. SHaharlarda havodagi mikroorganizmlarning o‗rtacha konsetratsiyasi 103-
104 bo‗lakcha/m
3 .
Antibiotik ishlab chiqaradigan mikrobiologik sintez korxonalari
ko‗kalamlashtirilgan tumanlarda joylashtirilib, havodagi mikroorganizmlarning
miqdori 1000-3000 bo‗lakcha/m3 bo‗lishi kerak. Mahaliy sharoitlarga qarab havo
mikroflorasining spektrlari o‗zgarib turadi. Ammo har mahal havoda ko‗pincha
mikroorganizmlar bularga qarshi kurashish kerak va quyosh radiatsiyasiga
chidamlilari saqlanib qoladi. Havoda eng ko‗p uchraydigan
mikroorganizmlarning buyi 0,5 dan 25 mkm gacha uchraydi.
Havoda har mahal virusli va fagonli bo‗lakchalar bo‗lib, ularning buyi eng
kichik, ular ozod holda emas, erning eng kichik bo‗lakchalarida, kul, qora kuya
va o‗simlik changlarida bo‗ladi. SHuning uchun havoni tozalash usullari va
atmosfera havosi sterilizatsiyasini tanlaganda, kerakli qurilma va jihozlarni
hisoblaganda mikroorganizmlarning o‗rtacha bo‗linishini etiborga olinishi kerak.
Atmosfera havosida mikrorganizmlarning konsentratsiyasini 2000 bo‗lakcha/m3
olinadi. Ayrim mualliflarning hisoblashiga havoni filtr oldidan kompresordan
keyin oldindan ko‗pol tozalanganda bu konseptratsiya 70 dan 150 (o‗rtacha
100) kmtka/m3
. Bunday konsentratsiya usullari tanlashda va qurilma
jihozlarni tuzishda, i aerobik havoni tozalashda qabul qilinadi.
Mikrobiologik sanoatda havoni nozik tozalash, sterilizatsiya qilish aeratsiyani
tashkil qilish uchun emas, yoki boshqa paytlarda, misol uchun, texnologik
jihozlardan, ishlab chiqarish xonalaridan, laboratoriya xonalari sterilazatsiyalash
bokslarni va ishlab chiqarish xonalarini havoni tashqariga chiqarish yo‗lidan
foydalaniladi, hamda ularda texnologik jarayonlarni asseptik sharoitda yuqori
tozalikda ushlab turish uchun qo‗llaniladi.
34
Havoni sterilizatsiya qilish va uni nozik tozalash usullari.
Kulturlash paytida aerobik havo uchun asosiy talab bu sterillangan, ya‘ni
bunda mikrofloralarni to‗liq bo‗lmasligi kerak.
Amaliyotda, ayniqsa ishlab chiqarish sharoitida absolyut sterillashni paydo
qilish mumkin emas. Mikroflorani bittasini yo‗lda qo‗yib bo‗ladigan
mikrorganizmlar ko‗p emas va 10-3-
10-6
tashkil qilib, kultivator siklga bitta
mikrorganizmlarni o‗tishi 10-3-
10-6
teng bo‗ladi. Havoni tozalash sistemasi
shuning samaradorligi yoki uning ayrim elementlarining o‗tish koeffitsienti
bilan baxolanadi.
Kp =X 100,
X0
Unda Kp-o‗tish koefitsenti, %, havoda mikroorganizmlarning konsentratsiyasi
tozalangandan keyin, xujayra/m3 , X0-tozalashdan oldin havodagi
mikororganizmlarni konsentratsiyasi, kletok, m3
. Kultivatorda ishlashida,
mikrobiologik sintezda ancha yaqin hisoblar shuni ko‗rsatadiki, tashqi
mikroflorani kirib kelishi uchun o‗tish koeffitsenti 10-8
-10-11
%ga teng bo‗ladi.
Asosiy talablardan tashqari - sterilizatsiya ishonchli bo‗lishi uchun,
sterilizatsiya usullari tanlash va aerobik havoni sterillash sterilizatsiya usullari
tanlash va qurilmani konstruksiyalash uchun keyingi talablarni hisobga olinadi:
Iqtisodiy, sterilizatsiyani kontrol qilish, ekspluatatsiya qilishning osonligi.
Havoni sterilizatsiya qilish uchun havodagi bo‗lakchalarni yo‗qotish, gaz
bilan tozalash usullari (mexanik yoki elektr), yoki mikroorganizmlarni havoni
tozalamasdan turib yo‗qotish.
Gaz bilan tozalash usullarining ko‗pi markazdan qochma kuch yordamiga
asoslangan bo‗lib, bular (siklonlar), inersiyali (ajratuvchilar), yuvilish
(skrubberlar, ko‗pik apparatlari) hamda elektrfiltrlar mikrobiologik sintez
texnologiyasida tadbik qilinmadi, chunki ularning iqtisodiy tomondan kam
samaradorligi uchun. Havodagi mikrorganizmlarni yo‗qotish uchun nonizik
nurlar (ultradiometik nur, gamma nurlar), ultra tovush va yuqori harorat
yordamida olib borish mumkin. Bunday usullar xali to‗liq ishlab chiqilmagan
va jihozlari ishlab chiqilmagan.
Ultrabinafsha nurlar sporali bakteriyalar va mikroorganizmlar uchun kam
samarali bo‗lib, ular changning orasida bo‗lishi uchun. SHuning uchun
ultrabinafsha nurlarning keng tarqalish bu laboratoriya xonalarini va bokslarini
toza to‗tish uchun keng qo‗llaniladi.
Gamma nurlar va ultra tovush bilan ta‘sir kiluvchilar jihozlarni ishlab
chiqish va ekspluatatsion harajatlarning kattaligi uchun havoni sterillash
uchun amaliyotda qo‗llanilmaydi.
