Установка для выращивания микроорганизмов

Установка для выращивания микроорганизмов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к микробиологической промышленности. Цель изобретения - упрощение конструкции и повышение удобства эксплуатации. Установка снабжена исполнительным преобразователем 6, обратными клапанами 23 и 24, дополнительным штуцером 26, двухпозиционным регулируемым датчиком - реле давления 3. При этом аэрирующее устройство 5, содержащее две параллельные линии подачи и сброса воздуха, каждая из которых снабжена последовательно соединенными управляемым клапаном 32/37/, ротаметрическим индикатором 33/38/ и регулируемым пневмодросселем 34/39/, работает в импульсном режиме. Установка снабжена также сменными ферментационными сосудами, позволяющими культивировать микроорганизмы как на жидких, так и на твердых субстратах. Построение установки по приведенной схеме позволяет сократить до минимума объем полости, значительно повышая тем самым коэффициент заполнения ферментационного сосуда суспензией по сравнению с ферментерами, использующими непрерывную аэрацию. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

09) (Н>

tsu4 С 12М 1 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А 8ТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ м

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР (21) 4291534/31-13 (22) 28.07.87 (46) 15 ° 07.89. Вюл. к 26 (71) Специальное конструкторское бюро биологического приборостроения

АН СССР и Институт биохимии и физиологии микроорганизмов АН СССР (72) b.Ô.Íåñòåðoâ и Ю.В.Редикульцев (53) 663.132 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 734256, кл. С 12 M 1/00, 198<. .

2 (54) УСТАНОВКА ДЛЯ ВЫРАЩИВАНИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ (57) Изобретение относится к микробиологической промышленности. Цель изобретения — упрощение конструкции и повышение удобства эксплуатации.

Установка снабжена исполнительным преобразователем 6, обратными клапанами 23 и 24, дополнительным штуцерам 26, двух::оэициопным регулируемыч датчиком-реле давления 3. При 310М

1493670

1О аэрирующее устройство 5, содержащее две параллельные линии подачи и сброса воздуха, каждая из которых снабжена последовательно соединенными управляемым клапаном 32(37), ротаметрическим индикатором 33 (38) и регулируемым пневмодросселем 34 (39), работает в импульсном режиме.

Установка снабжена также сменными ферментационными сосудами, позволяюИзобретение относится к микробиологической промышленности.

Цель изобретения — упрощение конструкции и повышение удобства эксплуатации за счет использования регулируемой по амплитуде и частоте импульсной аэрации и ее индикации.

На фиг.1 показана схема импульсного ферментера для культивирования на твердом субстрате; на фиг.2 схема импульсного ферментера для культивирования на жидких питательных средах.

Ферментер содержит ферментационный сосуд 1 с твердым субстратом (фпг.1) и. и ферментационный сосуд 2 . жидкой питательной средой (фиг.2), к которым подключены датчик-реле 3 да ления, соединенный с верхней газовой полостью ферментационного сосуда 35

1 или 2, ул1витель 4 пены и капельной влаги, импульсный аэратор 5, соединенный воздушным трубопроводом с уловителем 4, и исполнительный преобразователь 6, соединенный электричес- 40 кими цепями с датчиком-реле 3 давления. К выхо;,у воздуха из аэратора 5 может быть подключен источник 7 вакуума.

Ферментационный сосуд "освоит 45 иэ емкости 8, внутри которэй размешен твер.<ый питательный субстрат 9 (солома, огилки и т.п.), ограниченный сверху и снизу элементами удержа ьия 0 в виде перфорирован) .ь1х влас- 50

-.ин или сеток. Г1ежду ними и крышками емкости 8 о: разованы небольшис газовые полости 11 и 12.

