การเพิ่มประสิทธิภาพการเพาะเลี้ยงยีสต์: เครื่องทำลายโฟมแบบกลไกช่วยลดการสูญเสียชีวมวลและเซลล์ที่มีชีวิตได้อย่างไร

การเพาะเลี้ยงยีสต์ขึ้นอยู่กับการรักษาสภาพแวดล้อมที่เซลล์สามารถเจริญเติบโต ขยายพันธุ์ และคงอยู่ในสารละลายเลี้ยงเชื้อ การให้อากาศและการกวนมักจำเป็นต่อสภาพแวดล้อมดังกล่าว แต่อาจทำให้เกิดฟองที่คงทนได้ เมื่อฟองมีมากเกินไป ปัญหาจะไม่จำกัดอยู่แค่บริเวณผิวถัง เซลล์ยีสต์และของเหลวเลี้ยงเชื้ออาจติดอยู่ในฟองและหลุดออกจากบริเวณเพาะเลี้ยงหลัก ทำให้การเกิดฟองกลายเป็นเส้นทางที่อาจทำให้สูญเสียชีวมวล

สำหรับผู้ผลิตยีสต์ การควบคุมการสูญเสียนี้แตกต่างจากการกำจัดฟองเพียงอย่างเดียว เป้าหมายคือการจัดการฟองพร้อมกับรักษาชีวมวลและของเหลวที่เพาะเลี้ยงไว้ให้มากที่สุด เครื่องทำลายฟองเชิงกลนำเสนอแนวทางเชิงกลโดยการทำลายฟอง แยกเฟสของเหลว และส่งวัสดุที่กู้คืนกลับไปยังถังเพาะเลี้ยง

ฟองสามารถพาสิ่งอื่นไปมากกว่าแค่ของเหลว

ในระหว่างการเพาะเลี้ยงยีสต์ ฟองจะเกิดขึ้นเมื่ออากาศถูกนำเข้าสู่ของเหลวที่มีฤทธิ์ทางชีวภาพซึ่งประกอบด้วยเซลล์และส่วนประกอบอื่นๆ ที่สามารถทำให้ฟองคงตัวได้ การให้อากาศอย่างต่อเนื่องอาจทำให้ชั้นฟองคงทนเป็นพิเศษ

เมื่อเซลล์เข้าไปอยู่ในฟองแล้ว เซลล์เหล่านั้นจะไม่สามารถมีส่วนร่วมโดยตรงต่อความเข้มข้นของชีวมวลในของเหลวเพาะเลี้ยงหลักอีกต่อไป หากฟองเล็ดลอดออกทางช่องระบายถังหรือถูกกำจัดทิ้งเป็นของเสีย กระบวนการอาจสูญเสียทั้งของเหลวและเซลล์ที่เพาะเลี้ยง

สิ่งนี้ทำให้การควบคุมฟองมีความสำคัญมากกว่าแค่การดูแลรักษาถัง

สำหรับการหมักที่เน้นชีวมวล ฟองอาจกลายเป็นเส้นทางสำหรับการสูญเสียเซลล์ การลดการสูญเสียนั้นจำเป็นต้องมีวิธีการที่สามารถทำลายฟองพร้อมทั้งให้ของเหลวและชีวมวลที่แขวนลอยกลับเข้าสู่ระบบเพาะเลี้ยง

เครื่องกำจัดฟองเชิงกลแบบปิดสนิทกู้คืนชีวมวลที่เกี่ยวข้องกับฟองได้อย่างไร

เครื่องกำจัดฟองเชิงกลทำงานโดยตรงกับฟองแทนที่จะพึ่งพาสารเคมีเป็นหลัก

เมื่อฟองเข้าสู่พื้นที่ทำงาน โรเตอร์ความเร็วสูงจะสร้างแรงเฉือนที่รุนแรงซึ่งทำลายฟอง เมื่อฟองแตกตัว ของเหลวที่ประกอบด้วยเซลล์ยีสต์ที่แขวนลอยจะถูกปล่อยออกมา