Havoni issiqlik yordamida sterilizatsiyalash eng samarador usullardan
biridir. Issiqlik manbai bo‗lib, elektr isituvchilar yoki gazli gorelkalar
ishlatiladi. Ishonchli sterillash (10-7
-10-6
% o‗tish koeffitsenti) ko‗rsatilgan bo‗lib,
uni ta‘minlash uchun 0,14 ekspozitsiya va daraja 300 0 s bo‗lishi kerak.
35
SHuningdek yana ham ishonchli pechlar keltirilgan bo‗lib, ular ekspozitsiyani
1-2s, haroratni 3000
S
ta‘minlashi mumkin. Elektr issiqlik yordamida issiqlik
bilan sterilizatsiya qilish yoki gaz gorelkali yordamida ishlatish kam ishlab
chiqarish uchun (10-100m3/soat) unda eng katta ishonchli bo‗lishi uchun. Elektr
bilan ta‘minlash yoki yoqilg‗ining yo‗qligida, issiqlik sterilizatsiya
qurilmalari nozik tozalash filtrlari bilan jihozlanadi.
Adiabatik porshenli kompressorlarda hosil bo‗lgan issiqlikni ishlatish
uchun 0,7-0,8mPa bosim (harorat 2000 s) undan keyin 20
0 S davomida ushlab
turish kerak. SHunda o‗tish koefitsient 0,5-1%ga erishish mumkin. SHuningdek
xozirgi paytda trubokompressorlar ishlatilib, ular havoni ko‗p sarflanganda
iqtisodiy samarador bo‗lib, unday kompressorlarda bosim 0,3-0,35 MPA
(harorat 130-1400S) texnologiyani qanoatlantiradi, lekin issiqlik
sterilizatsiyasini ta‘minlay olmaydi. Issiqlik yordamida sterillanishining
umumiy kamchiliklaridan biri jihozlarning kattaligi, aynika issiqlik
almashinuv gaz-gaz issiqlikni regeneratsiya qilishda ishlatilganda va ularda
issiqlik almashinuv koeffitsenti kattaligini ta‘minlash qiyin ( K=6’35 Vt/(m2
K) va hajmi ushlashlarda kerakli ekspozitsiyani ushlab turish uchun.
Xozirgi paytda eng samarali, talabli va universal usul havoni nozik tozalash
va sterilizatsiyalash (misol uchun, aeratsiya paytida) sochiluvchan qavatdan,
teshikli yoki ipli materiallardan filtratsiya qilishdir. Nozik tozalash filtrlari
o‗tish koeffitsenti 10-4
-10-6
% tashkil qilib va u ishlab chiqarish sharoitini
qanoatlantiradi.
Havoni filtrlashda bo‘lakchalarni cho‘ktirish mexanizmi.
36
Ma’ruza № 8
Mavzu: Havoni tozalash samaradorligni aniklash.
Reja:
1. Havoni sterilizatsiya qilish usullari.
2. Havoni yupqa tozalovchi filtr materiallarning asosiy harakteristikalari.
3. Filtrlash va filtrlash tenglamasi.
Mazmuni: Turli tipdagi filtrlar, filtrlash tenglamasi. YUpqa tozalash
filtrlari va filtr materiallar.
Konstruksiyasi va ularning harakatiga qarab, yupqa tozalash filtrlari va
havoni sterilizatsiya qilish uchun ular 3 ta gruppaga bo‗linadi: (ris 7,6)
- napivnoy yoki glubinnыe;
- kengaytirilgan maydonli (ramkali, skladkali, yacheykali, rukavali va boshqalar);
- setkali, membranali (absolyut nomi bilan)
Mikrobiologik korxonasi texnologiyasida havoni tozalash va sterilizatsiya
uchun bor qo‗llangan filtrlar, kimyoviy texnologiyadan olinib, turi bo‗yicha
nabivnoy, yoki glubinnыy taalluqli edi. Bunday filtrlarda filtrlash materiali
sifatida aktivlangan ko‗mir, har hil granullangan nabivnoy materiallar
ishlatilgan. Xozirgi paytda ko‗pincha nabivnoy filtrlar tolali materiallar soykali,
bazaltali tola, paxta yoki sintetik materiallar bilan to‗ldiriladi.
Nabivnoy filtrlarning bir qator kamchiliklari bor. Katta hajmdagi havoni
o‗tkazish uchun havo tezligini oshirishga to‗g‗ri keladi.
-Bu o‗z navbatida material qatlamida klapanlar hosil bo‗lib, havoni filtr devorlari
o‗tishiga olib keladi.
SHuning uchun bunday yuqoridagi kamchiliklari uchun nabivnoy filtrlarning
samaradorligi yuqori emas. SHuning bilan birga ularga katta qarshiligi va
ekspluatatsiya paytida ko‗p mexnat sarflanadi. Xozirgi paytda nabivnoy filtrlar
birinchi tozalash uchun ishlatilib, havoni oxirigacha tozalash va sterilizatsiyalash
uchun kengaytirilgan maydonli filtrlar ishlatilib, ular tolali filtr materiallar
asosida bo‗ladi.
Eng ko‗p tarqalgan tolali materiallar harakteristikalari pastda kursatilgan:
Havoni yupqa tozalovchi filtr materiallarning asosiy
harakteristikalari.
Material Harakteristikasi
FP-filtrlovchi Marlyali perxlorvinilli tola
FPP-15-1,5,FPP-15-1,7 60-700S issiqlikka chidamli,
gidrouyubli.
FPAN-10-3,0 Poliakrilnitrilli tola, marlyali perxlor
vinil tolasi asosida, 1800S issiqligiga
chidamli.
