бозначается как одностадийное. Многостадийное культивирование с последовательным или каскадным расположением реакторов позволяет внедрить принцип дифференцированных режимов в непрерывные биотехнологические процессы. Эти дифференцированные режимы не сменяют друг друга во времени, а одновременно осуществляются в последовательно расположенных аппаратах. Например, в первом из биореакторов создают оптимальные условия для роста культуры, а во втором — для биосинтеза целевого продукта.

В простейшем случае свежая среда подается в первый из расположенных в ряд аппаратов. В более сложных биореакторных системах среду или ее отдельные компоненты вводят и на последующих стадиях процесса, осуществляемых в остальных биореакторах. Эта система, являющаяся аналогом периодического культивирования с подпиткой, может быть дополнена механизмом рециркуляции отдельных порций биомассы, возвращаемых с более «поздних» стадий к более «ранним». Здесь «ранний» и «поздний» в отличие от периодического культивирования соответствуют не временным, а пространственно разделенным этапам процесса. Подпитка позволяет значительно повысить конечный выход биомассы (С. Дж. Перт, 1978).

При разработке новых биотехнологических процессов первоначально прибегают к периодическому культивированию. На непрерывный режим пока переведена сравнительно небольшая доля биотехнологических процессов. Перспективность непрерывных пооцессов связана с возможностью конвейерного получения больших количеств целевого продукта, для которых в условиях периодического культивирования потребовались бы крупногабаритные аппараты. Переход к непрерывным процессам сокращает затраты рабочего времени на загрузку и разгрузку биореактора, его чистку и мойку.

В то же время непрерывные процессы, особенно многостадийные, в сравнении с периодическими требуют более сложной конструкции аппарата и систем контроля, что ведет к увеличению капиталовложений. Надежность аппаратов для непрерывных биотехнологических процессов тоже должна удовлетворять более высоким требованиям. Достаточно сказать, что в многостадийных процессах, наиболее перспективных из непрерывных, нарушение режима работы одного из аппаратов влечет за собой выход из строя всей установки. Непрерывные процессы в сравнении с периодическими обычно дают более высокий выход продукта в единицу времени (в расчете на один и тот же объем), однако концентрация продукта всегда бывает ниже, что обусловливает меньшую окупаемость средств, затраченных на непрерывный процесс (К. Г. Федосеев, 1977). Длительное протекание непрерывных биотехнологических процессов ведет к обрастанию труб и стенок биореакторов, особенно при культивировании мицелиальных грибов и актиномицетов, так что необходимо изобретать особые средства борьбы с этим явлением. При непрерывном культивировании мутантных и особенно генноинженерных штаммов продуцентов возникает угроза утраты их ценных свойств. Поэтому актуальной является разработка методов длительного поддержания подобных полезных «монстров» в активном состоянии.

Периодическое культивирование еще далеко не исчерпало своих возможностей. Его модификации (с подпиткой, отъемно-доливочное) дают очень высокие выходы целевых продуктов, порой намного превышающие результаты применения чисто непрерывных процессов (Lab. Pract., 1985). Эти модификации дают простор для компьютерной оптимизации на основе: 1) принципа дифференцированных режимов и 2) принципа программного управления процессом. Программируются все нюансы аэрации, температурных условий, значений рН и окислительно-восстановительного потенциала среды в течение всего биотехнологического процесса. В целом решение вопроса о выборе периодического или непрерывного режима того или иного процесса должно быть подчинено соображениям экономической целесообразности.

§ 7. Специализированные типы биотехнологических процессов и аппаратов

Анаэробные процессы. Реакторы для анаэробных процессов не имеют приспособлений для аэрирования среды. Однако некоторые из этих процессов протекают с потреблением газообразных субстратов — водорода, метана, поэтому приходится применять барботер и другие приспособления для подачи газа в жидшстъ. Например, установка для бактериальной денитрификации воды (ее очистки от нитратов и нитритов), функционирующая в анаэробных условиях, включает приспособление для обеспечения водородом. Перемешивание среды в ходе анаэробных процессов осуществляется низкоскоростной механической мешалкой или созданием тока жидкости по циркуляционному контуру. В зависимости от того, насколько строго следует придерживаться анаэробных условий, применяют конструкционные детали, предохраняющие среду культивирования от контакта с кислородом (Lab. Pract., 1985).

Упрощение конструкции аппаратов при ведении процессов в анаэробных условиях, естественно, ведет к их удешевлению — фактор, побуждающий отказываться от аэробных процессов в пользу анаэробных, в частности, при очистке сточных вод (J. van Kasteren, 1983). В то время как аэробное расщепление органических субстр