Biyologlar - Biyolojiye Gerçekçi Yaklaşım

FERMENTASYON VE FERMENTÖRLER

---

Fermentasyon kelimesi, «biyolojik değişim» anlamıyla tanınmakta ve yaygın şekilde kullanılmaktadır. Endüstriyel uygulamadaki özelliklerine göre belirlersek, «Tek mikroorganizma ile ve belirli optimum koşullarda gerçekleştirilen biyolojik değişimler yoluyla üretim teknolojisi» olarak tanımlayabiliriz.

Fermentasyon işlemlerinin gerçekleştirildiği kaplara «fermentör» denir.

Fermentasyon amacına göre yapılan Fermentörler

Çok değişik boyut ve biçimlerde fermentörler yapılmakta ve kullanılmaktadır. Örneğin, steroit biyotransferleri, 50- 100- 150 litrelik fermentörlerde gerçekleştirilirken antibiyotik fermentörleri 200 – 250 m3 boyutlarına ulaşabilmekte, tek hücre proteini üretimi için 1000 lt nin üzerinde fermentörler tercih edilmektedir.

Basınç gerektirmeyen bazı uygulamalarda (genellikle anaerobik fermentasyonlarda) tahta malzeme kullanılabilir. Büyük çoğunlukla metal fermentörler yaygındır. İlk zamanlar fermentörler bakır yada demir malzemeden yapılmaktaydı. Günümüzde genellikle paslanmaz çelik malzeme kullanılmaktadır.

Aerobik fermentasyonların çok büyük kısmı, karıştırıcılı derin fermentasyon uygulamasıdır. Bu sebeple, fermentör kavramı, genellikle böyle uygulamanın yapıldığı (derin = submerged) fermentörleri anımsatmaktadır.

Fermentörlerin temel özellikleri

Farklı büyüklüklerine karşın, fermentörler aşağıdaki temel özelliklere sahip olmalıdır:

a) Steril çalışmaya elverişli gövde ve kısımları olmalıdır.

b) Uygun karıştırma (O2 ve ısı transferi) sağlanmalıdır.

c) Steril katkılara elverişli girişler ve katkı sistemleri içermelidir.

d) Kontrol aletleri ile komple olmalıdır (Sıcaklık, pH, O2 vs.)
Yukarıdaki özellikleri taşıyan fermentörler, 2-3 litrelik laboratuvar tiplerinden 20 – 250 m3’lük endüstriyel modellere kadar çeşitli boyutlarda olabilmektedir. Boy farklılıklarına rağmen, fermentörlerin biçimleri genellikle benzerlik gösterir.

Derin Karıştırıcılı Fermentörün genel yapısı aşağıdaki gibidir.

Fermentör ana elemanları aşağıda sıralanmıştır

1) Gövde

Genellikle silindiriktir. Alt ve üstteki bombeler basınca karşı dayanırlığın artmasına yarar. Çoğunlukla dıştan serpantinle sarılıdır. Dış serpantinler soğutma yada ısıtma dışında, basınca karşı mukavemeti artırıcı oluşuyla tercih edilir. Fermentör boyu genellikle çapın 3-5 katıdır.

2) Kapak (Giriş menholü)

Besiyeri doldurmaya yarayacağı gibi, gövde içinin temizliğinde giriş için gereklidir. Kapak, besiyeri sterilizasyonu öncesi kapanır ve fermentasyon sonuna kadar kesinlikle açılmaz.

3) Ekim kapağı

Balon veya erlenmayer boyutunda geliştirilen inokulumun steril besiyerine katılması için kullanılır. İşlem alev yardımıyla gerçekleştirilir.

4) Dalgakıranlar

Paletlerin karıştırmasının kitleyi dairesel çevirmesini kırar. Böylece çalkalamaya, dolayısıyla O2 ve ısı transferine yardımcıdır. Genellikle dört tanedir ve genişlikleri fermentör çapının 1/10 yada 1/12’si kadardır.

5) Hava giriş simidi (Sparger)

Fermentöre giren havanın iyi dağılması amacına hizmet eder. Hava çeşitli büyüklükte yüzlerce delikten çıkarak yayılır.

6) Mil girişi ve salmastra sistemi

Fermentör yapımının en önemli noktalarından biridir. Fermentasyon sterilliğinin korunabilmesi için, bu noktadaki sızdırmazlığını mükemmel olması gerekir.

7) Steril hava girişi ve ölçüm aparatları

Fermentasyonda kullanılan hava belirli özelliklerde olmalıdır. Bu konu, sterillik kısmında ayrıca incelenecektir. Hava miktarı flowmetreler yardımıyla ölçülür.

8) Sıcaklık kontrol sistemi

Sterilizasyon ve fermentasyon süresince sıcaklığın ölçüm ve ayarı için özel aparatlar gereklidir.

9) Basınç kontrol sistemi

Fermentörlerin üstündeki gaz (hava) fazı yardımıyla artı basınç sağlanmalıdır. Böylece dışla bağlantılı kısımlardan istenmeyen mikroorganizmaların girişi önlenebilir. Artı basıncın 0.3 – 0.5 atmosfer kadar olması yeterlidir.

10) pH kontrol sistemi

Fermentasyon esnasında değişen pH nın kontrol ve ayarı, dolayısıyla uygun pH metreler gerekir.

11) Steril besiyeri katkı düzeni

Fermentasyon esnasında alınan örneklerin analiziyle, konsantrasyonu azalan besin katkıları (azotlu yada karbonhidratlı katkılar) steril şartlarda fermentöre aktarılabilmelidir. Keza biyosenteze yardımcı prekürsörler veya pH düzeltme çözeltileri (NH4OH yada H2SO4 gibi) uygun biçimde ortama aktarılmalıdır. Steril şartlarda transfer, uygun debili dozaj pompalarıyla yada fermentör basıncından fazla basınç altında tutulan özel kaplar yardımıyla sağlanır.

12) Örnek alma vanaları ve steril emniyet sistemi

Fermentasyonlarda, çok sıkı kapatılmış vanalar dahi sterilliğin sağlanmasına yeterli sayılmaz. Bu sebeple bütün giriş çıkış vanaları özel buhar düzeniyle korunur.

13) Karıştırıcı mil ve palet sistemi

Fermentasyonların ısı ve özellikle oksijen transferi için mükemmel bir karıştırma gereklidir. Karıştırma palet sistemleri, gücün optimum değerlendirilmesine ve optimum çalkalamaya hizmet edecek şekil ve büyüklüklerde seçilir.

14) Güç ve güç nakil sistemi (Motor redüktör ve mil)

Fermentörlerde karıştırmalar, uygun kapasitede motorlar yardımıyla sağlanan güç kullanılarak, uygun redüktörlerle ideal karıştırma hızıyla paletler döndürülerek sağlanır.

---