จากนั้นแรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลางจะขับของเหลวที่กู้คืนไปยังผนังอุปกรณ์ ของเหลวที่แยกออกมาจะถูกรวบรวมและส่งกลับไปยังถังเพาะเลี้ยง

หลักการทำงานนี้มีความสำคัญต่อการเพาะเลี้ยงยีสต์เพราะวัตถุประสงค์ไม่ใช่แค่ทำให้ฟองหายไป กระบวนการนี้สร้างโอกาสในการส่งคืนของเหลวและชีวมวลที่แขวนลอยซึ่งมิฉะนั้นจะถูกพาออกไปพร้อมกับฟอง

ประสิทธิภาพการกู้คืนที่แท้จริงขึ้นอยู่กับลักษณะเฉพาะของเชื้อและสภาวะของกระบวนการ แต่แนวคิดพื้นฐานนั้นตรงไปตรงมา: ทำลายฟอง แยกเฟสของเหลว และส่งคืนสู่กระบวนการเพาะเลี้ยง

การปกป้องชีวมวลในระหว่างการเพาะเลี้ยงที่มีการให้อากาศสูง

การเพาะเลี้ยงยีสต์อาจต้องมีการสัมผัสระหว่างก๊าซและของเหลวอย่างมาก อย่างไรก็ตาม เมื่อการให้อากาศเพิ่มขึ้น การเกิดฟองอาจจัดการได้ยากขึ้น

การลดการให้อากาศเพียงเพื่อควบคุมฟองนั้นไม่พึงปรารถนาเสมอไปเนื่องจากยังคงต้องตอบสนองความต้องการในการถ่ายเทออกซิเจน ในทำนองเดียวกัน การลดการกวนอาจส่งผลต่อการไหลเวียนและการถ่ายเทมวล

การทำลายฟองเชิงกลเป็นจุดควบคุมอีกจุดหนึ่ง

แทนที่จะทำให้การกำจัดฟองขึ้นอยู่กับการเปลี่ยนแปลงสภาวะการเพาะเลี้ยงโดยสิ้นเชิง เครื่องกำจัดฟองจะจัดการฟองหลังจากที่มันก่อตัวขึ้นแล้ว สิ่งนี้ช่วยให้กลยุทธ์การให้อากาศและการกวนยังคงมุ่งเน้นไปที่ความต้องการของการเจริญเติบโตของยีสต์ในขณะที่จัดการฟองแยกต่างหาก

สำหรับกระบวนการที่การรักษาความเข้มข้นของชีวมวลเป็นสิ่งสำคัญ การแยกการควบคุมการเพาะเลี้ยงและการควบคุมฟองออกจากกันนี้มีคุณค่า

ทำไมการสูญเสียเซลล์ที่มีชีวิตจึงสมควรได้รับความสนใจ

ไม่ใช่ทุกเซลล์ที่ถูกพาเข้าไปในฟองจะต้องสูญเสียจากกระบวนการอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ อย่างไรก็ตาม เมื่อฟองหลุดออกจากถังเพาะเลี้ยง เซลล์ที่มีชีวิตใดๆ ที่อยู่ในวัสดุนั้นจะไม่อยู่ในสภาพแวดล้อมการเพาะเลี้ยงที่ควบคุมอีกต่อไป

การพาฟองออกซ้ำๆ จึงอาจไม่เป็นที่ต้องการในการผลิตที่เน้นชีวมวล

เครื่องกำจัดฟองเชิงกลช่วยแก้ไขปัญหานี้โดยการกู้คืนของเหลวที่เกี่ยวข้องกับฟองที่แตกตัวและส่งคืนไปยังถังเพาะเลี้ยง สิ่งนี้สร้างเส้นทางที่ตรงกว่าในการรักษาชีวมวลยีสต์ที่แขวนลอยมากกว่าการกำจัดฟองออกจากระบบเพียงอย่างเดียว

