Установка для твердофазной ферментации

Установка для твердофазной ферментации

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СО(.(ИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) А1 (511 4 С 12 M 1/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К АBTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3640901/28-13 (22) 21.09.83 (46) 23.08.86. Бюл. В 3! (71) Институт биохимии и физиологии микроорганизмов АН СССР (72) 10. В. Редикульцев, Л. А. Литвиненко, Е. Л. Головлев, Л. А. Головлева, Д. Н. Черменский и Г. К. Скрябин (53) 663.1(088.8) (56) Виестур Ст. У. Э. и др. Биореактор для твердофаэной ферментации./Тезисы докладов Всесоюзного симпозиума. 12 — 16 апреля 1982 r.

Рига, 1982, т. i, с. !84 н 185 ° (54)(57) УСТАНОВКА ДЛЯ ТВЕРДОФАЗНОЙ

ФЕРМКНТАЦИИ, содержащая биореактор с крышкой и теплообменной рубашкой, устройство для загрузки растительного сырья и выгрузки готового продукта, инокулятор, источ-. ник сжатого воздуха и пара и логический блок управления, о т— л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения производительности, она снабжена установленными вертикально в биореакторе на разной высоте питателями для ввода пара, питательной среды, инокулята н воздуха, выполненными в виде труб с заостренными наконечниками, имеющими радиальные отверстия, распределителем газожидкостных потоков и буферной емкостью для жидкой питательной среды с регулятором уровня питательной среды, при этом распределитель газожидкостных потоков соединен через обратный клапан, с регулятором уровня питательной среды и через управляющий клапаны - с питателями и с нижней полостью ииокулятора, верхняя полость которого трубопроводом связана с верхней частью буферной емкости, З а через бактериальный фильтр и соответствующие регулирующие клапаны — с источником сжатого воздуха, с атмосферой и источником пара, причем последний подключен при помощи насоса и клапана к нижним полостям биореактора н буферной емкости, а устройство для загрузки растительного сырья и выгрузки готового продукта выполнено в виде сетчатого контейнера, размещенного внутри биореактора.

1252334

Изобретение относится к устройствам для микробиологической переработки нерастворимого растительного сырья с целью получения таких продуктов, как белок, ферменты, органические кислоты и других продуктов и может быть использовано в микробиологической, медицинской, химической промышленности и сельском хозяйстве.

Известна установка для твердофаэной ферментации, содержащая биореактор с крышкой и теплообменной рубашкой, устройство для загрузки растительного сырья и выгрузки продукта, инокулятор, источники сжатого воздуха и пара и логический блок управления (1) .

Недостатком известной установки является то, что невозможно осуществить полную загрузку биореактора иэза размещения внутри его диффузоратеплообменника и шнека с ворошителями, следствием чего является низкий выход получаемого продукта, а использование в биореакторе механического перемешивающего устройства эначительно повьппает металлоемкость биореактора, требует дополнительных энергозатрат.

Цель изобретения — повьппение производительности установки.

Указанная цель достигается тем, что в установке для твердофаэной ферментации, содержащей биореактор с крьппкой и теплообменной рубашкой, устройство для загрузки растительного сырья и выгрузки готового продукта, инокулятор, источники сжатогого воздуха и пара и логический блок управления, отличительной особенностью является то, что установка снабжена установленными вертикально в биореакторе на разной высоте питателями для ввода пара, питательной среди, инокулята и воздуха и выполненными в виде труб с заостренными наконечниками, имеющими радиальные отверстия, распределителем газожндкостных потоков. и буферной емкостью для жидкой питательной среды с регулятором уровня, при этом распределитель газожидкостных потоков соединен через обратный клапан с регулятором уровня жидкости и через управляющь . клапаны — с питателями и с нижней полостью инокулятора, верхняя полость которого посредством трубопровода связана с верхней частью буферной емкости, а через

Ю

55 бактернальный фильтр и соответствующие регулирующие клапаны — с источником сжатого воздуха, с атмосферой и источником пара, причем последний подключен посредством насоса и клапана к нижним полостям биореактора и буферной емкости, а устройство для загрузки растительного сырья и выгрузки готового продукта выполнено в виде сетчатого контейнера, размещенного внутри биореактора.

На чертеже схематично показана установка для твердофазной ферментации.

