Üretim yöntemleri

Besiyerinin tamamı başlangıçta kaba alınır. Aşılamadan hasada kadar dışarıdan yalnızca gaz ile pH ve köpük kontrolü için asit, baz ve köpük kırıcı eklenir. Kültür gecikme, üstel büyüme ve durağan evrelerden geçer. Kesikli işletim proses geliştirme, aşı hazırlığı ve substrat inhibisyonu göstermeyen üretimler için uygundur.

Talamus sistemlerinde

Sıcaklık, pH ve çözünmüş oksijen PID döngüleriyle ayar değerinde tutulur. Pilot sistemlerde sterilizasyon, soğuma ve kültivasyon fazları otomatik yürütülür; tanımlanan proses değişkenleri zaman damgasıyla kaydedilir.

Sınırlar

Yüksek başlangıç substrat derişimi substrat inhibisyonuna ve taşma metabolizmasına yol açabilir; bu durumda kesikli-beslemeli işletim tercih edilir.

Kültür, sınırlayıcı substratın kontrollü beslemesiyle büyütülür ve çalışma hacmi parti boyunca artar. Besleme hızı özgül büyüme hızını belirler ve substrat derişimini inhibisyon, katabolit baskılanması ve taşma metabolizması eşiklerinin altında tutar. Üstel beslemede besleme debisi F(t) = μ × X₀V₀ × exp(μt) / (Yx/s × S_F) ile hesaplanır. Burada X₀V₀ besleme başındaki biyokütle miktarı, Yx/s biyokütle verimi, S_F besleme çözeltisindeki substrat derişimidir; hücre idamesi için tüketilen substrat ihmal edilmiştir. Yüksek hücre yoğunluğu ve yüksek ürün derişimi bu işletimle elde edilir.

Talamus sistemlerinde

Besleme profili kontrol ünitesine girilir. Laboratuvar ve pilot sistemlerde profil peristaltik pompalarla uygulanır; laboratuvar sistemlerinde besleme debisi ölçümü seçenek olarak eklenir. Endüstriyel hatlarda besleme pompası ve debi ölçümü proje kapsamında seçilir. Çözünmüş oksijen veya pH sinyaline bağlı besleme (DO-stat, pH-stat) ve çıkış gazı analizinden hesaplanan solunum katsayısıyla (RQ) besleme düzeltmesi proje kapsamında yapılandırılır.

Sınırlar

Kap hacmi, beslemenin sonundaki en yüksek çalışma hacmine göre seçilir. Yüksek hücre yoğunluğunda oksijen transferi ve ısı uzaklaştırma kapasitesi besleme hızını sınırlar.

Parti sonunda kültürün bir kısmı hasat edilir; kalan kısım bir sonraki partinin aşısı olarak kapta bırakılır ve taze besiyeri eklenir. Partiler arasında kap sterilizasyonu ve aşı hazırlığı gerekmediği için ölü süre kısalır. Yöntem, genetik kararlılığı yüksek suşlarda ve kontaminasyon riskinin düşük tutulabildiği proseslerde uygulanır.

Talamus sistemlerinde

Kısmi hasat ve yeniden doldurma, seviye ölçümüne bağlı bir vana ve pompa sırasıyla yapılır. Bu sıra, hasat hattının sterilitesi ve taze besiyerinin steril eklenmesiyle birlikte proje kapsamında tanımlanır.

Sınırlar

Her döngüde suş kararlılığı ve kontaminasyon durumu izlenir; döngü sayısı bu verilere göre sınırlanır.

Taze besiyeri sürekli beslenir ve aynı debide kültür alınır; çalışma hacmi sabit kalır. Kemostatta besleme debisi sabittir ve kararlı durumda özgül büyüme hızı seyreltme hızına (D = F/V) eşittir. Türbidostatta besleme, optik yoğunluk veya biyokütle sinyaline göre ayarlanarak hücre derişimi sabit tutulur. Sürekli kültür fizyoloji çalışmaları, suş karakterizasyonu ve hacimsel verimliliğin önemli olduğu üretimler için kullanılır; ticari mikoprotein üretimi bilinen bir örnektir.

Talamus sistemlerinde

Besleme ve hasat debileri seviye ölçümüne göre dengelenir; bu düzen proje kapsamında yapılandırılır. Türbidostat işletimi için hat içi optik yoğunluk veya biyokütle ölçümü gerekir; bu ölçümler Talamus sistemlerine PAT seçeneği olarak eklenir.

Sınırlar

Seyreltme hızı en yüksek özgül büyüme hızına (μmax) yaklaştığında hücreler reaktörden yıkanır (washout); kemostat bu nedenle D < μmax aralığında işletilir. Uzun süreli işletimde kontaminasyon ve suş kararlılığı başlıca risklerdir. Steril besleme tankının kapasitesini işletim süresine, numune alma düzenini bu risklerin izlenmesine göre tasarlıyoruz.

Organizmanın oksijen gereksinimi gaz stratejisini belirler. Aerobik proseslerde çözünmüş oksijen kritik değerin üzerinde tutulur. Mikroaerofilik proseslerde düşük ve kontrollü bir oksijen derişimi gerekir. Anaerobik proseslerde oksijen, besiyerinden azot veya karbondioksitle uzaklaştırılır ve kap üst boşluğu inert gazla süpürülür.

Talamus sistemlerinde

Çözünmüş oksijen, karıştırıcı hızı ve kütle akış kontrollü hava debisi üzerinden kademeli (kaskat) kontrolle tutulur. Proje kapsamında oksijen zenginleştirme ve kap basıncı kontrolü, anaerobik ve mikroaerofilik işletim için ise azot veya karbondioksit hattı ve redoks potansiyeli (ORP) ölçümü tanımlanır.

Üretim reaktörünün aşısı, hacmi kademeli olarak artan reaktörlerde hazırlanır. Kademe hacimleri, aşılama oranı (çoğunlukla aşılanan kabın çalışma hacminin yüzde 1–10’u) ve kademeler arası transfer zamanı üretim takvimini ve kontaminasyon riskini belirler. Transfer, aşı kültürü üstel büyüme evresindeyken, çoğunlukla bu evrenin sonuna doğru yapılır.

Talamus sistemlerinde

TLM120’de aşı reaktöründen pilot reaktöre transfer steril hat üzerinden yapılır. Endüstriyel hatlarda aşı kademeleri ve transfer hatları Borulama ve Enstrümantasyon Diyagramında (P&ID) tanımlanır; transfer hatlarının sterilizasyonu bu tasarımın parçasıdır.

Mikroalgler ve siyanobakteriler ışık enerjisi ve karbondioksitle büyür. Verim ışık yoğunluğuna, ışığın kültür içindeki dağılımına, CO₂ beslemesine ve pH kontrolüne bağlıdır. Kültür yoğunlaştıkça ışığın kültüre girdiği derinlik azalır; reaktör geometrisi bu nedenle verimin belirleyicilerindendir. Kültür CO₂ tükettikçe pH yükselir; CO₂ beslemesi hem karbon kaynağıdır hem de pH’ı düşürür. Fotosentezle oluşan oksijen kültürde birikirse fotosentezi baskılar; gaz akışı bu oksijeni de uzaklaştırır.

Talamus sistemlerinde

BioSIS Airlift sistemlerinde karışım ve gaz transferi hava akışıyla sağlanır. pH, asit ve baz pompalarıyla ayar değerinde tutulur; fotosentezle artan çözünmüş oksijen izlenir.