FPAR15-1,5 Poliakrilnitrilli tola, marlali perxlor,
vinil tolasi asosida 5-7 mkm, 250-2700S
issiqligiga chidamli.
37
Oynali tola STV Tola diametri 2-6 mkm, fenol-
formaldegid bilan bo‗ktirilgan,
1500S issiqligiga chidamli.
Bo‗zli tola Eng ingichka va ultra ingichka, tola
Diametri 0,4- 1mkm.
Bo‗zli kogoz va karton Eng ingichka bo‗zli tola sellyuloza
qo‗shimchasi bilan.
Tola asosida filtrlovchi materiallar katta filtrlash maydoniga ega –100-200
m2/m
3 qarshilikni kamaytirish va filtrlashni samaradorligini oshirish uchun
filtrlash materiallaridan filtratsiya tezligi 1-3 m/s olib boriladi.
Kengaytirilgan maydonli filtrlar juda ko‗p kamchilliklardan holi, glubinli
filtrlarga qaraganda ularning qarshiligi kam bo‗lib, samarali va ekspluatatsiyada
paytida qulay. Ularning ishlash muddati filtrlovchi aerozolda qattiq fazoning
tarkibiga bog‗liq bo‗ladi. Filtrlovchi materiallarning turiga qarab, changning
maksimal to‗planishi 50-100t/m3 oshishi kerak emas. SHuning uchun nozik
tozalash filtrlaridan oldin ko‗pol tozalovchi filtrlar qo‗yish kerak va havoni
changdan 0,1mg\m3
tozalash ko‗rsatilgan.
Eksplutatsiya qilishdan oldin, hamda ma‘lum muddat eksplutatsiya
qilinganda noziq tozalash filtrlarini sterilizatsiyalanadi. Jihozlarni va
truboprovodlarni issiqlik bilan sterilizatsiya qilish uchun suvda to‗yingan bug‗
ishlatiladi, filtrlarni sterilizatsiyallash uchun ham bu usul to‗g‗ri keladi. SHuning
bilan birga hamma noziq tozalovchi materiallarning issiqlikka chidamligi
kamligi tufayli yumushni ko‗taraolmaydi. Ayrim hollarda kimyoviy usullar gazni
dezinfektantlar ishlatiladi. Filtr materiallar asosida ishlovchi tolalar faqat
filtrlarning bo‗ktirilganda yomon ishlashi faqat suvsiz bug‗da emas, har qanday
tomchi namlikning tushishi ham sabab bo‗ladi. Filtrlarni xo‗llanishidan saqlash
uchun havo va berilishdan oldin filtrlarni tomchi namlikdan bug‗ va uni
ishlatish yo‗li bilan yo‗qotish kerak.
Setkali (absolyut) filtrlarning ta‘sir mexanizmi setkali samaradorlikka
asoslangan. Setkali filtrlar membrana yoki teshikli polimerlar (sellyuloza efirlari-
ftoroplastdan) iborat bo‗ladi. Ular (absolyut) deb yuritiladi, chunki filtr teshigidan
katta bosh farqlarni chunki zarrachalarni 100 % ushlab koladi. Poralarning
uzunligi standartlanib ularning poralarining diametri mikrometrlarning o‗ndan
biriga teng bo‗ladi. Setkali filtrlarning katta samaradorligidan tashqari glubinali
tolali diametrlarga qaraganda bir qator afzaliklarga egadirlar. Porali materialli
setkali filtrlarning strukturasi mexanik tomondan qattiq va shuning uchun
kanallar paydo bo‗lishi kuzatilmaydi. Ho‗llanganda va undan quritilganda
ularning samaradorligi kamaymaydi. Ularning kamchiliklari shulardan iborat-
keramika ishlatilganda katta qarshiligi va uncha katta bo‗lmagan chang to‗tish
hajmi (poralarning tez beqilib qolishi uchun). SHuning uchun setkali filtrlarni
eng ohirgi tozalashda ishlatilib, unga oldindan aerozollardan tozalangan
havoni yuborish kerak.
38
Filtrlash va filtrlash tenglamasi.
Kultural suyuqliklardan qattaq fazani ajratib olish jarayoni filtrlash yo‗li
bilan olib borilishi deb shuni tushunish mumkin-qattiq va suyuq fazani porali
to‗siqlardan o‗tkazilib, uni ajratishga aytiladi. Filtrlashning ohirgi maqsadi qattiq
yoki suyuq fazalarni olish (ulardan biri tashlanadiganfaza bo‗ladi), hamda bir
mahalning o‗zida qattiq va suyuq fazalarning olinishidir. Qattiq faza massa
bo‗yinga 10-15% bo‗lsa filtrlash eng samarador bo‗ladi.
Filtrlash gidrodinamik jarayon bo‗lib, ularning tezligi bosimning
ayiraboshlanganligiga to‗g‗ri proporsional, filtrlash to‗siqlarining ikki tomonidan
hosil bo‗lgan bosimga va tekshirilayotgan suyuqlik qarshiligiga va hosil bo‗lgan
cho‗kmaga teskari proporsional bo‗ladi. Filtrlash jarayoning eng katta afzalik
harakteristikalaridan biri bu ham bo‗lsa uni tezligidir, unda filtrat miqdorini
filtrlash maydonining birligi vaqt birligida olinganiga teng.
Filtrlash jarayoniga bir necha faktorlar ta‘sir o‗tkazadi va ularni quyidagi
gruppalarga bo‗lish mumkin:
- Mikrofaktorlar- filtrlash maydoni, bosimning har-hilligi, cho‗kma qatlamining
qalinligi, suyuq fazaning yopishqoqligidir. Bu faktorlar aniqlangan va uchkunalar
orqali tekshirib beriladi.
