УСТАНОВКА ДЛЯ КУЛЬТИВИРОВАНИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ Советский патент 1972 года по МПК C12M1/38 

Изобретение относится к микробиологической нромышленпости, в частности к установкам для культивирования микроорганизмов, и может быть использовано для глубинного культивирования различных одноклеточных микроорганизмов, наиример бактерий и дрожжей, с целью получения биологически активных веществ, таких как аминокислоты, ферменты и т. п.

Известны установки для глубинного культивироваиия аэробных микроорганизмов, содержащие ферментаторы, сообщенные с воздухораснределителыюй системой, мерники для компонентов питательной среды, пеногасителя и растворов, регулирующих рН среды, трубопроводы для нодачи питательной среды, отбора нроб и отвода отработанного газа, приспособления для ввода носевной культуры и датчики аналитических приборов.

Известные установки также снабжены устройством для очистки аэрирующего воздуха, включающим фильтр и стерилизатор, н устройство.м для увлажнения стерильного воздуха.

Однако такие установки имеют низкую производительиость, кроме того, у них отсутствует автоматическое управление нроцессом биосинтеза.

магическом управлении, что нозволяет увеличить производительность установки.

Это достигается тем, что ферментаторы имеют цилиидро-коппческую форму, нпжняя часть которых коническая, а верхияя - цилиндрическая, нри это.м нижняя часть конуса связана с верхней частью цилиндра трубопровода мн через трехходовой распределите.ть, сообщенный со сборником готового продукта через насос, расположенный ниже уровня культуральной среды в фрментаторах.

Кроме того, увлажнитель аэрирующего газа снабжен системой автоматического регулирования температуры и давления, включающей датчики температуры н давления, связанные с соответствующ1 ми исполннтельпыми механизмами через регуляторы.

Целесообразно ннжнюю часть ферментатора снабдить нагревателем н охладителем, а по оси ферме 1татора установить вал, на котором нeoбxoди ю разместить перемещивающее устройство, выполненное в виде лопастей, укрепленных на перфорированном диске.

