Установка для выращивания микроорганизмов

(51) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИК А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Я ВЫРАЩИВАНИЯ МИКРО к мик укто боро имии и. Цель струкц рское строе атации ельным и фиэСР юи клапан штуцегулируемыч При эчом кульце ьство ССС 00, 1980,10 ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ГННТ СССР(71) Специальное констрбюро биологического приАН СССР и Институт биохлогии микроорганизмов АН(57) Изобретение относится биологической промыцленнос изобретения - упрощение ко и повышение удобства экспл Установка снабжена исполни преобразователем 6, обрати нами 23 и 24, дополнительн ром 26, двукпоэиционым ре датчиком-реле давления 3.1493670 51 О аэрирующее устройство 5, содержащеедве параллельные линии подачи исброса воздуха, каждая из которыхснабжена последовательно соединенными управляемым клапаном 32(37),ротаметрическим индикатором 33 (38)и регулируемым пневмодросселем 34(39), работает в импульсном режиме,Установка снабжена также сменнымиферментационными сосудами, позволяюИзобретение относится к микробиологической промышленности.Цель изобретения - упрощение конструкции и повышение 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 для культивирования на жидких питательных средах.Ферментер содержит ферментационный сосуд 1 с твердым субстратом (фш .1) и.и ферментационный сосуд 2жидкой питательной средой (фиг.2), к которым подключены датчик-реле 3 да .пения, соединенный с верхней газовой полостью ферментационного сосуда 35 1 или 2, уловитель 4 пены и капельной влаги, импульсный аэратор 5 соединенный воздушным трубопроводом с уловителем 4, и исполнительный преобразователь 6, соединенный электричес кими цепями с датчиком-реле 3 давления. К выходу воздуха из аэратора 5 может быть подключен источник 7 вакуума.Ферментационный сосуд".освоит 45 иэ емкости 8 внутри которой размещен твердый питательный субстрат 9 (солома, огилки и т.п.), ограниченный сверху и снизу элементами удержания О р виде перфорированных влас тин или сеток. Г 1 ежду ними и крышками емкости 8 о: разованы небольшис газовые полости 11 и 12.Нитри твердого субстрата 9 размещены трубчатые зонды 13 для подведения внутрь его воздуха, объединенные в коллектор 14. Ферментационный сосуд 2 (см.фиг.2) состоит иэ емкости 15 внутри которой находится суспенщими культивировать микроорганизмыкак на жидких, так и на твердых субстратах. Построение установки поприведенной схеме позволяет сократитьдо минимума объем полости, значитель-,но повышая тем самым коэффициент заполнения ферментационного сосудасуспенэией по сравнению с ферментера-,ми, использующими непрерывную аэрацию, 1 э,п, А-лы, 2 ил,1 зия 16 микроорганизмов в жидкой питательной среде, Через верхнюю крышку 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 пределу срабатывания, а 21 - нижнему.Уловитель 4 представляет собой корпус, внутрь которого введена трубка 22 входа воздуха с пеной или каплями влаги. На входе этой трубки и на выходе из корпуса уловителя установлены обратные клапаны 23 и 24.Уловитель 4 снабжен единым трубопроводом 25 отвода-годвода 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 жидкостиИмпульсный 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 индика" тора 33, регулируемого пневмодроссе" ля 34 и воздушного биофильтра 35. Канал 29 сброса состоит иэ фиофи ьт5 1493670 ра 36, электромагнитного клапана 37, и ротаметрического индикатора 38 и ре- н гулируемого пневмодросселя 39, нИсполнительный преобразователь 6 н (на фиг, показан один из возможных5н вариантов его исполнения) содержит 3 в качестве основных функциональных 2 элементов управляемые диоды 40 и 41 (например, типа КУ 202 а), конденсатор 1 О д 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 15 р 6 также включены контакты 20 и 21 датчика-реле 3 (вход) и обмотки электромагнитных клапанов 32 и 37 импульсного аэратора 5 (выход). В 4 данном ферментере ферментационные 2 трО сосуды 1 и 2 являются сменными какпо функциональному назначению, так Во и по конструкции и объему. Ферментер снабжен также трубопроводом 48 возврата культуральной жидкости и 25 тр краном 49 отбора суспензии. Данный ферментер работает следующим образом.В аэраторе 5 редуктором 30 устанавливают необходимое исходное ,авление воздуха по манометру 31 и включают в работу исполнительный преобразователь 6. Давление в ферментационном сосуде 1 (или 2) отсутствует, поэтому контакт 21 датчика-реле 3 замкнут, вследствие чего диод40 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, регулируемый пневмодроссель 34 и бисфильтр 35 но трубопроводу 25 в уловитель 4, Обратный клапан 23 не пропускает его вверх, поэтому воздухчерез обратный клапан 24 поступаетв коллектор 14 (фиг,1) или барботер18 (фиг,2),При культивировании на твердомсубстрате (фиг.1) воздух по трубчатым зондам 13 равномерно распределяется по всей толще предварительноувлажненного субстрата 9, и такжезаполняет полости 11 и 12. Влага изтвердого субстрата части;но скапливается в нижней части полости 12.