-Mikrofaktorlar-chukma poralari o‗lchami lagorifmasi va filtrlash to‗siqlari,
zarrachalar maydonidagi elektr qatlamining qalinligi va boshqalar. Bu faktorlar
kam o‗rganilgan va bilvosita usullari bilan harakterlanadi.
SHuning bilan bir mikrofaktorlar filtratsiya jarayoniga hal qiluvchi ta‘sir
o‗tkazadi va uni masshtabini qiyinlashtiradi.
Siqiluvchan holi muhitlarga filtrlash tenglamasining differansial holidagi
ko‗rinishi quyidagi ko‗rinishda bo‗ladi.
Dv/Fdj = ____Δr_____ , (8,3)
h(R0c +R fp)
unda: V-filtrlash hajmi, m3; F-filtrlash vaqti, S; Δr-bosimning har-hiligi, N/m
2; h-
kovushkoklik, Pp.s; Rfn- cho‗kmaning karshiligi,m-1
; Ron-filtrlash to‗siqlarining
karshiligi,m-1
.
Dv/FDR , birligi filtrlashning o‗zgaruvchan tezligi, m\s cho‗kmaning qarshiligi
quyidagi ko‗paytuvchidan iborat.
Ros = Go m0 V/F, (8,4)
Unda: Go mo V/F, (8,4)
Unda: Go-chukma katlamining karshiligi, 1kg maydonda 1 m 2 m/kg ;mo –-
cho‗kma massami , 1m2 suspenziyadan ajratilganda, kg\m
2
Ros birinchini (8.3) tenglamasiga qo‗yib, filtrlash uchun asosiy differensial
tenglamani olamiz.
Dv\ Fdt = ______ Δ r_____
H(To.mo.V) +F f p F
39
MA’RUZA № 9.
MAVZU: HAVONI FILTRLASH SAMARADORLIGINI HISOBLASH
USULLARI.
Reja:
1. CHo‘ktirish, filtrlash jarayonlari.
2. Aerozollarni filtrlash.
MAZMUNI: FILTRLASH SAMARADORLIGINI HISOBLASH USULLARI,
FILTRLASHNING ISH UNUMDORLIGI.
CHo‗ktirishning eng oddiy matematik modeli aerozol zarrachalirining
filratsiya paytida eksponensial qaramlik bo‗ladi yoki aerozollarni filtrlashning
asosiy qonunida aytiladi. Unda har kanday filtrning elementar qatlami
kelayotgan zarrachalarning u yoki bu qismini ushlab qoladi. Differensial
formada bu qaramlik quyidagi ko‗rinishda bo‗ladi.
dx/dH=-VfX, (75).
Unda X - zarrachalar konsentratsiyasi, 1m2 , N-filtr chuqurligi, m, Vf –
filtrlash konsentratsiyasi m -1
.
Almashinuvchilarni ajratilganda va ularni integratsiyalashda X0 do X va 0
dan N gacha unda olamiz;
ln X0/X=VfH
(75) va (76) yarimenergik qarashlik asosiy yo‗l qo‗yib bo‗lishi
mumkin bo‗lganda keyingilarni olish mumkin;
- filtrlanuvchi aerozol monodieners bo‗lishi kerak;
- cho‗ktirilgan zarrachalar mahkam ushlanishi kerak;
Aerozollarning konsentratsiyasi filtrning bitta nuqtasida va o‗sha
chuqurligida hama nuqtalarida bir hil. Filtrlash konstansiyasi Vf – ularning
bo‗ylari va zichligiga tola diametri va zichligiga uning joylanishiga qarab
havoning tezligi va boshqa sabablar qaram bo‗lib, filtrlash jarayoniga ta‘sir
qiladi (namlik va daraja). Ayrim hollarda filtrlash konstansiyasi Vf – ni
filtrlash qatlamining qalinligi N-90 bilan ifodalash mumkin, unda 90%
zarrachalarning boshlang‗ich tarkibida X0 ushlash uchun
ln X0/0,1X0=VfH90
undan
Vf = 2,3/N 90
Filtratsiya koeffitsienti Vf eksperemental yo‗l bilan aniqlanib, va u
kerakli filtrlash koeffitsienti berilgan va chuqurlikni hisoblash uchun
ishlatiladi.
Materiallarni filtrlash hossalarini eksperemental baholash uchun 7,6
formuladan foydalanib, u boshqa ko‗rinishda bo‗ladi.
Kn=10
40
unda, K – o‗tish (proskok) koeffitsient birlikning bir qismi; filtrlash ta‘sir
koeffitsienti, MPa; n -standart qarshilik (havo oqimining 0,01m/s tezligidagi
qarshiligi).
Filtrlashning ta‘sir koeffitsienti α ning ta‘siri qancha katta bo‗lsa,
filtrlovchi materialning yoki filtrning yaroqligi shuncha yaxshi bo‗ladi.
Aerozollarni filtrlashning asosiy qonuni (76) yoki (79) tenglamalari
filtrning kerakli chuqurligidagi koeffitsienti o‗tish(proskok)i oldindan berilgan
bo‗lib koeffitsient o‗tishini filtrning oldindan berilgan chuqurligi hisobidan
foydalaniladi. Unda filtrlash konstansiyasi eksperemental yo‗l bilan
aniqlanmaydi. SHuning bilan aerozollarni filtrlash asosiy qonuning tadbiq
qilish chegaralangan, chunki unda yo‗l quyilgan cheklanishlarning
haqiqatligidir. Polidispers aerozollarni filtrlashda ancha katta zarrachalar
filtrning oldingi qatlamida ushlanib va filtrlash konstansiyasi Vf – qatlamning
qalinligi koeffitsientiga teng. Aerozollarning katta bo‗lmagan boshlang‗ich
konsentratsiyasi va filtrning eng ohirgi katlamida o‗tish(proskok)
koeffitsientning kichikligi uchun zarrachalarning ayrimlari kelib tushadi bu
uning birdan yo‗l qo‗yilgan cheklanishlarni hamma qatlamlarning
konsentratsiyasini bir hilligini ma‘nosiz qiladi. Mikrobiologik ishlab chiqarish
texnologiyasida filtrlash yo‗li bilan havoni tozalash va sterilizatsiyalashda
shunday holat harakterlidir.
