Установка для твердофазной ферментации

(71) Институт биомикроорганизмов АНфнзиол А. ЛитвнА. ГоловГ. К, Скря(56) Виест реактор дл ции./Тезис симпозиума Рига, 1982 Ст. У. Э. и др. Биотвердофаэной фермента- докладов Всесоюзного 12 - 16 апреля 1982 г. т. 1, с. 84 н 185ч.Вф ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССС ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(54)(57) УСТАНОВКА ДЛЯ ТВЕРДОФАЗН ФЕРМКНТАЦИИ, содержащая биореакто с крышкой и теплообменной рубашко устройство для загрузки растительного сырья и выгрузки гот вого продукта, инокулятор, ист ник сжатого воздуха и пара и логический блок управления, о т - л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения производительност она снабжена установленными верти кально в биореакторе на разной высоте питателями для ввода пара, питательной среды, инокулята и воздуха, выполненными в виде труб с заостренными наконечниками, имеющими радиальные отверстия, распределителем гаэожидкостных потоков и буферной емкостью для жидкой питательной среды с регулятором уровня питательной среды, при этом распределитель газо- жидкостных потоков соединен через обратный клапан с регулятором уровня питательной среды и через управляющий клапаны - с питателями и с нижней полостью инокулятора, верхняя полость которого трубопроводом связана с верхней частью буферной емкости, 3а через бактериальный фильтр и соответствующие регулирующие клапаны - с источником сжатого воздуха, с атмосферой и источником пара, причем последний подключен при помощи насоса и клапана к нижним полостям биореактора н буферной емкости, а устройство для загрузки растительного сырья и выгрузки готового продукта выполнено в виде сетчатого контейнера, размещенного внутри биореактора, 1252334Изобретение относится к устройствам для микробиологической переработки нерастворимого растительногосырья с целью получения таких продуктов, как белок, ферменты, органические кислоты и других продуктов и может быть использовано в микробиологической, медицинской, химической промышленности и сельском хозяйстве,Известна установка для твердофаэной ферментации, содержащая биореактор с крышкой и теплообменной рубашкой, устройство для загрузки растительного сырья и выгрузки продукта, инокулятор, источники сжатого воздуха и пара и логический блок управления 11.Недостатком известной установки является то, что невозможно осуществить полную загрузку биореактора иэза размещения внутри его диффузоратеплообменника и шнека с ворошителями, следствием чего является низкий выход получаемого продукта, а использование в биореакторе механического перемешивающего устройства эначительно повьппает металлоемкость биореактора, требует дополнительных энергозатрат.Цель изобретения - повьппение производительности установки.1Указанная цель достигается тем,что в установке для твердофаэной ферментации, содержащей биореактор с крьппкой и теплообменной рубашкой, устройство для загрузки растительного сырья и выгрузки готового продукта, инокулятор, источники сжатогого воздуха и пара и логический блок управления, отличительной особенностьюявляется то, что установка снабженаустановленными вертикально в биореакторе на разной высоте питателями дляввода пара, питательной среди, инокулята и воздуха и выполненными в виде труб с заостренными наконечниками, имеющими радиальные отверстия, распределителем газожндкостных потоков, и буферной емкостью для жидкой питательной среды с регулятором уровня, при этом распределитель газожидкостных потоков соединен через обратный клапан с регулятором уровня жидкости и через управляющь. клапаны - с питателями и с нижней полостью инокулятора, верхняя полость которого посредством трубопровода связана с верхней частью буферной емкости, а черезком сжатого воздуха, с атмосферой иисточником пара, причем последнийподключен посредством насоса и клапана к нижним полостям биореактораи буферной емкости, а устройство длязагрузки растительного сырья и выгрузки готового продукта выполнено ввиде сетчатого контейнера, размещенного внутри биореактора.На чертеже схематично показанаустановка для твердофазной ферментации,Установка содержит биореактор 1с крышкой 2 и теплообменной рубаш- .