Установка для выращивания микроорганизмов Советский патент 1989 года по МПК C12M1/00 

т

,«.„J

(Л

со

00

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 ЗА (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, значитель-, но повышая тем самым коэффициент заполнения ферментационного сосуда суспензией по сравнению с ферментера-,

ми, использую1дими непрерывную аэрацию . 1 3.п. ф-лы, 2 ил.

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.

Изобретение относится к микробиологической промышленности.

Цель изобретения - упрощение конструкции и повьшение удобства эксплуатации за счет использования регули- руемой 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 дли культивирования на жидких питательных средах.

Ферментер содержит ферментационный сосуд 1 с твердым субстратом (фиг.О 1и1и ферментационный сосуд 2 г жидкой питательной средой (фиг.2), к которым подключены датчик-реле 3 дяоления, соединенный с верхней газовой полостью ферментационного сосуда 1 или 2, уловитель 4 пены и капельной влаги, импульсный аэратор 5, соединенный воздушным трубопроводом с уловителем 4, и исполнительный преобразователь 6, соединенный электричке кимн цепями с датчиком-реле 3 давления. К выхо;),у воздуха из аэратора 5 может быть подключен источнт{к 7 паку ума

Ферментационный сосуд состоит и.ч емкости 8, внутри которой размешен питательный субстрат 9 (солома, и т.п.), ограниченный сверху и снизу элементами удер- Жг111ия 10 D лиде перфорироваи);ых плас тин или сеток. Между ними и крышками емкости 8 образованы небольшие газовые полости 11 и 12.

Внутри твердого субстрата 9 размещены тр бчатые зонды 13 для подве- дения внутрь его воздуха, объединенные в коллектор 14. Ферментационный сосуд 2 (см.фиг. 2) cocTiOHT из емкост 15, внутри которой находится суспен5

0

0 5 0

5 CQ

зия 16 микроорганизмов в жидкой питательной среде. Через верхнюю крьппку сосуда 15 герметично введены вал перемешивающего устройства 17 и трубопровод воздушного барботера 18. Между 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 71ределу срабатывания, а 21 - нижнему.

Уловитель 4 представляет собой корпус, внутрь которого введен трубка 22 входа воздуха с пеной или каплями влаги. На пходе этой трубки и на выходе из корпуса уловителя установлены o6paTHbie клапаны 23 и 24.

Уловитель 4 снабжен единым трубопроводом 25 отвода-подвода 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 жидкости.

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 индикатора 33, регулируемого пневмодроссе- ля 34 и воздушного биофильтра 35. Канал 29 сброса состоит из фиофкчьтpa 36, электромагнитного клапана 37 ротаметрического индикатора 38 и регулируемого пневмодросселя 39.

Исполнительный преобразователь 6 (на фиг.1 показан один из возможных вариантов его исполнения) содержит в качестве основных функциональных элементов управляемые диоды 40 и 41 (например, типа КУ202Р1), конденсатор 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 6 также включены контакты 20 и 21 датчика-реле 3 (вход) и обмотки электромагнитных клапанов 32 и 37 импульсного аэратора 5 (выход). В данном ферментере ферментационные сосуды 1 и 2 являются сменными как по функциональному назначению, так и по конструкции и объему. Ферментер снабжен также трубопроводом 48 возврата культуральной жидкости и краном 49 отбора суспензии.

I

Данный ферментер работает следующим образом. .

В аэраторе 5 редуктором 30 устанавливают необходимое исходное ,авле ние воздуха по манометру 31 и включают в работу исполнительньгй преобразователь 6. Давление в ферментационном сосуде 1 (или 2) отсутствует, поэтому контакт 21 датчика-реле 3 замкнут, вследствие чего диод 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, ре гулируемь й пневмодроссель 34 и биофильтр 35 по трубопроводу 25 в уловитель 4. Обратный клапан 23 не пропускает его вверх, поэтому воздух через обратный клапан 24 поступает в коллектор 14 (фиг.1) 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

0

5

пан 37 закрыт), поэтому происходит нарастание давления в ферментационном сосуде 1. Время нарастания давления определяется пропускной способностью регулируемого пневмодросселя 34. При этом в датчике-реле 3 контакт 21 уже разомкнулся, но контакт 20 еще не замкнут, однако диод 40 продолжает быть открытым, в результате чего клапан 32 также продолжает находиться в открытом положении.

При достижении давления в ферментационном сосуде 1 величины, на которую заранее отрегулирован датчик-реле 3, замыкается контакт 20. Электрический импульс открывает диод 41 и через конденсатор 42 закрывает диод 40.Таким образом, в аэраторе 5 элек0 тромагнитный клапан 32 закрывается, одновременно открывается клапан 37. Воздух из субстрата 9 и полостей 11 и 12, увлекая за собой капельную влагу, через обратный клапан 13 и

5 трубку 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, ротг

0 метрический -:.чдикатор 38 и регули- руем1лй пневмодроссель 39 сбрасывается в атмосферу, унося с собой из ферментационного сосуда 1 газообразные метаболиты процесса ферментации в нем. Бремя сброса определяется пропускной способностью регулируемого пневмодросселя 39. Падение давления воздуха в сосуде 1 продолжается до величины, заранее установленно й 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 41 в преобразователе 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 воздуха, уже описанный вьше. При этом поступающий в уловитель 4 воздух вынесет скопивщуюся в нижней его части жидкость через зонды 13 в массу твердого субстрата, вновь увлажняя его. При необходимости излишнюю влагу можно удалить через кран 27. После нескольких циклов аэрации через штуцер 26 с биофильтром в процессе вводят инокулят для распреде5

0

5

0

5

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 без 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- 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 пнев- модроссель 34 (39) выполняют функцию времязадающего элемента, регулирую- щего длительность цикла подъема (спада) давления, а сочетание такого элемента с регулируемым датчиком- реле 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- мым.

Отличие заключается в том, что воздух из уловктеля 4 поступает в барботер 18, откуда меЛкими пузырьками, диспергируемьп-1И и вместе с суспензией 16 перемешиваемыми мешалкой 17, попадает в полость 19 над суспензией, повьшая в ней давление аналогично описанному выше.

При этом вспенивание поверхности 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 дальнейший выход ему перекрыт.

При сбросе давления из сосуда 2 воздух стравливается в основном из полости 19 и лишь небольшая его част

5 0

5 0 г 0

0

5

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, от- . куда 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. I

Осуществление описанной вьш1е аэрации в 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 культивироаания на твердых или ид жидких субстратах, к вькоду воздуха из 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 изобретения

7

селем, причем они соединены в общую гистраль, связанную с воздушной полостью уловителя пены и капельной влаги, последний подключен к патрубку выхода воздуха из ферментационного сосуда через трубопровод возврата культуральной жидкости, при этом выходы датчика-реле давления подклюO чены к входу исполнительного преобразователя, выходы которого подключены в противофазе к управляемым клапанам аэрирующего устройства.

,

X 2 I OmffGp Т 27

ff9