Aerozol zarrachalarini cho‗ktirish jarayoning matematik yozilishi va
teoritik usullarini ishlab chiqish aerozollarni filtrlash samaradorligini baholash
ayrim qiyinchiliklar bilan bog‗liqdir va ular hozirgi paytda to‗liq xal
qilinmagan. Ularning eng muhimlari shular: filtrlovchi material ichida tezlik
maydonining noaniqligi bir nechta cho‗ktirish mexanizmlarining bir vaqtdagi
ta‘sirini hisobga olish; juda ko‗p filtr materiallar murakkab strukturali
polikomponent sistemalar bo‗ladi. Ularni bitta ko‗rsatkich bilan harakterlash
mumkin emas, misol uchun tolaning o‗rtacha diametri bilan.
SHuning uchun oddiylashtirilgan matolarni kabul qilish kerakli bo‗ladi.
O‗tish (proskok) koeffitsient teoretik hisoblashda eng ko‗p tarqalgan
usullaridan biri zarrachalarni ayrim tollarning izolyasiyasi hama filtr
materiallariga hamma massasini qayta hisoblaganda ushlanib qolishning
samaradorligini aniqlashga asoslangan dastlabki kelib chiquvchi fizik modeli
bir qator yo‗l qo‗yilgan cheklanmalarni saqlaydi; tola silindr shakliga ega
bo‗lib, havo oqimiga perpendikulyar joylashgan, havo oqimi laminar, aerozol
zarrachalar sferik formaga ega. Tolaning diametri eng kerakli modelning
parametrlari hisoblanadi.
Filtrlash materialida tolalarning haqiqatdan ham pastlashishi oldindan
olingan modelga to‗g‗ri kelmaydi va hisoblashda tola diametrining d0 ni
o‗rtacha samaradorlik ishlatiladi va u Gen tomondan taklif etilgan formula
bilan aniqlaniladi.
αρν2*dv
Δρ= C_____________
μd2
41
unda; ρ – bosimning pasayishi, MPa; s – energik koeffitsient, α – upakovka
zichligi (tolaning hajm birligining bir qismi) qism birlikda; ρ – havo
zichligi, kg/m3; V – havo oqimining tezligi, m/s, dB – tola diametri, m ; dE –
tolaning o‗rtacha samaradorlik diametri, m.
dE ni bilib turib, bitta tolada filtr materialda hajm birligi α – hα da
cho‗ktirish samaradorligini hisoblab chiqish mumkin va u logarifmning
tengla masining o‗tish(proskok) koeffitsienti bilan bog‗liqdir.
4 dli
Ln X0/X=----- hα ----------- , (7, 11)
H (1-2)d0
unda; X0 – filtr oldidagi zarrrachalarning konsentratsiyasi 1m3 X –
zarrachalarning filtrdan keyingi konsentratsiyasi 1 m3; M – filtr chuqurligi,
m.
Ayrim tolada cho‗ktirish samaradorligini filtrlovchi materialda tolaning hajm
birli α ayrim izolyasiya kilingan tola H0 cho‗ktirish samaradorligi bilan
aniklanadi va u hamma cho‗ktirish koeffitsient yigindisi va cho‗ktirish
mexanizmining har biriga teng xolda kursatish mumkin.
h0=hn+h3+hg+hc+he
unda hn, h3, hg, hc - ular enersiya hisobiga cho‗ktirish koeffitsienti ushlab
qoluvchi diffuziya gravitatsion va elektrostatik kuch.
CHo‗ktirish koeffitsienti hn va h3 lar zarrachalarning diametri va tola
diametrining nisbati hg - kreteriy diffuziya koeffitsienti va tola diametri; hc
- gravitatsion cho‗ktirish havo oqimining tezligining nisbati va he - tola
uzunlik birligi va zarracha zaryadlarining nisbati kriteriya funksiyasi bilan
aniqlanadi.
Ayrim tolalarning haqiqiy umumiy samaradorligi yuqori bo‗ladi ayrim
umumiy samaradorlikdan shuning bilan birga barcha material qalinligida
qo‗shni tolalarning ta‘siri cho‗ktirish samaradorligini oshirishga olib keladi.
SHuning uchun o‗tish(proskok) koeffitsientni hisoblash filtr materialda
tolaning hajmi borligi α haqiqiy samaradorligini topish uchun emperik
formuladan aniqlanadi.
hα=hα (l+4,5α),
Tenglama (7,13) α 0,1 da va d4>1 mkm haqiqiy bakterial aerozol. Umumiy
olganda ayrim tolada materialda bo‗lganda cho‗ktirish samaradorligini
oshirish uchun havo oqimining tezligiga bog‗liq (Reynolds soni) va tola
upakovkasining hajmi birligiga bog‗liq bo‗ladi.
hα=f (Re α),
hα – ma‘lum bo‗lgani uchun (7.11) tenglamasidan o‗tish(proskok)
koeffitsientini topish mumkin. Ana shuni ko‗rsatadiki, Re 10-1
10 10-4
gacha
birligini hα ni hisoblashda nazarga olish mumkin. Ikkita samaradorlik uchun
(ushlab qolish va Broun harakati) va ularni sodddalashtirilgan tenglamalarda
aniklanadi.
hz= R2 – Re
1/6
hg= Sc-2/3
Re-11/18
42
unda R-d4/dv -tegishli parametri.
Aerozollarning filtrlashning asosiy konunining qo‗llashni chegeralanganligini
hisobga olib va nisbatan olinganlarni qayta hisoblashning qiyinligi ayrim
alohida tolalar uchun keltirilgan bo‗lib filtrlash real sharoit uchun boshqa
matematik va fizik modellar va aerozollarning ushlab qolishning
samaradorlik usullarini hisoblash kerak. Aerozollarni filtrlash amaliyoti va
teoriyasiga sovet tadqiqotchilari akademik I.V.Petrov rahbarligida katta hissa
qo‗shgan. Ular tomonidan tolali filtrlash materiallarining bir qator modellari
taklif qilingan, ular real tolali filtrlar kabi gidrodinamik xossalari va
cho‗ktirish harakteri bilan ta‘minlashlari mumkin bo‗ladi. Usha modellar
asosida tolali filtrlar samaradorligi uchun hisoblash usullari, strukturalarning
bir hil emasligini hisobga olib taklif qilingan.
SHunda ko‗rsatilgan, o‗tish(proskok) koefitsientini shu tenglama orqali
hisoblash mumkin.
-2ηoαN
Ku=eWv(1+s), (7.16)
Unda Ku- o‗tish(proskok) koeffitsienti , birlikning bir qismi; ηo-toladan
zarrachalarning cho‗kish koeffitsienti; α-filtrning upakovkalash zichligi,
birlikning bir qismi; N-filtr qalinligi, m, Gv tolaning o‗rtacha radiusi, m;
(Gv²-Gv¹) - tolani dispersligini harakterlaydigan birlik.
Ǒ= Gvˉ²
CHo‗ktirish koeffitsienti quyidagi formula bilan aniqlanadi :
ηo=ηob/s, (7,17)
unda b-filtr strukturasining bir hil emasligini harakterlovchi birlikni, bosimni
eksperimenit perenid yo‗li bilan aniqlanadi; ηo8-veerli filtrda tola cho‗kritish
koef. Har hil cho‗ktirish mexanizmlari uchun hamma xususiy cho‗ktirish
koeffitsienti, teoretik formula orqali hisoblanadi.
YUqorida keltirilgan o‗tish(prosnok) koeffitsientlarini hisoblash usullari
katta eksperimental materiallar orqali hali tekshirilmagan, shuning uchun ularga
tahminiy baxo berishda ishlatish mumkin. Teoretik hisoblarning etarli aniq
emasligi hozirgi paytgacha aerozol zarrachalarini ushlab qolish
samaradorligini baholash uchun har hil filtr materiallarini va filtrlar uchun
taqqoslash to‗g‗ri eksperiment yo‗li bilan aniqlanadi.
43
MA’RUZA № 10.
MAVZU: MIKROBIOLOGIYA SINTEZ MAHSULOTLARINI AJRATIB
OLISHNING UMUMIY USULLARI. TAYYOR MAHSULOTNI
TAHLASH, QURITISH, QADOQLASH.
Reja:
1. Kultural suyuqliklarning xarakterili tomonlari.
2. Granulalash.
3. Poroshoklarni arashtirish.
Qadoqlash.Tayyor mahsulotni sifatli baholash Kulturlash bosqichining eng ohirgi
mahsuloti mikroorganizmlar suspenziyasi bo‗lib, yoki kultural suyuqlik deb
ataladi.
Ko‗p hollarda kultural suyuqlikni qayta ishlamasdan ulardan foydalanish
mumkin emas. Mikrobiologik sintezning foydali mahsulotlarini yig‗ilgan
(biomassa, antibiotik, ferment, vitamin va boshqalar) konsentratsiyalash va undan
keyin ajratish kerak. Mikrobiologik sintezda konsentratsiyalash va ajratish
usullari asosiy mahsulotning hossalari va kultural suyuqliklarning, hamda asosiy
mahsulotlarning oxirigi formasining talabiga qarab aniqladi.
Kultural suyuqliklar juda ko‗p komponentli murakkab aralashma bo‗lib, ularning
ko‗p kimyoviy va fizik-kiyoviy xassalari bir-biriga yaqin bo‗ladi. Mineral tuzlar,
uglevodlar, oqsillar va boshqa organik moddalar eriganidan tashqari, kultural
suyuqliklar ko‗p miqdorda polidispers kolloid zarrachalar va suzib
yuruvchilarni o‗zida saqlaydi. SHuning uchun ular ko‗p komponentli eritmalar
va susnenziyalardan tashkil topgan bo‗ladi. Bunday suspenziyalarning dispers
fazasi mitsella yoki kletkalar, balki tirik to‗qima va qattiq zarrachalardan
tashkil topgan bo‗lib, ular ko‗p miqdorda oziq-ovkat muhitida bo‗lib- ularni,
kunjara, jo‗xori ekstrakti tarkibida va boshqalarda bo‗ladi. SHuning uchun
kultural suyuqliklar ko‗p fazali murakkab tarkibdagi sistemalar bo‗lib, ularning
oxirigi xossalari bitta va o‗nta produtsent uchun hamma mahal bir hil emas, va
katta masafada o‗zgaradi. Kultural suyuqliklarning sirt tarongligi, antibiotik ishlab
chiqarishda 0,01 dan 1,0 Pa*s o‗zgarib turadi. Kultural suyuqliklarning
harakterli tomonlari asosiy mahsulotni kamligidadir. Antibiotiklarning
konsentratsiyasi 1m³ uchun bir necha kilogrammdan oshmaydi, vitamin V/12
miqdori 5-15g/m³dan oshmaydi. Ayrim organik kislotalarning (limon, glutamin,
lizin) konsentratsiyasi 1m³ uchun bir necha o‗n kilogramgacha etkazish mumkin.