สิ่งสำคัญคือไม่ควรถือว่านี่เป็นหลักประกันความมีชีวิตของเซลล์หรือการปรับปรุงผลผลิต สภาพของเซลล์ขึ้นอยู่กับปัจจัยต่างๆ เช่น อุณหภูมิในการเพาะเลี้ยง ความพร้อมของออกซิเจน สภาพแวดล้อมเฉือน สภาวะสารอาหาร และระยะเวลากักเก็บ คุณค่าของการกำจัดฟองเชิงกลคือสามารถลดเส้นทางที่หลีกเลี่ยงได้เส้นทางหนึ่งสำหรับการสูญเสียชีวมวลและของเหลวเลี้ยงเชื้อ

การกำจัดฟองเชิงกลเทียบกับการยับยั้งฟองด้วยสารเคมี

สารต้านฟองเคมีมักใช้ในการเพาะเลี้ยงจุลินทรีย์ แต่อาจส่งผลต่อลักษณะทางกายภาพของอาหารเลี้ยงเชื้อและอาจต้องพิจารณาในการแปรรูปขั้นปลาย

การควบคุมฟองเชิงกลนำเสนอแนวทางที่แตกต่าง

แทนที่จะเติมสารเคมีเพิ่มเติมเพื่อยับยั้งฟอง เครื่องกำจัดฟองจะทำลายฟองทางกายภาพผ่านการทำงานของโรเตอร์ ในกรณีที่กระบวนการเพาะเลี้ยงเอื้ออำนวย สิ่งนี้อาจลดปริมาณสารต้านฟองเคมีที่ต้องการ

สำหรับการผลิตยีสต์ สิ่งนี้อาจเกี่ยวข้องเมื่อการแปรรูปขั้นปลายไวต่อการมีอยู่ของสารต้านฟอง หรือเมื่อกลยุทธ์ของกระบวนการมีเป้าหมายเพื่อจำกัดสารเติมแต่งที่ไม่จำเป็น

การกำจัดฟองเชิงกลไม่ได้ขจัดความต้องการสารต้านฟองเคมีโดยอัตโนมัติ ระบบเพาะเลี้ยงบางระบบอาจยังคงต้องใช้แนวทางผสมผสาน ความสมดุลที่เหมาะสมขึ้นอยู่กับความคงตัวของฟอง ความเข้มข้นของเซลล์ การให้อากาศ องค์ประกอบของอาหารเลี้ยงเชื้อ และสภาวะการทำงาน

จากการเพาะเลี้ยงยีสต์สู่ผลิตภัณฑ์ที่ใช้ชีวมวลเป็นฐาน

ความสำคัญของการกักเก็บชีวมวลส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับสิ่งที่เกิดขึ้นหลังการเพาะเลี้ยง

สำหรับการใช้งานที่ชีวมวลยีสต์เป็นผลิตภัณฑ์ที่ต้องการหรือเป็นสารตัวกลางที่สำคัญ การสูญเสียระหว่างการเพาะเลี้ยงส่งผลโดยตรงต่อการกู้คืนวัสดุ ซึ่งอาจรวมถึงการผลิตชีวมวลยีสต์ ส่วนผสมที่ได้จากยีสต์ และกระบวนการหมักอื่นๆ ที่เซลล์ที่เพาะเลี้ยงถูกเก็บเกี่ยวหรือแปรรูปในภายหลัง

ในกรณีเหล่านี้ การจัดการฟองควรเป็นส่วนหนึ่งของกลยุทธ์การกู้คืนชีวมวลมากกว่าการดำเนินการทั่วไปของถัง