Вн,три твердого субстрата 9 размещены трубчатые зонды 13 для подведения внутрь его воздуха, объединенные в коллектор 14. Ферментационный сосуд 2 (см.фиг.2) cocTоит иэ емкости

15„ внутри которой находится суспенщими культивировать микроорганизмы как на жидких, так и на твердых субстратах. Построение установки по приведенной схеме позволяет сократить до минимума объем полости, значитель-, но повышая тем самым коэффициент заполнения ферментационного сосуда суспенэией по сравнению с ферментера-, ми, использующими непрерывную аэрацию. 1 э.п ° A-лы, 2 ил.

I зия 16 микроорганизмов в жидкой питательной среде. Через верхнюю крышку сосуда 15 герметично введены вал перемешивающего устройства 17 и трубопровод воздушного барботера 18. Иежду верхней крышкой сосуда 15 и поверхностью суспензии в нем образуется газовая полость 19.

Датчик-реле 3 давления представляет собой устройство, в котором имеются два регулируемых по величине давления срабатывания электрических контактов 20 и 21, из которых 20— соответствует верхнему пределу срабатывания, а 21 — нижнему.

Уловитель 4 представляет собой корпус, внутрь которого введена трубка 22 входа воздуха с пеной или каплями влаги. На входе этой трубки и на выходе из корпуса уловителя установлены обратные клапаны 23 и 24.

Уловитель 4 снабжен единым трубопроводом 25 отвода-годвода воздуха от аэратора к ферментационному сосуду или наоборот, а также специальным штуцером 27 с биофильтром для стерильного ввода в ферментер инокулята и растворов свежей питательной среды.

После обратного клапана 24 в трубопроводе подачи воздуха в ферментационный сосуд предусмотрен кран 27 для слива излишков культуральной жидкосTH °

Импульсный аэратор 5 имеет в своем составе два канала: 28 — подачи воздуха в ферментационный сосуд и 29— сброса его из этого сосуда. Канал 28 подачи состоит из последовательно соединенных воздушного редуктора 30 с манометром 31, электромагнитного клапана 32, ротаметрического индика" тора 33, регулируемого пневмодроссе. ля 34 и воздушного биофильтра 35.

Канал 29 сброса состоит иэ фиофи ьт5 1493670 ра 36, электромагнитного клапана 37, и ротаметрического индикатора 38 и ре- н гулируемого пневмодросселя 39. н

Исполнительный преобразователь 6 н (на фиг. показан один из возможных

5 н вариантов его исполнення) содержит 3 в качестве основных функциональных 2 элементов управляемые диоды 40 и 41 (например, типа КУ2028), конденсатор 10 д

42, резисторы 43, 44, 45 для подстройки режимов работы управляющих диодов, диодный мост 46 и конденсатор 47 в цепи питания данного преобразователя. В схему преобразователя 15 р

6 также включены контакты 20 и 21 датчика-реле 3 (вход) и обмотки электромагнитных клапанов 32 и 37 импульсного аэратора 5 (выход). В 4 данном ферментере ферментационные 2 тр

О сосуды 1 и 2 являются сменными как по функциональному назначению, так Во и по конструкции и объему. Ферментер снабжен также трубопроводом 48 возврата культуральной жидкости и 25 тр краном 49 отбора суспензии.

Данный ферментер работает следующим образом.

В аэраторе 5 редуктором 30 устанавливают необходимое исходное,авление воздуха по манометру 31 и включают в работу исполнительный преобразователь 6. Давление в ферментационном сосуде 1 (или 2) отсутствует, поэтому контакт 21 датчика-реле 3 замкнут, вследствие чего диод

1l lI

40 открыт и по обмотке электромагнитного клапана 32 протекает ток, необходимый для его покрытия. Электромагнитный клапан 37 в этом положении закрыт. Воздух поступает через ротаметрический индикатор 33, регулируемый пневмодроссель 34 и бисфильтр 35 ио трубопроводу 25 в уловитель 4, Обратный клапан 23 не пропускает его вверх, поэтому воздух через обратный клапан 24 поступает в коллектор 14 (фиг.i) или барботер

18 (фиг.2) .

