Биотехнологическая система

ИЕРАРХИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА УПРАВЛЕНИЯ БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ СИСТЕМАМИ [c.248]

Биореактор. Аппараты для проведения процессов культивирования микроорганизмов — биореакторы — можно рассматривать как технические системы, предназначенные для преобразования необходимых материальных и энергетических потоков в процессе роста и размножения клеток. Биохимические реакторы представляют собой основное технологическое оборудование, элементы схемы производства в целом, а эффективность их функционирования определяет в основном технико-экономические показатели биотехнологической системы. Многообразие форм конструктивного оформления биореакторов определяется технологическими и микробиологическими требованиями осуществляемого процесса ферментации. Так, схема на рис. 1.4 иллюстрирует различные процессы микробиологического синтеза, осуществляемые в промышленных биореакторах, а также основные условия их проведения. В биореакторе необходимо поддержание заданной температуры культивирования 1, давления Р, pH среды, окислительно-восстановительного потенциала еН, уровня растворенного кислорода Со времени ферментации т и концентрации лимитирующего субстрата 5. Для обеспечения заданных физико-химических параметров протекания процесса в биореакторе должны быть выдержаны необходимые условия тепло- и массообмена, аэрации среды и режима гидродинамического перемешивания. Рассмотренные на схеме процессы осуществляются в результате глубинного культивирования микроорганизмов в условиях аэрации и перемешивания среды. Известны также биореакторы для осуществления процесса путем поверхностного культивирования клеток с использованием микробиологических пленок и флокул, а также биореакторы для процессов с иммобилизованными на носителях ферментами [22]. [c.12]

Биотехнологическая система. БТС характеризуется большим разнообразием технологических процессов и их аппаратурным оформлением, наличием прямых и обратных связей между элементами. Конкретное аппаратурное оформление БТС зависит от особенностей подготовки питательных сред и сырья для культивирования микроорганизмов и получаемого целевого продукта микробиологического синтеза [7, 8]. В биотехнологической системе реализуются различные процессы обработки материалов механические, химические, тепловые, гидродинамические, диффузионные и биохимические. Рассмотрим в качестве примера технологическую схему производства белковой биомассы дрожжей из н-парафинов нефти (рис. 1.8). Схема включает ряд основных стадий производства, в которых происходит последовательная переработка исходного сырья в целевой продукт. [c.14]

Рис. 1. Основные компоненты биотехнологической системы

Клетка. Основу биотехнологической системы составляют процессы микробиологического синтеза, направленные на получение разнообразных целевых продуктов биосинтеза — белков, аминокислот, липидов и др. Важную роль играют также процессы биологической очистки, направленные на утилизацию органических и неорганических соединений растущими на данном субстрате микроорганизмами. Индустриальное использование процессов культивирования микроорганизмов связано со способностью клеток в определенных условиях окружающей среды расти и размно- [c.7]

С позиций системного анализа решаются задачи математического моделирования на ЭВМ, при этом полная математическая модель биотехнологической системы может быть представлена в виде иерархической структурной модели, где на каждом уровне имеется описание своего класса явлений. Применение такого подхода к изучению сложных БТС позволяет целенаправленно использовать и систематизировать исследования, получаемые в лабораторных, опытных и промышленных условиях для разработки модели БТС в целом. Полученная таким образом математическая модель используется затем для оптимизации биотехнологического производства при его функционировании, а также на стадии проектирования биохимических производств. [c.17]

Рассмотренная иерархическая схема может быть углублена и дополнена в соответствии с особенностями исследуемой БТС. В свою очередь БТС может входить как составляющая в более общую метасистему, например отраслевую систему микробиологической промышленности. Представленный системный подход к анализу сложной многоуровневой биотехнологической системы позволяет увязать научные исследования, проводимые большей частью разрозненно на отдельных иерархических уровнях, в общую систему с целью получения закономерностей ее функционирования, методов оптимизации и управления. С другой стороны, в соответствии с выше рассмотренной иерархической схемой БТС можно выделить следующие основные этапы исследования БТС. [c.44]

Представление сложной биотехнологической системы в виде многоуровневой иерархической схемы позволяет осуществлять целенаправленный анализ функционирования отдельных элементов и подсистем БТС с последующим синтезом оптимальных систем на основе критерия эффективности. К основным подсистемам БТС можно отнести специфичные для биохимического производства стадии ферментации и биоочистки. Стадия ферментации представляет собой технологическую основу производства продуктов микробиологического синтеза, поскольку именно здесь осуществляется превращение исходных компонентов сырья в целевые продукты биосинтеза. Важнейшая роль в биохимическом н целом ряде других производств отводится стадии биоочистки, решающей задачу охраны окружающей среды и обеспечивающей возможность создания замкнутых биотехнологических систем с безотходной технологией. [c.175]