Установка содержит биореактор 1 с крышкой 2 и теплообменной рубаш- . кой 3, сетчатый контейнер 4 для загрузки растительного сырья и выгрузки готового продукта, инокулятор 5 с теплообменной рубашкой 6 и мешалкой 7, штуцером 8 с заглушкой 9 для ввода в инокулятор посевного материала, фильтр 10 воздуха и управляемые клапаны 11 и 12 для ввода и вывода аэрирующего воздуха в инокулятор и нэ него источник 13 сжатого воздуха с задатчиком 14 давления, бактериальным фильтром 15 воздуха, клапанами 16 — 18, соединяющими установку с источником 13 сжатого воздуха, атмосферой и источником 19 пара (парогенератором), имеющим ловушку 20 пара, а также логический блок 21 управления, буферную емкость 22 с крышкой 23, содержащей регулятор 24 уровня питательной среды, обратный клапан 25 и распределитель 26 газожидкостных потоков с управляемым клапаном 27, установленным в трубопроводе, соединяющем инокулятор с распределителем газожидкостных потоков и клапанами 28, соединяющими этот распределитель с питателями 29, закрепленными в крышке биореактора и имеющими заостренные наконечники 30 для облегчения их ввода в растительный субстрат с радиально расположенными в них отверстиями 31 для протока пара, конденсата инокулята, воздуха, экстракта или эксудата в биореактор, а также клапан 32, насос 33 и клапан 34, соединяющие биореактор 1 с буферной емкостью 22 и парогенератором 19.

Установка работает следующим образом.

Контейнер 4 полностью загружают растительным сырьем и устанавливают

3 1252 в биореакторе 1, При закрывании последнего крышкой 2 питатели 29 вводят в субстрат. Затем биореактор 1 герметизируют, в парогенератор 19 заливают дистиллированную воду, а на логическом блоке 21 управления установкой включают режим "Стерилизация .1

При включении этого режима клапаны 18, 11 и 27 открываются, клапаны 16, 12, 34 и 17 закрываются, кла- !О паны 28 и 32 начинают работать в противофазе, поочередно открываясь и закрываясь по заданной программе.

Включается насос 33 и нагреватель парогенератора 19 (не показан). При нагреве дистиллированная вода, находящаяся в парогенераторе 19, закипает и пар через клапан 18, бактериальный фильтр 15, клапан 11, инокулятор 5, клапан 27, распреде- 20 литель 26 газожидкостных потоков и питатели 29 поступает в биореактор I.

Одновременно пар поступает в буферную емкость 22, из которой частично через регулятор 24 уровня жидкости, обратный клапан 25, распределитель 26 газожидкостных потоков и питатели 29 поступает в биоректор I через клапан 32 и вместе с образующимся в биореакторе 1 конденсатом с помощью íà- 30 соса 33 откачивается обратно в парогеиератор 19. Воздух иэ установки выбрасывается в атмосферу через ловушку 20 пара.

По истечении заданного времени стерилизации установки отключается нагрев парогенератора )9, клапаны 18, 28 н ll закрываются, насос 33 отключается и открывается клапан 34, через который образованный при стерилиэа- 40 ции растительного сырья экстракт вытесняется из парогенератора 19 в биореактор 1, а через клапан 32 — в буферную емкость 22 и далее через регулятор 24 уровня жидкости, обратный клапан 25, распределитель 26 гаэожидкостных потоков и клапан 27 поступает в инокулятор 5. После полного или частичного (в зависимости от поставленной задачи) вытеснения экстрак. 0 та из парогенератора 19 в биореактор 1, буферную емкость 22 и инокулятор 5, клапаны 34 и 27 закрываются, а клапаны 11 и 17 открываются и давление в установке выравнивают с атмос- ферным.

Охлаждение установки осуществляют подачей хладоносителя в теплообмен334 4 ную рубашку 3 биореактора I и теплообменную рубашку 6 инокулятора 5.

Засев инокулятора 5 микроорганизмами проводят через штупер 8, для чего, ке нарушая асептических условий в биореакторе, с него снимают заглушку 9 и подсоединяют сосуд с посевным материалом. Не исключается при этом, в случае необходимости, внесение в инокулятор 5 и дополнительных веществ. Для инкубирования посевного материала на логическом блоке 21 управления включают программу Инокулят". Эта программа обеспечивает в инокуляторе 5 необходимые для роста биологического объекта условия перемешивания, термостатирования и аэрации.

Перемешивание культуральной суспензии в инокуляторе проводят посредством вращающейся мешалки 7, термостатирование — прокачкой через теплообменную рубашку 6 теплоносителя, а аэрацию осуществляют в импульсном режиме по заданной программе, для чего на задатчике 14 давления устанавливают выбранное давление воздуха, а на логическом блоке 21 управления — время циклов на срабатывание клапанов )6 и 17. При этом сжачъФ воздух через клапан 16, бактериальный фильтр 15 и клапан ll поступает в инокулятор 5 и нагнетает в нем давление заданной величины. Затем клапан 16 закрывается и открывается клапан 17 и часть воздуха из инокулятора 5 через клапан ll бактериальный фильтр )5, клапан 17 и задатчик 14 давления выбрасывается в атмосферу, сохраняя в инокуляроте 5 достаточное давление воздуха, заданное задатчиком 14 давления. Далее циклы подачи аэрирующего воздуха в инокулятор повторяются. При достижении в инокуляторе 5 выбранной кон- центрации биомассы полученным инокулятом засевают биореактор 1, для чего на логическом блоке 21 управления включают программу "Биоконверсия".