Bakterial produtsentlarni ishlab chiqarishda biomassa miqdori 1,2% dan
oshmaydi. Biomassa miqdori ko‗p mikdorda oshirish drojja ishlab chiqarishida
erishiladi.
Mikrobiologik sintezdagi ko‗p asosiy mahsulotlar turg‗un emas, har hil
sabablarga bog‗liq bo‗ladi. Oqsillar (formentlar ) issiqlik ta‘siriga rN
o‗zgarishiga ko‗p fizik ta‘sirga va kimyoviy agentlarga sezlar bo‗ladi.
Penitsillinni fermentatsiya eng kam 5 ta tuzilishi jihatidan o‗xshash iborat bo‗lib,
va ulardan benzilpenitsillinni ajratib olish kerak. Bunday masala
44
benzilpenitsillinning kam turg‗unmi uni ajratishni murakkablashtiradi. Bakterial
biomassa mahsulotlarni korxonalarda ajratish uchun, eng asosiy talablardan biri,
tirik kletkalarni iloji boricha asrab qo‗yishdir.
Konsentratsiyallash usullarini va mikrobiologik sintezda u yoki bu
mahsulotlarni tanlashda quyidagi omillarga hisobga olish keark.
- Kultural suyuqliklarning hossalari (asosan fizik-kimyoviy va fizik) ;
- ajratib olingan mahsulotning xossalari (issiqlikka jidamliligi, har hil kimyoviy
agentlarga chidamligi va boshqalar);
- ohirgi mahsulotning formasiga talab (tozalik miqdori va konsentrlangan
miqdori);
- texnologik, texnik-iqtisodiy ko‗rsatkichlari (chiqish miqdori jihozlarning
ishlab chiqarish quvvati, keyingi ishlash majburligi misol uchun, asosiy
mahsulotni ajratiladan quritish. Bunday ishlov berish natijasida olingan
konsentrlangan suspenziyalar yoki quruq materiallar biomassa bilan birga
metabolizm mahsulotlari va substratning qoldigidan iborat bo‗lib, va buni keng
miqdorda ajratishni chegaralaydi.)
Mikrobiologik jarayondagi asosiy mahsulotning konsentratsiyasi
ko‗pchilik paytda ularni tozalash va ajratishsiz mumkin emas.
Kultural suyuqliklardan mikrobiologik sintezda mahsulotlarni ajratib
olish usullari ajratib olingan suyuqlikda yoki qattiq fazada bo‗lishiga qarab ikki
gruppaga bo‗linadi.
Birinchi usulda shunday usullar ekstraksiya, ion almashinish, adsorbsiya,
kristallanish. Asosiy mahsulot qattiq fazada bo‗lsa, unda uni ajratib olish uchun
cho‗ktirish, filtrlash, sentrifugalash kabi oddiy usullar qo‗llaniladi.
Ko‗p mahalda bir usul bilan asosiy mahsulotni ajratib bo‗lmaydi. SHuning
uchun mikrobiologik sintez texnologiyasida bir necha usullar kombinatsiyasi
ishlatilishi, ajratib olish jarayonida mahsulotni erigan modda holatidan
erimaydigan (yoki teskari), ayrim hollarda bir necha marta. Kultural
suyuqliklikni ularni oldindan ishlov berish va cho‗ktirish erdamida, filtrlash,
sentrifugalash, va membrana usullar (elektrodializ, ultrafiltratsiya
mikrofiltratsiya ) erigan moddalarni ajratib olinadi.
Erigan moddalarni ajratib olish texnologiyasida ekstraksiya usuli bilan,
ion almashtirish yoki adsorbsiya kimyoviy yoki fizik-kimyoviy mahsulotning
xossasi setrifugalash va membranali usullar, universal, mikrobiologik sintez
mahsulotlarni kuchini ajratib olishda ishlatiladi.
Mikrobiologik maydalash sintez mahsulotlari maydalangan xolda
ishlatiladi. Ayrim xollarda purgagichli va bir necha hil kuritishda qo‗shimcha
quritilgan mahsulotlarni maydalash kerak emas. Boshqa mahalda tayyor mahsulot
oldin purkalanishi kerak, juda tez erish uchun yoki gomogen holatigacha
aralashtirishda maydalash jarayoni kiritiladi.
45
Granullash.
Quritish va maydalangandan keyin olingan mikrobiologik sintez
mahsulotlari, hamma mahal talabni qanoatlantirmaydi, ohiri tayyor mahsulotni
sifatiga javob bermaydi. Buyday hollarda qo‗shimcha granullash bilan ishlab
beradi.
Kukunlarni aralashtirish.
Ayrim hollarda ikkita yoki ko‗proq qurigan mahsulotlarni yoki quruq
mahsulotga to‗ldiruvchi kukunlarni aralashtirish to‗g‗ri keladi. Bunday
jarayonlar natijasida tayyor mahsulotning sifati yoki uning saqlanishi
yaxshilanadi.
Kadoklash.
Mikrobiologik mahsulotlarning tayyor formasi ist‘emolchilarga jo‗natishdan
oldin qadoqlash mashinalar yordamida taraga qadoqlaydi ularning asosiy
elementlardan biri dozirovka qurilmasidir. Hajmli dozirovkalashda ikki usul-
hajmli va torozli usullar qo‗llaniladi.
Dozirovkalashning hajmli usuli o‗lchamli kamyora yoki shnek yordamida
oddiy va katta ishlab chikarishga ega. Hajmli dozirovkalashda aniqlik katta emas
–1-3%. Torizilik usuli bilan dozirovkalash aniqlirokdir 01-10,2% qismi hajmiga
qarab, ammo ular ishlab chiqarish quvvati kamrok, hajmli usulga qaraganda
mikrobiologik ishlab chiqarish texnologiyasida ko‗pincha dozirovkalashning
hajmli usul qo‗llanadi.