При культивировании на твердом субстрате (фиг.1) воздух по трубчатым зондам 13 равномерно распределяется по всей толще предварительно увлажненного субстрата 9, и также заполняет полости 11 и 12. Влага из твердого субстрата частично скапливается в нижней части полости 12.

Дальнейший выход воздуха закрыт (кла ан 37 закрыт), поэтому происходит арастание давления в ферментационом сосуде 1. Время нарастания давлеия определяется пропускной способостью регулируемого пневмодросселя

4. При этом в датчике-реле 3 контакт уже разомкнулся, но контакт 20 ще не замкнут, однако диод 40 проолжает быть "открытым", в результае чего клапан 32 также продолжает аходиться в открытом положении.

При достижении давления в ферменационном сосуде 1 величины, на котоую заранее отрегулирован датчик-рее 3, замыкается контакт 20. Электриеский импульс "открывает" диод 41 через конденсатор 42 закрывает диод

О.Таким образом, в аэраторе 5 элекомагнитный клапан 32 закрывается

У дновременно открывается клапан 37. здух из субстрата 9 и полостей 11 !

2, увлекая за собой капельную агу, через обратный клапан 13 и убку 22 попадает в уловитель 4. Капельная влага из этого воздуха выпадает в нижнюю часть уловителя 4, а воздух по трубопроводу 25, через биофильтр 36, открытый клапан 37„ роте-.

30 метрический индикатор 38 и регулируемый пневмодроссель 39 сбрасывается в атмосферу, унося с собой из фсрментационного сосуда 1 газообразные метаболиты процесса ферментации

„ в нем. Время сбрсса определяется пропускной способностью регулируемого пневмодросселя 39. Падение давления воздуха в сосуде 1 продолжаегся до величины, заранее установленной ,10 в датчике-реле 3. При достижении ее замыкается контакт 21 в датчике-реле

3 (контакт 20 разомкнут ранее) . электрический импульс открывает диод

40 и закрывает диод 4 1 в прсобразо45 вателе 6, таким образом происходит одновременное открытие клапана 32 и закрытие клапана 37, после чего начинается вновь подъем давления в сосуде 1 за счет притока в него свежего Воэду"а уже описанный Выше °

При этом поступающий в уловитель 4 воздух вынесет скопившуюся в нижней его части жидкость через зонды 13 в массу твердого субстрата, вновь увлажняя его. При необходимости излиш55 нюю влагу можно удалить через кран

27. После нескольких циклов аэрации через штуцер 26 с биофнльтром в процессе вводят инокулят для распреде1493670 ления его внутри твердого субстрата.

Через этот же штуцер можно периодически вводить различные жидкие добавки, стимуляторы, рН-титранты и т.п.

Ротаметрические индикаторы 33 и

38 позволяют вести визуальное наблюI дение за циклами подъема-сброса давления, контролировать их частоту, время нарастания и спада давления, что значительно повышает удобство эксплуатации ферментера.

Наличие в аэраторе 5 регулируемых пневмодросселей 34 на входе и 39 на выходе позволяет легко изменять беэ 15 остановки процесса ферментации как время подъема давления в ферментационном сосуде 1 или 2, так и время его сброса, независимо друг от друга что очень важно при переходе дли- 20 тельного ферментационного процесса из одной стадии в другую.

Кроме того, это имеет большее значение при изменении объемов заменяющихся ферментационных сосудов. Таким образом, последовательно соединенные клапан 32 (37), ротаметрический индикатор 33 (38) и регулируемый пневмодроссель 34 (39) выполняют функцию времязадающего элемента, регулирую- 30 щего длительность цикла подъема (спада) давления, а сочетание такого элемента с регулируемым датчикомреле давления 3 обеспечивает регулируемую частоту и амплитуду импульсов аэрации. При замене в данном ферментере сосуда 1 для твердофазной ферментации на сосуд 2 для культивирования в жидкой суспензии принцип действия (фиг.2) остается тем же са- 40 мым.

