БИОРЕАКТОР ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ БАКТЕРИАЛЬНОЙ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ Российский патент 2024 года по МПК C12P19/04 C12M1/02 C12M1/00 

Изобретение относится к области микробиологического получения бактериальной целлюлозы (далее БЦ), которая может быть использована в медицине, промышленности и технике.

Известен способ получения бактериальной целлюлозы Gluconacetobacter sucrofermentans Н-110 статическим культивированием, при котором БЦ получают в открытых стеклянных емкостях в жидкой фазе послеспиртовой зерновой барды при температуре 28±2°С в течение 3-5 суток, с последующим отделением от культуральной среды, отложившейся в виде пленки, на активной поверхности ванночки. (Патент RU №2536973, МПК C12N 1/20, опубликован 2006.01), С12Р 19/04, опубликован 2006.01), C12R 1/01, опубликован 2006.01).

Недостатком данного решения является то, что биореактор, представляющий открытую стеклянную емкость, имеет небольшую площадь активной поверхности, что приводит к низкой производительности.

Наиболее близким по технической сущности решением является вертикальный биореактор для выращивания аэробных микроорганизмов динамическим культивированием, включающий корпус с рубашкой теплообмена, вал, диски, штуцеры подвода и отвода отработанного воздуха, и культуральной жидкости, насос рециркуляции культуральной жидкости. (Патент RU №2664860, МПК С12М 1/02, 2006.01), С12М 1/21, 2006.01, С12М 1/36, 2006.01. C12N 1/00, опубликован 23.09.1997).

Недостатком данного решения является малая площадь активной поверхности и, как следствие этого, низкая производительность готового продукта.

Задачей заявляемого изобретения является увеличение площади активной поверхности и повышение производительности процесса получения бактериальной целлюлозы.

Технический результат заключается в снижении энергозатрат, в повышении производительности, в сокращении времени цикла, в сохранении высокого качества готового продукта за счет придания горизонтального положения корпусу биореактора и снабжению его, расположенным внутри, вращающимся барабаном.

Указанный технический результат достигается тем, что в биореакторе для получения бактериальной целлюлозы, включающем корпус с рубашкой теплообмена, штуцеры подачи и отвода воздушной смеси и культуральной жидкости, вал на подшипниках, соединенный с приводом, согласно изобретению, корпус с рубашкой теплообмена выполнен горизонтальным, на валу жестко закреплены дисковые фланцы, соединенные с обечайкой цилиндрической формы, образуя барабан, радиус рабочей поверхности которого равен R_Б=0,9R, а кольцевой зазор между рабочими поверхностями корпуса и барабана равен 0,1R, где R - радиус корпуса.

Значение радиуса рабочей поверхности цилиндрического барабана R_Б=0,9R существенно уменьшает размер кольцевого зазора и делает равномерным радиальный размер кольцевой полости между рабочими поверхностями корпуса и барабана по всей длине барабана.

При значении кольцевого зазора, равном 0,1R, создается предпосылка для интенсификации перемешивания частиц и капель в динамически турбулизирующей воздушной смеси по всему объему рабочей кольцевой полости.

Эти особенности способствуют активизации интенсификации синтеза БЦ и увеличению толщины ее слоя на рабочей поверхности вращающегося барабана.

На фиг.1 изображен фронтальный продольный разрез биореактора по оси его симметрии.

Биореактор состоит из горизонтального корпуса с рубашкой теплообмена 1, дисковые фланцы, соединенные с обечайкой цилиндрической формы, образуя барабан закрепленного на валу 2, штуцера подачи культуральной жидкости (питательная среда содержащая бактерии) 3 и штуцера для отвода культуральной жидкости, служащий для отбора проб культуральной жидкости 4, штуцер подачи воздушной смеси 5 и штуцер отвода воздушной смеси 6.

Биореактор работает следующим образом.

До начала работы, все поверхности биореактора, воздух в корпусе и все соединительные отверстия стерилизуют, используя для этого водяной пар и вентиляцию.

До помещения в биореактор, исходный рабочий продукт - необходимую биологическую культуру - хранят в специальных условиях в неактивном состоянии - например, замораживают.

Для культивации небольшую пробу микроорганизмов наращивают в лабораторных условиях до состояния «рабочей порции».

Культуральную жидкость (бактерии с питательной средой) вводят в биореактор, предварительно прошедший стерилизацию водяным паром и провентилируемый.

В корпус с рубашкой теплообмена 1 через штуцер 3 вводится культуральная жидкость (культура и среда определяется в зависимости от любого конкретного запатентованного способа получения БЦ).

После загрузки в биореактор культуральной жидкости, начинается этап биосинтеза - когда помещенные внутрь прибора культуры начинают активно размножаться и расти, благодаря тому, что для них были созданы оптимальные условия в соответствии с требованиями, указанными в каждом конкретном способе получения БЦ.

Для обеспечения оптимальной температуры согласно требованиям, указанными к каждому конкретному способу получения БЦ в биореакторе служит рубашка корпуса теплообмена 1, в которую подается вода необходимой температуры. Одновременно с подачей воды в корпус с рубашкой теплообмена 1, через штуцер подачи воздушной смеси 5 подается воздух. Для сохранения атмосферного давления в корпусе с рубашкой теплообмена 1 служит штуцер для отвода воздуха 6.

Бактерии синтезируют целлюлозу из низкомолекулярных соединений (сахаров или других углеводов) и выделяют ее в водную среду в виде нанофибрил, которые образуют пленку на границе сред: культуральная жидкость - воздух.

Для увеличения поверхности, на которой адсорбируются клетки, а затем синтезируется бактериальная целлюлоза, в корпус биореактора с рубашкой теплообмена 1, помещены дисковые фланцы, соединенные с обечайкой цилиндрической формы, образуя барабан, закрепленный на валу 2. Вращение вала с барабаном 2 происходит с помощью привода, скорость вращения которого составляет 1…6 об/мин.

Контроль рН и количества глюкозы в питательной среде осуществляется через штуцер для отбора проб культуральной жидкости 4.

По окончании процесса получения бактериальной целлюлозы, привод отключают от электропитания, останавливают подачу воды в кожух и воздуха.

Готовый продукт - БЦ в виде пленки удаляется на дальнейшую стадию процесса его обработки.

Предлагаемое решение позволяет существенно увеличить площадь активных поверхностей, повысить производительность процесса получения бактериальной целлюлозы, при этом сохраняя высокое качество готового продукта.

Изобретение относится к области микробиологического получения бактериальной целлюлозы, которая может быть использована в медицине, промышленности и технике. Биореактор для получения бактериальной целлюлозы включает корпус с рубашкой теплообмена, штуцеры подачи и отвода воздушной смеси, штуцеры подачи и отвода культуральной жидкости, вал на подшипниках, соединенный с приводом. Корпус с рубашкой теплообмена выполнен горизонтальным. На валу жестко закреплены дисковые фланцы, соединенные с обечайкой цилиндрической формы, образуя барабан, радиус рабочей поверхности которого равен R_Б=0,9R. Кольцевой зазор между рабочими поверхностями корпуса и барабана равен 0,1R, где R - радиус корпуса. Использование биореактора обеспечивает снижение энергозатрат, повышение производительности, сокращение времени цикла при сохранении высокого качества готового продукта за счет придания горизонтального положения корпусу биореактора и снабжения его расположенным внутри вращающимся барабаном. 1 ил.

Биореактор для получения бактериальной целлюлозы, включающий корпус с рубашкой теплообмена, штуцеры подачи и отвода воздушной смеси, штуцеры подачи и отвода культуральной жидкости, вал на подшипниках, соединенный с приводом, отличающийся тем, что корпус с рубашкой теплообмена выполнен горизонтальным, на валу жестко закреплены дисковые фланцы, соединенные с обечайкой цилиндрической формы, образуя барабан, радиус рабочей поверхности которого равен R_Б=0,9R, а кольцевой зазор между рабочими поверхностями корпуса и барабана равен 0,1R, где R - радиус корпуса.