Mikrobiologik sintez mahsulotlarning ko‗pi (drojjalar, lizinning
konsentrati, bakterial preparatlar, texnik fermentlar va boshqalar) quruq holda
chiqariladi va katta taraga kadoqlashadi- polietilen yoki qog‗oz koplarga 15-30
kg massada.
Ferment preparatlarini qadoqlash uchun T belgisi SKB tomonidan V6-VFA
avtomati ishlab chiqilgan, dozirovkalovchi va kraft-qoplarga qadoqlovchi 12-16
kg porsiya bilan, kichik taralarga qadoqlash uchun SKB Minmashlegpisheprom
V6-VRA qurilmallarini ishlab chikdi. Ular polietilen qoplarga 0,5-5 kg
mahsulotni qadoqlanib, unday keyin paketlarni tunuka bankalarga
joylashtiriadi.
―Ronema‖ dozalar hajmi 0,2 do 3 kg ta‘minlaydi va uni polietilen paketlariga
qadoqlaydi.
Tibbiyotga taalluqli preparatlarni dozirovkalash va qadoqlash murakkabroq
(misol uchun, antibiotiklar, ular steril holida chiqarilishi kerak). Ularni
qadoqlash asseptik sharoitda olib borilib, flakonlar hajmi 10-15sm³ bo‗ladi.
Flakonlarga quyishdan oldin bir necha jarayonlardan iborat. Mashinalarda
yuvish, quritish, sterillash va sifatsizlarni ajratish. SHunday jarayonlar probka va
kolpoqchalarga ishlov beriladi. Ular orqali flakonlar germetizatsiyalanadi.
Antibiotiklarni qadoqlash katta ishlab chiqarish quvvatiga ega bo‗lgan avtomat
46
yoki yarim avtomatlarda olib boriladi. Ularni dozirovkalash shnek yordamida
olib borilib, dozalar hajmi 6 kg dan to 6g dozirovkalash anikligi 5% gacha.
Antibiotiklarni qadoqlashda ishlatiladigan vakuumli va shnekli dozatorlar
hajmli usulga asoslangan.
Alohida sterillash sharoiti uchun moddalarni qadoqlash uchun ―SHtruin‖
firmasi mahsus qurilmani ishlab chiqardi. U ampulaga quyish vazifasini
bajaradi.
Adabiyotlar:
1. Анбаш, Хемфри А, Миллис Н. Биокимѐвий технология ва аппаратура
М: Озик – овкат саноати, 1975, 288 бет.
2. Аткинсон Б. Биокимѐвий реакторлар. М: Озик – овкат саноати, 1976,
280 бет
3. Бекер М.Е ва бошкалар. Биокимѐвий микроб синтези – Рига Зинатие
1980, 350 бет
4. Бортников Н.Н, Босенко А.М. Машина ва аппаратлар микробиологик
саноатда Минск: Высшая школа, 1982, 288 бет.
5. Виестур У.Э, Кристопсоне М.Ж, Былинкина Е.С. Микроорганизмларни
Культурлаш М: Озик-овкат саноати, 1980, 232 бет
6. Виестур У.Э, Кристапсоне М.Ж. Ферментация жараѐнларини
реализациясининг техник системаси, 1981, 240 бет
7. Гакапов К П. Микробиологик ишлаб чикаришда жараѐн ва аппаратлар
М: Енгил ва озик- овкат саноати, 1981. 240 бет
8. Калунянц К А, Голгер Л И, Завьялов Ю Ф. Микробиологик саноат учун
машина ва аппаратлари (турдаги жихозлар) 4.1
М: ОНТИТЭИ микробсаноати 1976. 148 бет
9. Кафаров В В, Випаров А Ю, Гордеев Л С. Биокимѐвий реакторларни
моделлаш М: Урмон саноати, 1979. 344 бет
10. Кристапсонс М Ж. Микробиологик синтез жараѐнларини
технологиясини автоматлаштириш М: ОНТИТЭИ микробсаноат, 1976.
76 бет
11. Смирнов Н Н. Кимѐвий ишлаб чикаришдаги реакторлар
М: Олий мактаб, 1980. 72 бет
12. Соколов В Н, Доманский Н В. Газ суюклик реакторлари
М: Машина курилиш. 1977. 216 бет
13. Федосеев К Г. Анкаротура биологик фаол моддаларнинг микроб
синтезидаги физика асослари М: Тиббиѐт 1977. 304 бет
14. Уэбб ф. Миекробиологик синтезда биокимѐвий технология
М: Медицина 1969. 560 бет
15. Ферментацион курилмалари эксплутацияси ва малакани ошириш-Рига:
Зипатие 1986 . 172 бет
47
MUNDARIJA
Biotexnologiya jarayon va apparatlari……………………………..3
Mikroorganizmlarni o‗stirishda modda almashinuv jarayonlari….10
Kultivatorlar uchun moddiy balans tenglamasi ………………….14
Ko‗pik hosil bo‗lishi jarayoni va uni yo‗qotish usullari…………17
Mikrobiologik jarayonlarda issiqlik almashinuvi
Issiqlik almashinuvi jixozlari …………………………………………18
Mikrobiologik sintez jarayonlarida asseptik sharoitlarni ta‘minlashning
umumiy prinsiplari ……………………………………………………26
Havoni tozalash usullari va moslamalari. ……………………………33
Havoni tozalash samaradorligni aniklash………………………………36
Havoni filtrlash samaradorligini hisoblash usullari……………………39
Mikrobiologiya sintez mahsulotlarini ajratib olishning umumiy usullari.
tayyor mahsulotni tahlash, quritish, qadoqlash. …………………………44