Разработка новых технологий и оборудования для биотехнологических процессов лабораторного и промышленного уровней.

П.1. «Разработка модели автономного лабораторного биореактора с подключаемыми модулями». Объектами исследований являются рабочие узлы модели лабораторного биореактора ЛБ-1 с перколяционным перемешиванием (далее ЛБ-1), а именно: реакционные ячейки (0,75 л и 1,3 л), система автоматизированного управления, фитинги, вспомогательная емкость (1,5 л), контактный теплообменный элемент. Цель работы – разработка электронных моделей реакционных емкостей, фитингов и прочих рабочих узлов системы; разработка пользовательского интерфейса системы автоматизированного управления. В настоящее время для оптимизации работ по проектированию биореакторного оборудования широко применяется технология создания электронной модели («цифрового двойника») с ее последующим тестированием в виртуальной среде. Это позволяет значительно сократить производственные и экономические затраты, моделировать возможные аварийные ситуации, и учитывать результаты этого моделирования в дальнейшей разработке. В ходе выполнения проекта проводили теоретические конструкторские исследования рабочих узлов модели и испытания макета ЛБ-1. Методами компьютерного моделирования были разработаны электронные модели контактного теплообменного элемента, фитингов и вспомогательных емкостей. Основные конструктивные, технологические и технико-эксплуатационные характеристики: универсальная конструкция фитингов; взаимозаменяемость элементов рабочих узлов; автоматизированное управление, осуществляемое с помощью программируемых логических контроллеров, которое может быть реализовано удаленным образом. Степень внедрения: изготовлены и используются экспериментальные образцы реакционных емкостей, фитингов, теплообменных элементов; изготовлен согласно текущей пневмогидравлической схеме и используется макет ЛБ-1. Область применения – периодические и полунепрерывные биотехнологические процессы малого объема, прямое и обратное масштабирование лабораторных экспериментов. П.2. «Оптимизация питательной среды и получение внеклеточных карбогидраз на основе штамма-продуцента P. verruculosum P-53». Объектом исследования являлся мицелиальный гриб Penicillium verruculosum. Цель работы – оптимизация питательной среды и получение внеклеточных карбогидраз на основе штамма-продуцента P. verruculosum P-53. Проведено исследование возможности замены микрокристаллической целлюлозы (МКЦ), традиционно использующейся при биотехнологическом производстве карбогидраз, на альтернативные субстраты (промежуточные продукты и отходы промышленной переработки зерна) при культивировании в колбах и лабораторных ферментерах объёмом 1 и 10 л. Получен сухой ферментный препарат и изучены его биохимические свойства (рН- и температурные оптимумы, стабильность при хранении). Основные конструктивные, технологические и технико-эксплуатационные характеристики: технология получения ферментных препаратов с использованием штамма P. verruculosum P-53. Степень внедрения. Разработан способ получения ферментного комплекса гриба P. verruculosum с использованием более дешевых, альтернативных МКЦ, источников углерода и питательных элементов при культивировании в 1 л и 10 л ферментерах. Результаты этих исследований лягут в основу последующих экспериментов по масштабированию процесса получения ферментного препарата при культивировании в ферментерах объемом до 1000 л. Область применения. На сегодняшний день область применения целлюлазных (целлюлолитических) ферментов очень обширна. Эти ферменты применяются в следующих отраслях промышленности: - пищевая промышленность: экстракция и осветление соков, нектаров; получение каротина и пищевых красителей; размягчение сырья для виноделия; добавка для омолаживания ячменя в пивоварении; - текстильная промышленность: придание мягкости хлопчатобумажным тканям; - производство детергентов: энзимная добавка в синтетические моющие средства; - целлюлозно-бумажное производство; - производство биотоплива; - сельское хозяйство: добавка к кормам, повышающая их питательную ценность.