На фиг. 1 схематически изображена предлагаемая установка, вид спереди; на фиг. 2 -то же, вид сбоку; на фиг. 3 - фермептатор, вид спереди; на фиг. 4 - то же, вид сверху; на фиг. 5 - фильтр, разрез; на фиг. 6 - то же, вид сверху; на фиг. 7 - мещалка, вид сбоку; на фиг. 8 - то же, вид сверху; на фиг. 9 - схема автоматического управления предлагаемой установки. Установка включает ферментатор 1 с крышками 2, укреиленпые на каркасе 3, и систему подводящих и отводящих трубопроводов, iia крышках 2 каждого ферментатора i смонтированы мерники 4 для кислоты со штуцером 5 и соленоидным вентилем 6, мерники 7 для пдслочи со штуцером 8 и соленоидным вентилем 9, мерники 10 для иеногасителя со штуцером И и солеиоидным вентилем 12, посевной штуцер 13, штуцер 14 для ввода нитательно среды и электрод 15 для управления уровнем иены. В центре каждой крышки 2 установлеи вал 16, связанный через муфту 17, снабженную сальниковы.м уилотнением 1В, с электродвигателем 19. Под крышками 2 в ферментаторах 1 yciaновлена ступенчатая камера 20, ио оси которой расположеи вал 16 с укрепленным на нем пеногасяпхим диском 21. Вместо отдельиого вала 16 можно установить вал мешалки 22 с лопастями 23, которые прикреплены к перфорированной пластине 24. Иеногасящии диск 21 может быть закреплеи иа валу мешалки 22 под ступенчатой камерой 20. Ферментаторы 1 выиолиены составными; корпус конического днища 25 выиолиен из металла, а корпус цилиндрической части 26- из стекла, корпус 26 прикреплен к крышке 2 стяжными болтами 27 с прокладками 28. Мериик 4 для кислоты, мерник 7 для щелочи и мерник 10 для пеногасителя сиабжены пробками 29. На корпус коиического днища 25 надеты нагреватель 30 и охладитель 31 с трубками 32 и 33 для подачи и отвода хладагента. Охладитель соедипеи с коллектором 34. Трубка 32 для подачи хладагента снабжена соленоидным клапаном 35. Коническое днище 25 связано с крышкой 2 трубопроводом 36 д-ля отбора питатель110Й среды, спабжениым трехходовым распределительным вентилем 37 и штуцером 38. Трехходовой раснределительиый веитиль 37 сооби;ен с шланговым насосом 39 для отбора иитательиой средъ или культуральио жидкости с электродвигателем 40. Шланговый насос 39 расположеп ниже уровня жидкости в ферментаторе и сообщен со сборником 41, снабженным пробкой 42, трубкой 43 для создания избыточного давления и трубкой 44 для отвода жидкости. Над ферментаторами на каркасе 3 укреилеи шланговый насос 45 для подачи жидкости с электродвигателем 46. В дно каждого ферментатора 1 вмонтирована аэрирующая трубка 47. На корпусе копического днигца 25 установлены концентрически под углом 45 в штуцерах 48 датчики рН 49, датчики {конце1Г1рацин растворенного кислорода) 50, датчик онтической плотиости 51, датчики темиературы 52 и 53. Бачок 54 служит для питания срай нительного электрода датчика рН. Устаиовка сиабжена увлажнителем 55 аэрирующего воздуха или газа, сообщенным со стерилизатором 56 и фильтром 57. В увлажнителе аэрирующего воздуха или газа устаиовлеиы каплеуловитель 58, нагревательиый элемент 59, датчик температуры 60 и барботажная трубка 61, связанная с трубопроводом 62 подачи воздуха или газа. Трубопровод 62 подачи воздуха или газа снабжен вентилем 63, управляемым серводвигателем 64 в зависимости от показаний датчика давлеиия газа 65. В стерилизаторе 56 установлен нагревательный элемент 66. Над фильтром 57 смонтирован ротаметр 67 для измерения скорости аэрирующего воздуха или газа. Фильтр 57 представляет собой корпус 68 со слоем теплоизоляционного материала 69, в который вставлена фильтрующая камера 70, заполненная стекловатой 71 с прокладками 72 из стекловолокна в нижней и верхней части. Фильтр 57 снабжен вентилем 73, манометром 74 и датчиком температуры 75. Фильтр 57 может быть связан с мерниками 4 для кислоты, мерниками 7 для щелочи и мерниками 10 для пеногасителя воздухоцроводом 76 с вентилем 77 для создаиия в них избыточного давления. Датчик темнературы 75 может быть либо ртутным термометром, либо термометром сопротивления. Фильтр 57 сообщеи с дном ферментатора 1 воздухонроводом 78 с вентилем 79, управляемым серводвигателем 80. Каждый фермеитатор сиабжен отдельным фильтром 57. Датчики рН 49 связаны со следящим регулятором рН 81, унравляющим соленоидными вентилями 6 и 9 мериика для кислоты и мерника для щелочи. Датчик 50 связан со следящим регулятором 82, управляющим подачей аэрирующего воздуха или газа. Показания датчиков рН 49 и датчика 82 могут быть заиисаны на самописец 83. Датчик оптической плотности 51 соединен со следящим регулятором 84, связанным с программным регулятором 85. Эти регуляторы управляют си)1хрониой работой шланговых насосов 39 и 45, т. е. скоростью протекающей через ферментатор жидкости. Датчик температуры 52, представляющий собой термометр соиротивления, связан с позициониым регулятором температуры 86, управляющим работой нагревателя 30 и охладителя 31. Датчик температуры 53 представляет собой ртутный термометр или термометр любого другого типа с показывающей шкалой 87. Электрод 15 для управления уровнем пепы связан с позициопиы.м регулятором 88 уровня пены, ун|)авляющим соленоидиым вентилем 12 мерника 10 для иеногасителя, и электроногаситель, вал 16 с пеногасящим диском 21 или вал мешалки 22.

Датчик давления газа 65 представляет собой контактный манометр с показывающей шкалой 89 и связан с позиционным регулятором давлеиия 90, управляющим работой серводвигателя 64.

Датчик температуры 60 в увлажнителе 55 аэрирующего возду.ха или газа, представляющий собой термометр сопротивления с показывающей шкалой 9i, связан с позиционным регулятором температуры 92, управляюш.им нагревательным элементом 59.

Датчик температуры 75 в фильере связан с позиционным регулятором температуры 93 управляющим нагревательным элеметом 66 стерилизатора 56. Манометр 74, установленный в трубопроводе 78, имеет показывающую шкалу 94.

Каркас 3 выполнен сборным из отдельных вертикальных рам 95. На каркасе 3 расположены панель 96 с розетками 97 для включения нагревателей 30 и панель 98 с соеднпнтельными клеммами 99 для датчиков контрольно-аналитических приборов.

Стерилизатор 56 и трубопроводы 100 для подачи воздуха к фи.льтрам помеп1ены в теплоизоляиноиный кожух 101. На каркасе 3 также с.моптированы ко.ллектор 102 для отвода отработанного газа с обратным клапаном 103 и коллектор 104 пара с вентнлем 105.

Датчики контрольно-аналитических прпборов вмонтированы в щтуцера 48.

Неред нуском установки фермеитаторьт 1 с трубопроводами 36 для отвода нитател1люй среды, трубопровод для подачи пнтательной спеды и фильтр 57 стерилизуют в автоклаве. Стерилизанию можно осуществить также острым паром, пропуская его через ферментаторы 1 устаповки без ее предварнтельпого разбора.

