В работе рассматриваются различные способы перемешивания культур низших фототрофов в фотобиореакторах для интенсивного культивирования. Представлены преимущества и недостатки различных способов перемешивания суспензии клеток. Отмечены преимущества вихревого способа перемешивания, как наиболее перспективного способа перемешивания культур микроводорослей. Принципиальной особенностью современных газовихревых аппаратов является создание закрученных потоков воздуха над суспензией клеток. Воздушный вихрь над суспензией за счет трения воздуха о поверхность раздела фаз и разницы давления между периферией и центром газовоздушного вихря вовлекает в вихревое движение саму суспензию клеток, благодаря чему происходит достаточно мягкое воздействие на клетки при перемешивании. Именно такое перемешивание суспензии закрученным потоком позволяет исключить высокотурбулентные и застойные зоны, гидроудары и эффект кавитации, а также образование как напряжения среза, так и зоны локальных перегревов, губительно сказывающихся на жизнеспособности чувствительных к механическому воздействию культур клеток. Таким образом, в вихревых аппаратах удовлетворяются практически все требования, предъявляемые к перемешиванию клеток для широкого класса микробиологических объектов. К культурам микроводорослей при перемешивании предъявляются гораздо меньшие требования. Поэтому для интенсивного культивирования микроводорослей достаточно использование вихря только в самой суспензии, что в значительной мере упрощает конструкцию вихревого аппарата. Одним из простейших способов создания вихря внутри суспензии является вращение погружённого на определённый уровень плоского кольца (диафрагмы) посредством механического привода или тангенциального ввода воздушного потока в фотобиореактор. Изготовление такого кольца возможно из любого прозрачного материала, например, из листового поликарбоната, что позволяет сделать кольцо любого диаметра, а процесс интенсивного культивирования микроводорослей легко масштабировать до заданного уровня.
низшие фототрофы, торнадо, фотобиореактор
1. Алексеенко С.В., Куйбин П.А., Окулов В.Л. Введение в теорию концентрированных вихрей. Новосибирск, Институт компьютерных исследований, 2003, 504 с. @@Alekseenko S.V., Kuibin P.A., Okulov V.L.Introduction to the theory of concentrated vortices. Novosibirsk, Institut komp'yuternykh issledovaniy, 2003, 504 p. (In Russ.)
2. Вараксин А.Ю., Ромаш М.Э., Копейцев В.Н. Торнадо. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2011, 344 с. @@Varaksin A.Yu., Romash M.E., Kopeytsev V.N. Tornado. Moscow: FIZMATLIT, 2011, 344 p. (In Russ.)
3. Наумов И.В. Штерн В.Н. Двухэтажное торнадо. Природа, 2021, № 4, c. 12-19. DOI: 10.7868/S0032874X21040025 @@Naumov I.V. Shtern V.N. Two-story tornado. Priroda, 2021, no. 4, pp. 12-19. (In Russ.) DOI: 10.7868/S0032874X21040025
4. Пуанкаре А. Теория вихрей. Ижевск, 2000, 160 с. @@Poincaré A. Theory of vortices. Izhevsk, 2000, 160 p. (In Russ.)
5. Козлов В.В. Общая теория вихрей. Ижевск, 1998, 238 с. @@Kozlov V.V. General theory of vortices. Izhevsk, 1998, 238 p. (In Russ.)
6. Сэффмэн Ф. Дж. Динамика вихрей. М.: Научный мир, 2000, 376 с. @@Saffman F.J. Dynamics of vortices. Moscow: Nauchnyy mir, 2000, 376 p. (In Russ.)
7. Ляндзберг А.Р., Латкин А.С. Вихревые теплообменники и конденсация в закрученном потоке. Петропавловск-Камчатский: КамчатГТУ, 2004, 149 с. @@Lyandzberg A.R., Latkin A.S. Vortex heat exchangers and swirling condensation. Petropavlovsk-Kamchatsky: KamchatGTU, 2004, 149 p. (In Russ.)
8. Суслов А.Д., Иванов С.В., Мурашкин А.В., Чижиков Ю.В. Вихревые аппараты. М., Машиностроение, 1985, 256 с. @@Suslov A.D., Ivanov S.V., Murashkin A.V., Chizhikov Yu.V. Vortex devices. Moscow, Mashinostroyeniye, 1985, 256 p. (In Russ.)
9. Воробьев И.Д., Кислых В. И., Харченко В.А. Массообмен в клеточном культиваторе "Биоколь". Гидродинамика и процессы переноса в биореакторах. Новосибирск, Ин-т теплофизики, 1989, c. 35-40. @@Vorobiev I.D., Kislykh V.I., Kharchenko V.A. Mass transfer in the cell cultivator "Biokol". Hydrodynamics and transfer processes in bioreactors. Novosibirsk, Institut teplofiziki, 1989, pp. 35-40. (In Russ.)]