Системный анализ в настоящее время является основным методом научного изучения сложных систем, включающих совокупность процессов и явлений различной физической, химической и биохимической природы. С позиций системного анализа решаются задачи математического моделирования и оптимизации отдельных аппаратов и подсистем технологических схем, а также и системы в целом. При этом, методология системного подхода сохраняется при анализе иерархических уровней системы. При рассмотрении биохимического производства с позиций системного анализа в нем можно выделить ряд элементов, каждый из которых в свою очередь может рассматриваться как биотехнологическая система. [c.7]

Биореактор в качестве технологического элемента БТС в зависимости от топологической схемы производства может функционировать в следующих вариантах как отдельный аппарат в схеме (рис. 1.7, а), когда в биореактор подаются исходные компоненты, а получаемый продукт поступает на дальнейшую переработку в другие технологические аппараты в последовательной схеме (см. рис. 1.7, б) в схеме с рециркуляцией (см. рис. 1.7, в) в параллельной схеме (см. рис. 1.7, г) в сложных технологических схемах (см. рис. 1,7, <3), когда совместно с биореакторами функционируют другие технологические аппараты (в этих условиях биореактор рассматривается уже как элемент более сложной биотехнологической системы). [c.14]

Пример 1. Пусть биотехнологическая система микробиологического синтеза имеет один вход (рост на лимитирующем экзогенном субстрате, концентрация которого 51) и один выход. Целевой продукт биомасса микробной популяции. [c.18]

Любая биотехнологическая система включает ряд аппаратов, связанных общими технологическими потоками, в которых протекают различные процессы переработки исходного сьфья в целевые продукты. В любой биотехнологической системе обязательно присутствует подсистема ферментации. [c.1020]

Для получения ценных биотехнологических продуктов используют гены самых разнообразных организмов. Чтобы лучше понять, как работают биотехнологические системы, рассмотрим строение молекулы ДНК и процессы репликации, транскрипции и трансляции. [c.29]

В сооружениях биологической очистки в год образуется до 10000 кг/м избыточной биомассы. В наиболее интенсивных биотехнологических системах культивирования микроорганизмов продуктивность достигает 50000 кг сухой массы микроорганизмов на 1 м биореактора в год при среднем содержании биомассы 20 кг/м . [c.30]

Успехи антибиотической отрасли промышленности и качество выпускаемой продукции определяются уровнем основных стадий технологического процесса. Современное промышленное получение антибиотиков — это сложная многоступенчатая биотехнологическая система, состоящая из ряда последовательных стадий. [c.474]

На рис. 1 приведена структура типовой биотехнологической системы, выделены ее главные составляющие. [c.7]

Логико-математическая модель биотехнологической системы микробиологического синтеза. [c.17]

Пример 2. Пусть по-прежнему биотехнологическая система микробиологического синтеза имеет один ход и один выход, но построена более сложная гипотеза, например, биологическая инерция процесса накопления биомассы определяется концентрацией рибосом, скорость синтеза которых, в свою очередь, ограничена концентрацией фермента Ф[, управляющего наиболее медленной стадией синтеза рибосом. Концентрация биомассы Х , а концентрация рибосом К . Био масса и рибосомы образуются непосредственно из экзогенного субстрата, кон центрация которого 5 . Тогда логико-математическая модель может быть представлена в виде [c.18]

Осталось неавтоматизированным согласование между собой расчетов отдельных агрегатов. Нельзя ли объединить программы расчета составных частей биотехнологической системы на общей информационной основе — общей базе данных Это второй качественный скачок, когда системное объединение отдельных прикладных программ привело к пакетам прикладных программ. Пакеты бывают двух видов либо они ориентированы на методы решения, либо на некоторую проблемную область. Пакеты второго типа — проблемно-ориентированные — часто используются в системах проектирования и именуются САПР — система автоматизированного проектирования. [c.36]

Наличие ЭВМ в автоматизированных биотехнологических системах позволяет осуществлять более точный и более полный сбор информации о процессе с помощью различных датчиков и анализаторов, на основе экспериментальных данных строить ма>тематическое описание микробиологического процесса. Поиск [c.84]

Центральным понятием системного анализа является понятие системы. Под биотехнологической системой (БТС) понимается совокупность взаимосвязанных материальными, энергетическими и информационными потоками аппаратов, в которых осуществляется определенная последовательносх -сш адий для получения товар- [c.17]

Верхний щестой уровень иерархии составляет биотехнологическая система в целом, формируемая нз взаимосвязанной совокупности подсистем и элементов БТС. [c.44]

Биотехнолог имеет дело со сложными системами, включаю -щими твердые тела и жидкости, в которых происходит пеоенос энергии и вещества и протекают различные реакции для таких систем принцип подобия связан в основном с понятием формы Когда понятие формы применяется к сложным биотехнологическим системам, оно включает помимо геометрических пропорций и такие факторы, как структура потока жидкости, температурные градиенты, зависимость концентрации от времени и т. д. Системы, обладающие одинаковой конфигурацией по одному или более из этих параметров, можно рассматривать как подобные. [c.433]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология