Ферментер Советский патент 1984 года по МПК C12M1/02 

Изобретение относится к аппаратам для периодического выращивания разли ных культур микроорганизмов на жидких, твердых или смешанных субстратах и может быть испольэованр в мик робиологической, пищевой, медяцкнской и химической отраслях промышлен ности, а также в научно-исследовател ской практике. Для культивирования микроорганиэ мов, а именно грибов, микроводорослей или отдельной культуры ткани, в микробиологической практике широко используют химические кол&л, укупоренные ватным фильтром, в которых размещен биологический объект, а его вь ащивание проводуи на термоста гируемой качалке Cl . Однако несмотря на универсальност колб, использование их ограничено в лабораторной практике из-за слабого массообмена. Кроме того, колбы не приспособлены для выращивания микроорганизмов на твердых питательных субстратах. Известны ферментеры, каждый из которых облещает гидродинамической характеристикой, обеспечивающей активный рост той или иной культуры микроорганизмов f2. Однако используемые перемешивающие устройства В этих ферментерах о разуют сильное вспенивание культурал ной жидкости, а для предотвращения пены в них используется химическое или механическое пеногашение, что влияет на характеристику протекающе гр процесса. Кроме того, указанные аппараты обеспечивают выращивание од ного или двух видов микроорганизмов например дрожжей или бактерий. Ha Iбoлee близким к изобретению те ническим решением является ферментер который содержит емкость, снабженную тегшообменной рубашкой и размещённым в верхней ее части бактериаль ным фильтром воздуха, аэратор с заборной трубкой и устройство для перемешивания, выполненное в виде-мембраны, установленной в пневмокамере Ферментер известной конструкции может быть использован только для выращивания бактерий или дрожжей на.жидких питательных средах. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей ап парата путем выращивания различных.-:: видов культур микроорганизмов на жид ких или твердых, или смешанных субстратах. Указанная цель достигается тем, что в ферментере, содержащем емкост снабженную теплообменной рубашкой и размещенным в верхней ее части бактериальным фильтром воздуха, аэратор с заборной трубкой и устройство для перемешивания, выполненное в виде мембраны., установленной в пневмокамере, пневмокамера отделена от полости емкости перегородкой с по меньшей мере одним отверстием, расположенным эксцентрично оси емкости, при этом аэратор размещен на перегородке и содержит камеру для распределения газовых и жидкостных потоков, снабженную установленными по ее высоте двумя обратными клапанами и размещенным между ними распорным кольцом с окнами для сообщения полости, расположенной между обратными клапанами с надмембранной полостью пневмокамеры, причем в стенке камеры выполнены отверстия для сообщения подклапанной полости с полостью емкости, Причем в емкости аппарата установлена горизонтальная перегородка с отверстиями для размещения твердого субстрата. На фиг. 1 схематично изображен ферментер; на фиг. 1 и 3 - то же, варианты выполнения, I Ферментер содержит емкость 1 с теплообменной рубашкой 2, в верхней части которой установлен бактериальный фильтр 3 воздуха, а по оси емкости 1 установлен аэратор 4 с заборной трубкой 5. Емкость 1 снабжена устройством для перемешивания, выполненного в виде мембраны б, установленной в пневмокамере 7 со штуцером 8, Пневмокамера 7 от полости емкости 1 отделена, перегородкой 9 с по меньшей мере одним отверстием 10,расположенным эксцентрично оси емкости 1. Аэратор 4 размещен на перегородке 9 и содержит камеру 11 для распределения газовых и жидкостных потоков, снабженную установленными по ее высоте двумя обратными клапанами 12 и 13 и размещенным между ними распорным кольцом 14 с окнами 15 для сообщения полости, расположенной между обратными клапанами с надмембранной полостью камеры 11,-причем в стенке камеры выполнены отверстия 16 и 17 для сообщения подклапанной полости с полостью емкости. Емкость 1 имеет герметизированное уплотнение 18. Внутри емкости 1 аппарата на заборной трубке 5 аэратора 4 установлена горизонтальная перегородка 19 с отверсти.чми 20 для размещения твердого субстрата и удерживаемая на аэраторе 4 с помощью уплотнительных колец 21. Согласно варианту ферментера (фиг, 2) -аэратор 4 снабжен струйным инжектором 22, Согласно варианту ферментера, изображенного на фиг. 3, аэратор 4 снабжен сферическим отражателем 23. Ферментер работает следующим образом. 3 исходном состоянии (фиг. 1) обратные клапаны 12 и 13 , расположенные в камере 11 для распределения газовых и жидкостных потоков, установлены в направлении для протока воздуха из емкости 1 s надмембранну полость пневмокамеры 7 и с возврато этого воздуха в подклапанную полост емкости 1 . Перед началом работы ферментера сняв бактериальный фильтр 3, вносят культуральную жидкость с таким расч том, чтобы аэрат 4 находился ВЕлше уровня этой жидкости, а затем вновь закрывают емкость 1 бактериальным фильтром 3 и в пневмокамеру 7 подают сжатый воздух с поочередным сбро сом его в атмосферу. При поступле- НИИ сжатого воздуха в пневмокамеру мембрана б поднимается вверх до соу дарения с перегородкой 9, при этом воздух вытесняется из надмембранной полости пневмокамеры 7 через отверстие 10 и 16 и через окна 15 распор .ного кольца 14 и клапан 13с его дальнейшим резким выбросом через от верстия 17 в полость емкости 1 . При резком выбросе воздуха в кул туральную жидкость в ней происходит растворение кислорода этого воздуха что необходимо при выращивании аэро ных микроорганизмов, отдельной ткани или мицелия.Кроме того, этот воз дух поднимает уровень культуральной жидкости в емкость 1, которая в сво очередь вытесняет часть воздуха, находящегося в наджидкостной полости емкости 1 через бактериальный фильтр 3 в атмосферу. Затем сжатый воздух из пневмокамеры 7 .через штуцер 8 сбрасывается в атмосферу и мембрана б возвращается в исходное положение, одновременно засасывая воздух из наджидкос ной полости, а также из атмосферы через фильтр 3, аэратор 4, заборную трубку 5, обратный клапан 12 окна 15распорного кольца 14 и отверстия 16и 10 в надмембранную полость пневмокамеры 7. Далее эти циклы можно повторять с заданной частотой на протяжении всего процесса выращивания микроорганизмов. Для проведения процессов выращивания микроорганизмов или мицелия на твердом субстрате, например соломе, опилках или угле, в ферментере на з-аборной трубке 5 аэратора 4 с по мощью уплотнительных колец 21 устанавливают горизонтальную перегородку 19 с отверстиями 20, на которой размещают твердый субстрат. Для поддержания необходимой влажности субстрата под горизонтальную перегород-гку 19 заливают воду или питательную среду, а аэрацию при таком процессе проводят аналогично описанному про- цессу выращивания микроорганизмов на жидком субст{5ате. . Согласно варианту (фиг. 2) аппарат работает следующим образом. Обратные клапаны 2 и 13 обеспечивают проток культуральной жидкости в камере 11 из емкости 1 в надмембранную полость пневм М амеры 7 и возврат этой жидкости в емкость 1 через струйный инжектор 22 . При поступлении сжатого воздуха в пневмокамеру 7 мембрана 6 поднимается вверх до соударения с перегородкой 9, при этом к льтуралБная .жидкость вытесняется4i3 верхней полости пневмокамеры 7 через отверстия 10 и 16 и окна 15 распорного кольца 14, клапан .12 и заборную трубку 5 аэратора 4, нагнетается в инжектор 22, после чего возвращается в виде струи в культуральную жидкость сосуда 1. Струи, пронизывая культуральную жидкость, диспергируют в ней воздух, который забирается ими из наджидкостной полости емкости 1. При сбросе сжатого воздуха из пневмокамеры 7 через штуцер 8 в атмосферу мембрана б возвращается в исходное положение, одновременно засасывая культурашьную жидкость из емкости 1 через отверстие 17, обратный клапан 13 окна 15 распорного кольца 14 и отверстия 16 и 10 обратно в над,мембранную полость пневмокамеры 7, Далее эти циклы повторяются с заданной частотой. Согласно конструктивному варианту (фиг. 3) аппарат работает аналогичным образом, при этом сферический отражатель 23 направляет культуралы ную жидкость на стенки емкости 1 в виде пленки для расширения световой поверхности при выращивании фотоавтотрофных микроорганизмов. По сравнению с известными предлагаемый ферментер имеет унифицированные узлы, которые в различных комбинациях позволяют проводить выращивание различных культур микроорганизмов (дрожжей, бактерий, грибов и отдельной культуры ткани) на жидких или твердых, или смешанных субстратах. Такой подход к решению проблелы исключает приобретение дорогостоящего ферментационного оборудования и позволяет значительно сократить врег/ш на обработку техноогии проводи «ых процессов.

Фиг.1

ЛЛЛЛЛЛЛЛЛЛЛЛЛЛ 1 Л Л

л; ,

У

Фиг.З

V V Л

Y

1. ФЕРМЕНТЕР, содержащий емкость, снабженную теплообменной рубашкой и размещенным в верхней ее части бактериальным фильтром воздуха, аэратор с заборной трубкой и устройство для перемешивания, выполненное в виде мембраны, установленной в пневмокамере, отличающийс я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей ферментера путем выращивания различных видов микроорганизмов на жидких или твердых или смешанных субстратах, пневмокамера отделена от полости емкости перегородкой с по меньшей мере одним отверстием, расположенным эксцентрично оси емкости, при этом аэратор размещен на перегородке и содержит камеру для распределения газовых и жидкостных потоков, снабженную установленными по её высоте двумя обратными клапанами и размещенным между ними распорным кольцом с окнами для сообщения полости, расположенной между е обратными клапанами с надмембранной полостью пневмокамеры, причем в стен (О ке камеры выполнены отверстия для сообщения подклапанной полости с полостью емкости. 2. Ферментер по п. 1, отлис чающийся тем, что в емкости установлена горизонтальная перегород ка с отверстиями для размещения твер.дого субстрата. 00 о J