การกู้คืนของเหลวที่เกี่ยวข้องกับฟองก่อนที่จะออกจากกระบวนการช่วยให้วัสดุที่เพาะเลี้ยงคงอยู่ในระบบการผลิตมากขึ้น นอกจากนี้ยังช่วยลดปริมาณของเหลวหมักที่ต้องจัดการเป็นของเสีย

หลักการเดียวกันนี้สามารถพิจารณาได้เมื่อใช้ยีสต์เป็นแพลตฟอร์มการผลิตทางชีวภาพและชีวมวลที่เพาะเลี้ยงจะดำเนินการต่อไปยังขั้นตอนการประมวลผลที่ตามมา

การเลือกเครื่องกำจัดฟองตามระบบเพาะเลี้ยง

การกำหนดค่า BODF ที่เหมาะสมขึ้นอยู่กับโครงสร้างของถังเพาะเลี้ยงบางส่วน

สำหรับถังเพาะเลี้ยงยีสต์แบบปิดสนิท เครื่องกำจัดฟองเชิงกลแบบปิดสนิท BODF-I ได้รับการออกแบบมาสำหรับถังปิด โดยรวมการทำลายฟองเชิงกลเข้ากับการแยกแบบแรงเหวี่ยงและการส่งคืนของเหลวภายในระบบกระบวนการปิด

สำหรับถังเปิดหรือถังเปล่า เครื่องทำลายฟองเชิงกลสำหรับถังเปิด BODF-II มีการกำหนดค่าสำหรับอุปกรณ์เพาะเลี้ยงและการแปรรูปแบบเปิด

ทั้งสองการกำหนดค่าใช้หลักการเชิงกลพื้นฐานเดียวกัน ในขณะที่รูปแบบของถังเป็นตัวกำหนดว่าการออกแบบใดเหมาะสมกว่า

ควรพิจารณากำลังการผลิตร่วมกับอัตราการให้อากาศ ปริมาตรถัง การเกิดฟอง และสภาวะการเพาะเลี้ยง การเลือกอุปกรณ์โดยพิจารณาจากปริมาตรถังที่ระบุเพียงอย่างเดียวอาจไม่สะท้อนภาระฟองที่แท้จริงได้อย่างแม่นยำ

การออกแบบการควบคุมฟองโดยเน้นการกักเก็บชีวมวล

ในการเพาะเลี้ยงยีสต์ ฟองมีความเชื่อมโยงอย่างใกล้ชิดกับสภาวะที่สนับสนุนการเจริญเติบโตของเซลล์ การให้อากาศ การกวน และกิจกรรมทางชีวภาพล้วนมีส่วนทำให้เกิดฟอง ดังนั้นการกำจัดสภาวะที่สร้างฟองอาจไม่ใช่ทางออกที่ใช้ได้จริง

แนวทางที่ดีกว่าคือการแยกข้อกำหนดทั้งสองออกจากกัน: รักษาสภาพแวดล้อมการเพาะเลี้ยงที่จำเป็นสำหรับการเจริญเติบโตของยีสต์ ในขณะที่จัดหาอุปกรณ์เฉพาะสำหรับจัดการฟองที่มากเกินไป

เครื่องกำจัดฟองเชิงกล BODF ดำเนินตามแนวทางนี้โดยการทำลายฟองเชิงกลและกู้คืนของเหลวที่ปล่อยออกมาจากฟอง ในกรณีที่เซลล์ยีสต์แขวนลอยอยู่ในของเหลวนั้น เส้นทางการส่งคืนสามารถช่วยลดปริมาณชีวมวลที่ออกจากระบบเพาะเลี้ยงไปกับฟองได้

สำหรับกระบวนการหมักที่เน้นชีวมวลยีสต์และการกักเก็บเซลล์ที่มีชีวิต สิ่งนี้ทำให้การควบคุมฟองเชิงกลเป็นข้อควรพิจารณาที่มีประโยชน์เมื่อออกแบบกลยุทธ์การเพาะเลี้ยงและการกู้คืนขั้นปลาย