10. Кислых В.И., Рамазанов Ю.А., Майстренко В.Ф., Мертвецов Н.П. Вихревой биореактор «Биок» 1. Опыт культивирования штамма E. coli BL 21 (ДЕ 3) рZZSA, продуцирующего рекомбинантный антиогенин человека. Биотехнология, 2000, № 4, c. 72-79. @@Kislykh V.I., Ramazanov Yu.A., Maistrenko V.F., Mertvetsov N.P. Vortex bioreactor "Biok" 1. Experience of cultivation of E. coli BL 21 (DE 3) pZZSA strain, producing recombinant human antiogenin. Biotechnology, 2000, no. 4, pp. 72-79. (In Russ.)
11. Мертвецов Н.П., Рамазанов Ю.А., Репков А.П., Дударев А.Н., Кислых В.И. Газовихревые биореакторы «Биок». Использование в современной биотехнологии. Новосибирск: Наука, 2002, 118 с. @@Mertvetsov N.P., Ramazanov Yu.A., Repkov A.P., Dudarev A.N., Kislykh V.I. «Biok» gas vortex bioreactors. Use in modern biotechnology. Novosibirsk: Nauka, 2002, 118 p. (In Russ.)
12. Бадаев Б.Н., Воробьёв И.Д., Кислых В.И., Харченко В.А., Репков А.П. Аппарат для культивирования клеток тканей или микроорганизмов. Пат. SU 1779690 (51) МПК C12M 1/04 (1990.01). Заявка: № 89 4700908, заявл. 06.06.1989, опубл. 07.12.1992, бюл. № 34. @@Badaev B.N., Vorobiev I.D., Kislykh V.I., Kharchenko V.A., Repkov A.P. Apparatus for the cultivation of tissue cells or microorganisms. Pat. SU 1779690 (51) MPK C12M 1/04 (1990.01). Application: No. 89 4700908, app. 06.06.1989, publ. 07.12.1992, bul. no. 34. (In Russ.)
13. Кислых В.И., Рамазанов Ю.А., Репков А.П., Воробьев И.Д. Аппарат для суспензионного культивирования клеток тканей и микроорганизмов. Пат.RU 2125579 C1, МПК С12М 1/14,3/00. № 98117375/13, заявл. 22.09.1998, опубл. 27.08.1999, бюл. № 34. @@Kislykh V.I., Ramazanov Yu.A., Repkov A.P., Vorobiev I.D. Apparatus for suspension cultivation of tissue cells and microorganisms. Pat.RU 2125579 C1, MPK C12M 1 / 14.3 / 00. No. 98117375/13, app. 09/22/1998, publ. 27.08.1999, bul. no. 34. (In Russ.)
14. Геворгиз Р.Г., Железнова С.Н., Зозуля Ю.В., Уваров И.П., Репков А.П., Лелеков А.С. Промышленная технология производства биомассы морской диатомеи Cylindrotheca closterium (Ehrenberg) Reimann & Lewin с использованием газовихревого фотобиореактора. Актуальные вопросы биологической физики и химии. БФФХ-2016: материалы XI международной научно-технической конференции, г. Севастополь, 25-29 апреля 2016 г.: в 2 т., Севастополь, 2016, т. 1, с. 73-77. @@Gevorgiz R.G., Zheleznova S.N., Zozulya Yu.V., Uvarov I.P., Repkov A.P., Lelekov A.S. Industrial technology for the production of biomass of the marine diatom Cylindrotheca closterium (Ehrenberg) Reimann & Lewin using a gas vortex photobioreactor.Russian Journal of Biological Physics and Chemistry. Materials of the XI International Scientific and Technical Conference, Sevastopol, April 25-29, 2016: in 2 volumes, Sevastopol, 2016, vol. 1, pp. 73-77. (In Russ.)
15. Геворгиз Р.Г., Железнова С.Н., Нехорошев М.В., Бобко Н.И., Зозуля Ю.В., Уваров И.П. Промышленная технология получения фукоксантина - морского противоопухолевого каротиноида. Российский биотерапевтический журнал, 2017, т. 16, № 51, с. 22. @@Gevorgiz R.G., Zheleznova S.N., Nekhoroshev M.V., Bobko N.I., Zozulya Yu.V., Uvarov I.P. Industrial technology for producing fucoxanthin, a marine antitumor carotenoid. Rossiyskiy bioterapevticheskiy zhurnal, 2017, vol. 16, iss. 51, p. 22. (In Russ.)
16. Зозуля Ю.В., Рожков О.А., Уваров И.П., Геворгиз Р.Г. Кормовая комплексная биологически активная добавка для животных и птиц. Пат.RU 2708161 C1, МПК A23K 10/16 (2019.08); A23K 10/30 (2019.08); A23K 20/28 (2019.08). № 2019111587, заявл. 16.04.2019, опубл. 05.12.2019, бюл. № 34. @@Zozulya Yu.V., Rozhkov O.A., Uvarov I.P., Gevorgiz R.G. Forage complex biologically active additive for animals and birds. Pat.RU 2708161 C1, MPK A23K 10/16 (2019.08); A23K 10/30 (2019.08); A23K 20/28 (2019.08). No. 2019111587, app. 04/16/2019, publ. 05.12.2019, bul. no. 34. (In Russ.)