Для реализации этой программы используют клапаны ll, 12, 27, 28 и 32, запрограммированное обрабатывание которых обеспечивает дробный засев инокулятом биореактора 1, распределение этого инокулята по всему объему растительного субстрата, находящегося в биореакторе 1, вытеснение жидкой среды иэ биореакS 12 тора 1 и сбор ее в буферной емкости 22, увлажнение этой средой растительного субстрата и восполнение объема инокулятора 5 жидкой питательной средой иэ буферной емкости 22. При засеве биореактора 1 инокулятором и равномерном распределении его по всему объему растительного субстрата синхронно с каждым из клапанов 28 открываются клапаны 27, 16 и в противофазе с ними клапан 32.

Воздух для аэрации от источника 13 сжатого воздуха подается через клапан 16, бактериальный фильтр 15 и клапан 11 н инокулятор 5, выдавливая иэ него инокулят через клапан 2?, распределитель 26 гаэожидкостных потоков и один из открытых клапанов 28, и через соответствующий ему питатель 29 и радиальные отверстия 31 поступает в биореактор. Одновременно воздух через бактериальный о фильтр 15 поступает в буферную емкость 22 и через регулятор 24 уроння жидкости, обратный клапан 25, распределитель 26 газожидкостных потоков и обратный клапан 28 нагнетается в соответствующий питатель 29, создавая в отверстиях 31 разбрызгивание инокулята и аэрацию биологического объекта.

Поступивший в биореактор 1 инокулят вытесняет из растительного субстрата жидкую среду, которая вместе с обработанным воздухом в виде газожидкостной смеси по трубопроводу через клапан 32 выдавливается н буферную емкость 22, где происходит разделение жидкости и газа, газ по трубопроводу через фильтр 15, клапан 17 и задатчнк 14 давления выбрасывается в атмосферу. При этом регулятор 24 уровня питательной среды может быть установлен на любом заданном уровне, что обеспечивает поддер:канне влаж-ности и отвод тепла в биореакторе 1.

Для восполнения рабочего объема инокулятора жидкой питательной средой регулятор 24 уровня питательной среды погружают в жидкость, находящуюся в буферной емкости 22. Не прекращая циклической аэрации, временно закрываются клапаны 1! и 28 и жидкая питательная среда из буферной емкости 22 вытесняется поступающим на аэрацию сжатым воздухом через регулятор 24 уровня питательной среды, обратный клапан 25, распределитель 26

52334 а

1О

55 газожидкостных потоков и клапан 27 в инокуля тор 5 до уровня жидкости, заданного регулятором 24 уроння.

Процесс биаконнерсии растительного сырья н установке можно проводить как с дробным вводом инокулята н биореактор 1 и заполнением питательной средой инокулятора 5, так и при разовом засеве инокулятом растительного субстрата биореактора l.

По завершении процесса биоконнерсии отключают подачу сжатого воздуха в установку, давление в ней выравнивают с атмосферным, снимают крышку 2 с биореактора 1 и извлекают из него сетчатый контейнер 4 с готовым продуктом. Стерилизацию установки можно осуществлять беэ стерилизации инокулятора 5, для чего последний отключают от установки, закрывают клапан 11 и открывают клапан 12, при этом газовая полость инокулятора 5 посредством трубопровода с установленными н нем фильтром 10 н клапаном 12 сообщается с атмосферой, сохранив асептические условия выращивания инокулята.

В отличии от известных устройств аэрацию и теплообмен н устанонке осуществляют без применения механических перемешивающих устройств, пагубно действующих на состояние биологического объекта и снижающих выход продукта. Освобождение полости биореактора от механизмов перемешивания субстрата позволяет полностью использовать полезный объем биореактора для увеличения загрузки субстратом и получить большой выход продукта при разовой загрузке.

Дробный засен инокулятом и разбрызгивание его в разных точках объема растительного субстрата аэрирующим воздухом, а также использование контура циркуляции жидкости для увлажнения растительного субстрата и его тепломассообмена позволяет получить гомогенный рост мицелия гриба во всем объеме субстрата, что также способствует увеличению выхода получаемого продукта. Предусмотренная возможность использования в установке сменных контейнеров для загрузки растительного сырья и выгрузки готового продукта позволяет сохранить структуру субстрата, сократить время на перегрузку биореактора и транспортировку растительного сырья и продукта.

1252334

Составитель Г. Богачева

Редактор И. Дербак Техред Л.Сердюкова Корректор, M. Демчик

«

Заказ 4588/27 Тиран 490 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1l3035, Москва, Ж-35, Раувская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4