Mums ir pieredze kompleksu bioreaktoru līniju izgatavošanā un ieviešanā biotehnoloģiskajās ražotnēs.

Mēs izstrādājam tehniskās prasības, projektu un kvalifikācijas dokumentus, ražojam iekārtas un nodrošinām to piegādi, montāžu un palaišanu.

Mums ir pieredze bioreaktoru pielietošanā sekojošos ražošanas procesos:

1. Līdzekļa ieguve augsnes attīrīšanai no naftas piesārņojuma

Doto fermentācijas sistēmu izmanto ar naftas produktiem piesārņotu augšņu attīrīšanā. Baktēriju konsorcijs, kuru kultivē (ražo) ar doto sistēmu, – tika iegūts no ar naftu piesārņotu augšņu paraugiem.

Fermentācijas sistēma sastāv no 30, 100 un 800 litru bioreaktoriem. Cits 800 litru bioreaktors tiek izmantots barotnes uzglabāšanai. Katrā bioreaktorā tiek kontrolēta temperatūra, pH, pO2, putas un līmenis, kā arī automātiska substrāta padeve, kura realizēta ar laikā mainīgu piebarošanas ātrumu (piebarošanas ātrumu profils). Tiek nodrošināta visas fermentāciju sistēmas un to savienojumu sterilizācija.

2. Fermentu ieguve piensaimniecības nozarei

Dotā sistēma tiek izmantota ieraugu ražošanai piensaimniecības vajadzībām, izmantojot šādus mikroorganismus: mezofilos – Lactococcuslactis; termofilos – Streptococcusthermophilus un raugus – no Candida celmiem

Līnija sastāv no sējmateriāla sagatavošanas fermentieriem ar 10 un 100 l darba tilpumu un vienu ražošanas fermentieri ar 1000 l darba tilpumu; no 100, 150 un 1000 l tvertnēm, kas ir paredzētas barotnes pagatavošanai, kā arī tehnoloģisko šķīdumu un produktu glābšanai aseptiskos apstākļos. Visi fermentieri ir savienoti tehnoloģiskā līnijā ar cauruļvadiem, lai būtu iespējams veikt mazgāšanu un sterilizāciju ar CIP/SIP ierīcēm. Tehnoloģiskās līnijas mazgāšana notiek ar divām mobilām CIP ierīcēm. Datu uzkrāšana, apstrāde un dokumentēšana notiek ar SCADA programmas palīdzību, kura ir uzstādāma lietotāja datorā.

3. Dzīvnieku vakcīnu ieguve

Šī ir pilnībā slēgta sistēma, kas sastāv no sekojošiem elementiem:

  • Divām identiskām ražošanas līnijām, kas ietver bioreaktorus ar tilpumiem 20, 100, 500 un 3000 litri;
  • Sistēma, kura sastāv no cauruļvadiem ar siltumizolāciju un membrānu vārstu grupu ar četriem vārstiem, kas savieno bioreaktorus;
  • Stacionāra CIP/SIP sistēma automātiskai bioreaktoru un savienojošo cauruļvadu tīrīšanai un sterilizācija;
  • Barotņu gatavošanas un pārnešanas zona; tvertnes (reaktori) barotnes sagatavošanai un pārnesēji;
  • Pārvietojama tvertne ar savienojuma mezgliem CIP/SIP sistēmai.

Visi bioreaktori un pārējā tehnoloģiskā aparatūra ir savienota ar siltinātiem cauruļvadiem un aseptisko membrānu vārstu grupu.

Pneimatiski kontrolēto vārstu grupa tiek lietota, lai nodrošinātu katra bioreaktora integrēšanu tehnoloģiskajā līnijā.

Katrā vārstā ir uzstādīts pozīcijas sensors, un katrā vārstu grupā ir uzstādīts vibrāciju sensors vides klātbūtnes noteikšanai. Šāds membrānu vārstu grupas dizains nodrošina sterilu substrāta, produkta un CIP šķīduma transportu.

Automatizētā kontroles sistēma var tikt iedalīta 3 daļās:

  • Bioreaktors un CIP/SIP sistēmas lokālā automātika;
  • Centrālā kaskāžu kontroles sistēma;
  • Datorizēta kontroles sistēma SCADA.

 

Katrs bioreaktors ir aprīkots ar tehnoloģisko statni, lai nodrošinātu automatizētu fermentācijas, tīrīšanas, sterilizēšanas, sildīšanas un dzesēšanas procesus. Katra bioreaktora tvertne un tehnoloģiskā statne ir aprīkota ar pneimatiskiem elementiem: maisītāju, cirkulācijas sūkni un peristaltiskiem sūkņiem. Bioreaktorā ir iebūvēti pH, pO2, temperatūras, šķidruma līmeņa, putu līmeņa un spiediena sensori. Visi sensori un kontroles elementi ir savienoti ar attiecīgo bioreaktoru kontroles lokālo sistēmu, kur lokālā kontrole notiek caur krāsu skārienjūtīgu displeju (7” vai 9.6”). Šī bioreaktora kontroles sistēma lieto Siemens Simatic kontrolierus.