Затем простерилизованные блоки (в случае стери.лизации в автоклаве) монтируют в установку. После этого ферментаторы заполняют питательной средой с помонцяо Н1лангового насоса 45, после достижепня тpeбve тoгo уровня жидкости, контролируемого но трубопроводу 36, для отбора питательной среды включают н ланговый насос 39 и создают иоток питательной среды с требуемой скопостью. Мерники 4 для кислоты, мерники 7 для щелочи и мерники 10 для иеногасителя заполняют соответственно кислотой, щелочью и пеногасителем.

Питательная среда может быть нредварительно нростерилизована или стерилизоваться в ферментаторе. Через посевной штуцер 13 в ферментаторы 1 вводят засевпой материал и включают систему для подачи аэрирующего воздуха или газа. Аэрирующий воздух или газ предварительно нагревается и увлажиг ется в увлажнителе 55 аэрирующего воздуха или газа, заполненном водой, нри этом крупные капли воды отделяются в канле лов11теле 58, стерилизуетс.я в стерилизаторе 56 с нагревательным элементом 66 и через фильтры 57 подается в фермептаторы. Скорость подачн давление и температура аэрируюн1.его воздуха или газа измеряется соответственно ротаметром 67, манометром 74 и датчиком темнературы 75.

Температура н кол чество аэрпрующего воздуха нли газа регулируется автоматически позиционным регулятором темнературы 92 н

следяни м регулятором 82 в завистпгости от показаний датчика 50. Температура, создаваемая в стерилизаторе 56 и в фильтре 57 должна обеспечит нолную стерил1,ность воздуха или газа.

Во время формеитании температура культуральной жидкостн ноддерживаетсч coв eстной работой нагревателя 30 н охладнтеля 31. Требуемый температурный режнм поддерживается ПОЗИ1ПЮННЫМ регулятором те:мнератупы 93.

Скорость потока культуралыюй жидкости поддерживается автоматически следяншм регулятором 84 в зависимости от показаний д атчика 51 нли по предварнтельно заданной

программе нрограммиым рег лптопо т 85. При этом ме11яются скоростн вращения валов электродвигателя 40 шлангового насоса 39 для отбора ннтательной среды нл культуральной жидкости и электродвигателя 46

нглангового насоса 45 для нодачи жпдкостн.

Регулируется авто%атнчески след ицн

регуляторол 81 в завнснмостн от показаний

датчиков 49. При этом открывается соленоидHHit вентиль 6 мерника 4 для кнслоты или

соленоидиый вентиль 9 мерника 7 для iJi,eлочи.

При достижении ие)ой электрода 15 для унравления уровнем неиы нозиинонн тй регулятор пены 88 открывает соле1 оидный вентнль 12 мерника 10 для пеногасителя. а чепез

заданное время включается электродвигатель

19. вращаюнпп механшескнй пеиогаснтель.

Датчики контролыю-аналигических пп боров служат отбойниками и позволяют интенсифииировать массообмсн.

Конусная форма ферментов позволяет иачииать процесс культпвирования с г.улевого уровня среды, что очень важно ирн проточном культивирован1П1.

Трубонровод 36 для отбора питательной среды служит для сепарации газа и жид-юсти.

Каждый ферментатор может работать в гомогенном режиме или. ирн необходнмости, по

гетерогепиой схеме. Контроль за процессом культивироваиия можно вести н визуалыю через стекляииый корнус цнлнидрнческой части 26.

Предмет изобретения

1; Установка для культивирования мнкроорганизмов, содержащая фермеитаторы. мерники для ннтательцой среды, пеюгасптеля п растворов, регулирующих рН среды., систему

способлепия дшя ввода посевной культуры, датчики аналитических ириборов, устройство Для очистки аэрирующего воздуха, включающее фильтр и стерилизатор, и устройство для увлажиения стерильного воздуха, отличающаяся тем, что, с целью повышения нроиззодительности установки, ферментаторы имеют цилиндро-коиическую форму, при этом нижняя часть конуса связана с верхней частью цилиндра трубонроводами через трехходовой расиределитель, сообщенный со сборником готового иродукта через насос, расположенный ниже уровня культуральной среды в ферментаторах, а увлажнитель аэрирующего газа

снабжен системой автоматического регулирования темнературы и давле)1ия, включающий

датчики температуры

и давления, связанные с соответствуюни1мн испол)1ителы1ыми механизмами. 2. Установка по и

I,

отличающаяся тем, что, на днище каждого ферментатора установлен нагреватель и охладитель.

3. Установка по пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что по оси каждого ферментатора установлен вал, на котором размещено перемещающее устройство, вынолиенное в виде лопастей, укреплен 1ых на нерфорированном диске,

т

Фиг. /

2 7

и.г.5

Фиг. G

:-2 23 /

. 7

2

Фиг. 8

// л 5/ ;. :а is 7 .9 4 / ff/ se

эг