ساخت و ارزیابی عملکرد مجموعه موازی از زیست واکنش گاه های کوچک مقیاس حبابی جدید

در سال های اخیر زیست واکنش گاه های کوچک مقیاس موازی با تجهیزات برخط برای کاهش زمان و هزینه های مورد نیاز توسعه فرایندهای زیستی، مورد توجه هستند. با وجود توسعه انواع زیست واکنش گاه های کوچک مقیاس، تا کنون گزارش های اندکی از نتایج مطالعه بر روی زیست واکنش گاه های مینیاتوری حبابی منتشر شده است. در این پژوهش، سامانه متشکل از سه زیست واکنش گاه مینیاتوری حبابی با حداقل حجم کاری 20 میلی لیتر با توجه ساخت و تجهیز آسان، انجام فرایندهای موازی در حجم کاری کم نسبت به زیست واکنش گاه های مینیاتوری حبابی بزرگتر و کاهش مواد مصرفی و زمان فرایند، ساخته و با حسگرهای جدید نوری و بر خط برای اندازه گیری اکسیژن محلول و الکترود ph تجهیز شد. سایر تجهیزات مورد نیاز مانند گرمخانه و پمپ تزریق اسید و باز برای کنترل ph برای تکمیل سامانه مورد نظر به کار رفت. اشرشیاکلی به عنوان ریزاندامگان مدل برای ارزیابی عملکرد سامانه از لحاظ هیدرودینامیکی و سینتیکی انتخاب شد. بر اساس تحلیل های آماری، پارامترکنترل ph در حدود 7 در طول تخمیر، تنها بر روی افزایش kla اثر معنی داری داشت. افزایش سرعت هوادهی تأثیر معنی داری بر شدت رشد ویژه ریزاندامگان (µ) نداشت اما باعث افزایش ضریب حجمی انتقال جرم (kla) و میزان تبخیر شد. نرخ مصرف اکسیژن (our) نیز همانند µ در هوادهی های مختلف ثابت ماند. افزایش دما، مقدار µ، kla و میزان تبخیر را به صورت معنی داری افزایش داد و our نیز متناسب با µ افزایش یافت. با توجه به مقدار عدد بدون بعد دمکوهلر، واکنش شیمیایی کنترل کننده سرعت کلی فرایند زیستی است. تکرار پذیری نتایج در سه زیست واکنش گاه، مقدار بالای kla به دست آمده در این سامانه ( h-1800 <kla ) و امکان تعمیم نتایج سینتیک رشد و هیدرودینامیک جریان به مقیاس بزرگ تر، این سامانه ها را به عنوان یک گزینه موثر و کارآمد در کنار دیگر سامانه ها نظیر زیست واکنش گاه های همزن دار مینیاتوری، مطرح می سازد. شبیه سازی سه بعدی هیدرودینامیک و انتقال جرم در زیست واکنش گاه مینیاتوری حبابی 20 میلی لیتری توسعه یافته در این پژوهش با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی (cfd)، نشان داد که کوچک بودن ابعاد زیست واکنش گاه موجب اهمیت اثرات دیواره بر رفتار جریان می شود که این اثر با افزایش هوادهی بیشتر شد. همانند نتایج تجربی، با افزایش هوادهی مقدار our پیش بینی شده توسط مدل سازی تغییری نکرد. مقدار kla به دست آمده از شیب نمودارهای our بر حسب غلظت اکسیژن مصرفی، با دقت خوبی قابل مقایسه با مقادیر تجربی بود.