Tādā veidā katra bioreaktora lokālā kontrole tika nodrošināta neatkarīgi no pārējiem bioreaktoriem. Centrālā kaskādes kontroles sistēma (CKKS) nodrošina savienojumus starp dažādiem bioreaktoriem un CIP/SIP sistēmu, kā arī ar datorizēto SCADA sistēmu. Šim mērķim tika izvēlēts jaudīgāks Siemens Simatic kontrolieris. CKKS kontrolē noteiktas vārstu grupas, balstoties uz izvēlēto recepti un nosacījumiem attiecīgajiem sensoriem bioreaktorā, kā arī CIP/SIP sistēmu un cauruļvadus (vides klātbūtnes sensori ir novietoti vārstu grupā).

Centrālā kaskādes kontroles sistēma tieši kontrolē sekojošus procesus izvēlētajos bioreaktoros vai cauruļvados: CIP tīrīšanu, SIP sterilizēšanu, barotnes piebarošanu, biomasas pārnesi no viena bioreaktora uz otru, un bioreaktoru iztukšošanu.

GMP prasībām atbilstošu biofarmācijas produktu ieguvi nodrošina paplašinātā vizualizācijas un kontroles SCADA programma, kas izveidota, ievērojot pf 21CFR Part11 (US FDA) prasības. Papildus standarta kontroles un vizualizācijas funkcijām, SCADA programma arī nodrošina elektronisko datu ierakstīšanu, autorizētu sistēmas ielogošanās piekļuvi un operatora darbību reģistrāciju, atbilstoši izvirzītajām prasībām. A/S „Biotehniskais centrs” ir attīstījis krieviskotu versiju SCADA programmai. Programmatūra ir veidota balstoties uz industriālo programmatūras paku saskaņā ar 21CFR Part 11.

Programmatūra SCADA pilda šādas funkcijas:

  • Procesa izvēle;
  • Recepšu izvēle, sastādīšana un saglabāšana;
  • Stāvokļa kontroles vizualizācija;
  • Grafisko procesu un parametru attēlošana;
  • Kontroles sistēmas datu arhivēšana;
  • Operatora darbību žurnāls/reģistrācija;
  • Trauksmes signālu žurnāls/reģistrācija;
  • Dažādi pieejas līmeņi programmatūrā SCADA;
  • Attālināta piekļuve sistēmai caur internetu.

Šāda automatizēta procesa struktūra biofarmaceitiskajā ražošanā ir vienkārša un ērta darbam. Kombinējot atsevišķa bioreaktora lokālo kontroli un centrālo kaskādes kontroles sistēmu visai procesa līnijai, dod iespēju ātri piekļūt atsevišķām iekārtām, visā līnijā nezaudējot kontroli pār savstarpēji saistītajiem procesiem. Kā rezultātā, operatora kļūdas risks ir minimizēts, un automatizēts vadības process ir nodrošināt vienlaicīgi ar dokumentāciju, ievērojot jaunākais GMP prasības.

4. Augstas pievienotās vērtības produktu ieguve, lietojot biotehnoloģisku piena sūkalu pārstrādi

Mūsdienās ir apgūta piena sūkalu pārstrādāšanas tehnoloģija produktos ar augstu pievienoto vērtību – t.i. piena sūkalu proteīnā. Piena sūkalas pārstrādes procesā kā blakusprodukts rodas sūkalu laktoze. Šī produkta utilizēšana, nepiesārņojot vidi, ir problemātiska. Tādejādi šis neatrasinātais jautājums neļauj izstrādāt sūkalu pārstrādes procesu ar pietiekamu rentabilitāti.

Latvijas uzņēmums BALTIC DAIRY BOARD 2015. gadā nodeva lietošanā piena sūkalu pārstrādes rūpnīcu ar laktozes pārstrādes cehu. Uzņēmums kopā ar Latvijas biotehnologiem izstrādāja dažādu piena sūkalu, kā arī sūkalu laktozes pārstrādes bioprocesu, kurā tiek izmantoti raugu celmi, kas efektīvi izmanto laktozi kā substrātu. Un tā rezultātā iespējams iegūt raugus, kas pielietojami pārtikas rūpniecībā. Dotā tehnoloģija ir veiksmīgi ievesta, un, kā atzīst nozares eksperti, tā ir unikāla un dod iespēju iegūt produktu ar augstu pievienoto vērtību.

Fermentācijas procesa nodrošināšanai tiek izmantota tehnoloģiskā līnija, kura sastāv no bioreaktoriem ar tilpumu 35, 350, 4000 litri un diviem 15000 l bioreaktoriem. Visos bioreaktoros tiek izmantots jauna tipa magnētiskais maisītājs (arī 15000 litru bioreaktorā!). Minētā sistēma ir pilnīgi noslēgta un automatizēta, izmantojot cauruļvadu sistēmu un 4 membrānu vārstu grupu, kas sasaista bioreaktorus. Sistēma ar membrānu vārstiem nodrošina sterilu barotnes šķīdumu un produktu transportu, kā arī cauruļvadu un reaktoru mazgāšanu un sterilizēšanu.