кой 3, сетчатый контейнер 4 для загрузки растительного сырья и выгрузки готового продукта, инокулятор 5с теплообменной рубашкой 6 и мешалкой 7, штуцером 8 с заглушкой 9 дляввода в инокулятор посевного материала, фильтр 10 воздуха и управляемые клапаны 11 и 12 для ввода и вывода аэрирующего воздуха в инокулятор и нэ него источник 13 сжатоговоздуха с задатчиком 14 давления,бактериальным фильтром 15 воздуха,клапанами 16 - 18, соединяющими установку с источником 13 сжатого воздуха, атмосферой и источником 19пара (парогенератором), имеющим ловушку 20 пара, а также логическийблок 21 управления, буферную емкость 22 с крышкой 23, содержащейрегулятор 24 уровня питательной среды, обратный клапан 25 и распределитель 26 газожидкостных потоковс управляемым клапаном 27, установленным в трубопроводе, соединяющеминокулятор с распределителем газожидкостных потоков и клапанами 28,соединяющими этот распределитель спитателями 29, закрепленными в крышке биореактора и имеющими заостренные наконечники 30 для облегчения ихввода в растительный субстрат с радиально расположенными в них отверстиями 31 для протока пара, конденсата инокулята, воздуха, экстрактаили эксудата в биореактор, а такжеклапан 32, насос 33 и клапан 34,соединяющие биореактор 1 с буфернойемкостью 22 и парогенератором 19.Установка работает следующим образом. 5 1 О 15 20 25 Ю 35 40 45 50 55 бактернальный Фильтр и соответствующие регулирующие клапаны - с источниКонтейнер 4 полностью загружаютрастительным сырьем и устанавливают3 1252 в биореакторе 1, При закрывании последнего крышкой 2 питатели 29 вводят в субстрат. Затем биореактор 1 герметиэируют, в парогенератор 19 заливают дистиллированную воду, а на логическом блоке 21 управления установкой включают режим "Стерилизация.1 При включении этого режима клапаны 18, 11 и 27 открываются, клапаны 16, 12, 34 и 17 закрываются, кла- О паны 28 и 32 начинают работать в противофазе, поочередно открываясь и закрываясь по заданной программе, Включается насос 33 и нагреватель парогенератора 19 (не показан), При 15 нагреве дистиллированная вода, находящаяся в парогенераторе 19, закипает и пар через клапан 18, бактериальный фильтр 15, клапан 11, инокулятор 5, клапан 27, распреде литель 26 газожидкостных потоков и питатели 29 поступает в биореактор 1. Одновременно пар поступает в буферную емкость 22, из которой частично через регулятор 24 уровня жидкости, 25 обратный клапан 25, распределитель 26 газожидкостных потоков и питатели 29 поступает в биоректор 1 через клапан 32 и вместе с образующимся в биореакторе 1 конденсатом с помощью на- ЗО соса 33 откачивается обратно в парогеиератор 19. Воздух иэ установки выбрасывается в атмосферу через ловушку 20 пара.По истечении заданного времени стерилизации установки отключается нагрев парогенератора 19, клапаны 18, 28 н 1 закрываются, насос 33 отключается и открывается клапан 34, через который образованный при стерилиэа О ции растительного сырья экстракт вытесняется из парогенератора 19 в биореактор 1, а через клапан 32 - в буферную емкость 22 и далее через регулятор 24 уровня жидкости, обратный д клапан 25, распределитель 26 гаэожидкостных потоков и клапан 27 поступает в инокулятор 5. После полного или частичного (в зависимости от поставленной задачи) вытеснения экстрак О та из парогенератора 19 в биореактор 1, буферную емкость 22 и инокулятор 5, клапаны 34 и 27 закрываются, а клапаны 11 и 17 открываются и давление в установке выравнивают с атмос-ферным.Охлаждение установки осуществляют подачей хладоносителя в теплообмен 334 4ную рубашку 3 биореактора 1 и тепло- обменную рубашку 6 инокулятора 5. Засев инокулятора 5 микроорганизмами проводят через штупер 8, для чего, ке нарушая асептических условий в биореакторе, с него снимают заглушку 9 и подсоединяют сосуд с посевным материалом. Не исключается при этом, в случае необходимости, внесение в инокулятор 5 и дополнительных веществ. Для инкубирования посевного материала на логическом блоке 21 управления включают программуИнокулят". Эта программа обеспечивает в инокуляторе 5 необходимые для роста биологического объекта условия перемешивания, термостатирования и аэрации.Перемешивание культуральной суспензии в инокуляторе проводят посредством вращающейся мешалки 7, термостатирование - прокачкой через теплообменную рубашку 6 теплоносителя, а аэрацию осуществляют в импульсном режиме по заданной программе, для чего на задатчике 14 давления устанавливают выбранное давление воздуха,а на логическом блоке 21 управления - время циклов на срабатываниеклапанов 16 и 17, При этом сжазъйвоздух через клапан 16, бактериальный фильтр 15 и клапанпоступаетв инокулятор 5 и нагнетает в немдавление заданной величины. Затеиклапан 16 закрывается и открываетсяклапан 17 и часть воздуха иэ инокулятора 5 через клапан 11, бактериальный фильтр 15, клапан 17 и задатчик 14 давления выбрасывается в атмосферу, сохраняя в инокуляроте 5достаточное давление воздуха, заданное задатчиком 14 давления. Далее циклы подачи аэрирующего воздуха винокулятор повторяются. При достижении в инокуляторе 5 выбранной кон-центрации биомассы полученным инокулятом засевают биореактор 1, для чего на логическом блоке 21 управления включают программу "Биоконверсия".