Отличие заключается в том, что воздух из уловителя 4 поступает в барботер 18, откуда меЛкими пузырьками, диспергируемыми и вместе с 45 суспензией 16 перемешиваемыми мешалкой 17, попадает в полость 19 над суспензией, повышая в ней давление аналогично описанному выше.

При этом вспенивание поверхности

50 суспензии будет значительно слабее, чем при непрерывной продувке ее воздухом, так как воздух теряет после жидкой фазы свою динамику (кинетическую энергию) в связи с тем, что да55 льнейший выход еяу перекрыт °

При сбросе давления из сосуда 2 воздух стравливается в основном из полости 19 и лишь небольшая его часть, успевшая раствориться в суспензии

16, выходит через ее поверхность.

При этом цикл стравливания воздуха либо короткий по времени, либо, если растянутый, то не столь интенсивный по скорости движения воздуха, что также вызывает небольшое вспенивание поверхности суспензии в полости 19.

Небольшая часть все-таки образовавшейся пены, уносимая с потоком выходящего из полости 19 воздуха, осядет в нижней части уловителя 4, откуда будет вновь возвращена в ферментационный сосуд 2 с потоком свежего воздуха при цикле подъема давления через трубопровод 48 возврата культуральной жидкости.

Для осуществления проточного режима ферментации свежая питательная среда и рН-титранты вводятся через штуцер 26 от внешних дозаторов (не показаны), а соответствующий отбор суспензии производят через кран 49.

Осуществление описанной выше аэрации з ферментере с жидкой суспензией позволяет сократить до минимума объем полости 19, и, таким образом, значительно повысить коэффициент заполнения ферментационного сосуда суспензией по сравнению с ферментерами, использующими непрерывную аэрацию.

В том случае, когда требуется более полное удаление паров жидкости и газообразных метаболитов из процесса культивирования на твердых или на жидких субстратах, к выходу воз— духа иэ импульсного аэратора 5 подключают источник 7 вакуума (вакуумная магистраль, вакуум-насос и т.п.).

Величина вакуума выбирается, исходя из конкретных задач осуществляемого процесса культивирования микроорганизмов °

Формула и з обретения

1. Установка для выращивания микроорганизмов, содержащая ферментационный сосуд, аэрирующее устройство с патрубками входа и выхода воздуха, уловитель пены и капельной влаги, трубопровод возврата культуральной жидкости в ферментационный сосуд, устройство управления, устройство для периодических повьппения и понижения давления, о т л и ч а ю щ а яс я тем, что, с целью упрощения конс1493670!

Фиг. 2 трукции и повышения удобства в эксплуатации, она снабжена обратными клапанами, установленными на входе и выходе уловителя пены и капельной жидкости, содержащего дополнительный штуцер для стерильного ввода раствора питательной среды и инокулята, исполнительнымпреобразователем,днухпозиционным регулируемым датчикомреле давления, подключенным к газовой полости ферментационного сосуда, а аэрирующее устройство содержит две параллельные линии подачи и сброса воздуха, каждая нэ которых снабжена последовательно соединенными управляемым клапаном, ротаметрическим индикатором H регулируемым пневмодросселем, причем они соединены в общую магистраль, связанную с воздушной полостью уловителя пены и капельной

5 влаги последний подключен к патрубФ ку выхода воздуха из ферментациониого сосуда через трубопровод возврата культуральной жидкости, при этом выходы датчика-реле давления подключены к входу исполнительного преобразователя, выходы которого подключены в противофазе к управляемыч клапанам аэрирунхцего устройства.

2. Установка по п.1, о т л и— ч а ю щ а я с я тем, что ферментационный сосуд выполнен сменным, а линия сброса воздуха подключена к источнику вакуума.