Katrs bioreaktors ir aprīkots ar tehnoloģisko statni, lai nodrošinātu automatizētu fermentācijas procesu, mazgāšanu, sterilizēšanu, sildīšanas un dzesēšanas procesus. Katra bioreaktora lokālā vadība notiek caur krāsu skārienjūtīgu displeju (9.6”). Bioreaktora kontrolei pielieto Siemens Simatic S7-300 (ET200) kontrolierus. Tādā veidā tiek nodrošināta katra bioreaktora lokāla vadība, neatkarīgi no pārējiem bioreaktoriem.

Centrālā kaskādes kontroles sistēma (CKKS) nodrošina savienojumus starp dažādiem bioreaktoriem un CIP/SIP sistēmu, kā arī ar datorizēto SCADA sistēmu. Šim mērķim tika izvēlēts jaudīgāks Siemens Simatic kontrolieris S7-300 (S7-317). CKKS kontrolē noteiktas vārstu grupas, balstoties uz izvēlēto recepti un nosacījumiem atbilstošajiem sensoriem bioreaktorā, kā arī CIP/SIP sistēmā un cauruļvados (vides klātbūtnes sensori ir novietoti vārstu grupās).

Centrālā kaskādes kontroles sistēma tieši kontrolē sekojošus procesus izvēlētajos bioreaktoros vai cauruļvados: CIP mazgāšanu, SIP sterilizēšanu, barotnes padošanu, biomasas (t.i. sējmateriāla) pārnešanu no viena bioreaktora uz otru, un bioreaktoru iztukšošanu. Pirms izvēlētā procesa palaišanas, jāizvēlas vai jāsastāda jauna recepte. Katrā receptē arī tiek noteikts substrāta, produkta,  CIP šķīdumu un SIP tvaika kustības maršruts.

5. Augsnes auglību paaugstinošu kultūru (augsnes bagātinātāju) biotehnoloģiska ieguve

Divas bioreaktoru līnijas tiek izmantotas bioloģisku produktu ražošanai, kas uzlabo augsnes auglību, atjauno to dabisko balansu un palielina augu produktivitāti. Galvenais produkts sastāv no baktērijām, kas fiksē gaisā esošo slāpekli, atbrīvo fosforu, palielina kālija absorbciju un cīnās ar sēnīšu izraisītām augu slimībām.

Pirmā līnija sastāv no 50, 500 un 5000 litru bioreaktoriem, savukārt otrā līnija no 50, 500, 5000 un 20000 litru bioreaktoriem. Visos bioreaktoros ir uzstādīti inovatīvi magnētiskie maisītāji (arī 20 000 litru bioreaktorā!). Šīs ir pilnībā slēgtas sistēmas un visas darbības starp bioreaktoru, CIP, SIP un sajaukšanas trauku ir pilnīgi automatizētas.

6. Bioreaktori metālu bakteriālai ekstrahēšanai

Bakteriālā ekstrahēšana jeb bioizskalošana ir metode, ar kuras palīdzību tiek iegūti metāli no to rūdām, izmantojot mikroorganismus. Šo metodi var pielietot, piemēram, vara, cinka, svina, arsēna, antimona, niķeļa, molibdēna, zelta, sudraba un kobalta iegūšanai.

Mēs esam izstrādājuši un izgatavojuši laboratorijas un pilota mēroga bioreaktoru sistēmas bakteriālai ekstrahēšanai atbilstoši sekojošai konfigurācijai:

  1. Divi 6 litru bioreaktori inokulanta sagatavošanai UN četri 6 litru bioreaktori ar piebarošanas bioreaktoru, kas cits pēc cita savstarpēji ir savienoti ar peristaltisko sūkņu palīdzību. Visas bioreaktoru iekšējās daļas ir veidotas no stikla, PTFE vai īpaša ķīmiski izturīga pārklājuma.
  2. Trīs 30 un 80 litru bioreaktori ar 80 litru piebarošanas bioreaktori, kas ir savstarpēji savienoti cits ar citu. Vielu pārliešanu no reaktora uz reaktoru var īstenot divos veidos: ar peristaltiskajiem sūkņiem vai gravitācijas palīdzību. Visas bioreaktoru iekšējās daļas ir pārklātas ar īpašu ķīmiski izturīgu pārklājumu.

Minētās bioreaktoru sistēmas var izmantot bakteriālās ekstrahēšanas tehnoloģiju attīstīšanai. Bioreaktoru konfigurācija var tikt pielāgota pēc individuāla pasūtījuma.

Viss aprīkojums tika konstruēts ES projektam, sadarbībā ar A/S „Biotehniskais centrs”, kalnrūpniecības un metalurģijas institūtu „Bor” (Serbija) un „Mintek” (Dienvidāfrika).

Tehniskie risinājumi ir pielāgoti balstoties uz katra konkrētā produkta ieguves prasībām.