Для реализации этой программы используют клапаны 11, 12, 27, 28 и 32, запрограммированное обрабатывание которых обеспечивает дробный засев инокулятом биореактора 1, распределение этого инокулята по всему объему растительного субстрата, находящегося в биореакторе 1, вытеснение жидкой среды иэ биореак 5 12тора 1 и сбор ее в буферной емкости 22, увлажнение этой средой растительного субстрата и восполнениеобъема инокулятора 5 жидкой питательной средой иэ буферной емкости 22, При засеве биореактораинокулятором и равномерном распределении его по всему объему растительного субстрата синхронно с каждым изклапанов 28 открываются клапаны 27,16 и в противофазе с ними клапан 32.Воздух для аэрации от источника 13сжатого воздуха подается через клапан 6, бактериальный фильтр 15 иклапан 11 н инокулятор 5, выдавливая иэ него инокулят через клапан 2,распределитель 26 гаэожидкостных потоков и один из открытых клапанов 28,и через соответствующий ему питатель 29 и радиальные отверстия 31поступает в биореактор. Одновременно воздух через бактериальный сфильтр 15 поступает в буферную емкость 22 и через регулятор 24 уроння жидкости, обратный клапан 25,распределитель 26 газожидкостных потоков и обратный клапан 28 нагнетается в соответствующий питатель 29,создавая в отверстиях 31 разбрызгивание инокулята и аэрацию биологического объекта,Поступивший в биореактор 1 инокулят вытесняет из растительного субстрата жидкую среду, которая вместе с обработанным воздухом в виде газо- жидкостной смеси по трубопроводу через клапан 32 выдавливается н буферную емкость 22, где происходит разделение жидкости и газа, газ по трубопроводу через фильтр 15, клапан 17 и задатчик 14 давления выбрасывается в атмосферу, При этом регулятор 24 уровня питательной среды может быть установлен на любом заданном уровне, что обеспечивает поддержание влаж-г ности и отвод тепла в биореакторе 1. Для восполнения рабочего объема инокулятора жидкой питательной средой регулятор 24 уровня питательной среды погружают в жидкость, находящуюся в буферной емкости 22. Не прекращая циклической аэрации, временно закрываются клапаны 1 и 28 и жидкая питательная среда из буферной емкости 22 вытесняется поступающим на аэрацию сжатым воздухом через регулятор 24 уровня питательной среды, обратный клапан 25, распределитель 2652334 а 5 1 О 15 20 25 30 35 40 45 50 55 газожидкостных потоков и клапан 27в инокулятор 5 до уровня жидкости,заданного регулятором 24 уроння.Процесс биаконнерсии растительного сырья н установке можно проводитькак с дробным вводом инокулята н биореактор 1 и заполнением питательнойсредой инокулятора 5, так и при разовом засеве инокулятом растительногосубстрата биореактора 1.По завершении процесса биоконнерсии отключают подачу сжатого воздухав установку, давление в ней выравнивают с атмосферным, снимают крышку 2с биореактора 1 и извлекают из негосетчатый контейнер 4 с готовым продуктом. Стерилизацию установки можноосуществлять беэ стерилизации инокулятора 5, для чего последний отключают от установки, закрывают клапан 11 и открывают клапан 12, приэтом газовая полость инокулятора 5посредством трубопровода с установленными н нем фильтром 1 О и клапаном 12 сообщается с атмосферой, сохранив асептические условия выращивания инокулята.В отличии от известных устройстваэрацию и теплообмен н устанонкеосуществляют без применения механических перемешивающих устройств, пагубно действунлчих на состояние биологического объекта и снижающих выход продукта. Освобождение полостибиореактора от механизмов перемешивания субстрата позволяет полностьюиспользовать полезный объем биореактора для увеличения загрузки субстратом и получить большой выход продукта при разовой загрузке.Дробный засен инокулятом и разбрызгивание его в разных точкахобъема растительного субстрата аэрирующим воздухом, а также использование контура циркуляции жидкости дляувлажнения растительного субстратаи его тепломассообмена позволяет получить гомогенный рост мицелия гриба во всем объеме субстрата, чтотакже способствует увеличению выхода получаемого продукта. Предусмотренная возможность использования вустановке сменных контейнеров длязагрузки растительного сырья и выгрузки готового продукта позволяетсохранить структуру субстрата, сократить время на перегрузку биореактора и транспортировку растительного сырья и продукта,1252334 г Составитель Г. БогачДербак Техред Л.Сердюкова ктор, И. Демчи едакт Заказ 4588/2ВНИИПИ Тирак 490дарственногоизобретенийа, Ж, Раув Г по дел 5, Иос 113 изводственно-полиграфическо Подпнснокомитета СССРи открытийская наб д. 4/5 редприятие, г. Уагород, ул. Проектная, 4