Дальнейший выход воздуха закрыт (кла ан 37 закрыт), поэтому происходитарастание давления в ферментационом сосуде 1. Время нарастания давлеия определяется пропускной способостью регулируемого пневмодросселя4. При этом в датчике-реле 3 контактуже разомкнулся, но контакт 20ще не замкнут, однако диод 40 проолжает быть "открытым", в результае чего клапан 32 также продолжаетаходиться в открытом положении.При достижении давления в ферменационном сосуде 1 величины, на котоую заранее отрегулирован датчик-рее 3, замыкается контакт 20. Электриеский импульс "открывает" диод 41через конденсатор 42 закрывает диодО.Таким образом, в аэраторе 5 элекомагнитный клапан 32 закрываетсяФдновременно открывается клапан 37.здух из субстрата 9 и полостей 112, увлекая за собой капельнуюагу, через обратный клапан 13 иубку 22 попадает в уловитель 4. Капельная влага из этого воздуха выпадает в нижнюю часть уловителя 4, авоздух по трубопроводу 25, через биофильтр 36, открытый клапан 37 роте О метрический н дикатор 38 и регулируемый пневмодроссель 39 сбрасывается в атмосферу, унося с собой изфсрментационного сосуда 1 газообразные метаболиты процесса ферментации . в нем. Время сбрсса определяетсяпропускной способностью регулируемого пневмодросселя 39. Падение давления воздуха в сосуде 1 продолжаегсядо величины, заранее установленной дО в датчике-реле 3, При достижении еезамыкается контакт 21 в датчике-реле3 (контакт 20 разомкнут ранее), электрический импульс открывает" диод40 и закрывает диод 4 1 в прсобразо вателе 6, таким образом происходитодновременное открытие клапана 32и закрытие клапана 37, после чегоначинается вновь подъем давления всосуде 1 за счет притока в него свежего воэду:а, уже описанный выше.При этом поступающий в уловитель 4воздух вынесет скопившуюся в нижнейего части жидкость через зонды 13 вмассу твердого субстрата, вновь увлажняя его. 11 ри необходимости излишнюю влагу можно удалить через кран27. После нескольких циклов аэрациичерез штуцер 26 с биофнльтром в процессе вводят инокулят для распреде 1493670ления 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 наблюдение за циклами подъема-сброса давления, контролировать их частоту, время нарастания и спада давления, 10 что значительно повышает удобство эксплуатации ферментера.Наличие в аэраторе 5 регулируемых пневмодросселей 34 на входе и 39 на выходе позволяет легко изменять беэ 15 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 25 образом, последовательно соединенные клапан 32 (37), ротаметрический индикатор 33 (38) и регулируемый пневмодроссель 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 саОтличие заключается в том, что воздух из уловителя 4 поступает в барботер 18, откуда меЛкими пузырьками, диспергируемыми и вместе с 45 суспензией 16 перемешиваемыми мешалкой 17, попадает в полость 19 над суспензией, повышая в ней давление аналогично описанному выше.При этом вспенивание поверхности50 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 да 55 льнейший выход еяу перекрыт1 ри сбросе давления из сосуда 2 воздух стравливается в основном из полости 19 и лишь небольшая его часть,успевшая раствориться в суспензии16, выходит через ее поверхность,При этом цикл стравливания воздухалибо короткий по времени, либо, еслирастянутый, то не столь интенсивныйпо скорости движения воздуха, чтотакже вызывает небольшое вспениваниеповерхности суспензии в полости 19.Небольшая часть все-таки образовавшейся пены, уносимая с потоком выходящего из полости 19 воздуха, осядет в нижней части уловителя 4, откуда будет вновь возвращена в ферментационный сосуд 2 с потоком свежего воздуха при цикле подъема давления через трубопровод 48 возвратакультуральной жидкости,Для осуществления проточного режима ферментации свежая питательнаясреда и рН-титранты вводятся черезштуцер 26 от внешних дозаторов (непоказаны), а соответствующий отборсуспензии производят через кран 49,Осуществление описанной выше 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 культивирования н; твердых или на жидких субстратах, к выходу воз - духа иэ импульсного аэратора 5 подключают источник 7 вакуума (вакуумная магистраль вакуум-насос и т,п.). Величина вакуума выбирается, исходя из конкретных задач осуществляемого процесса культивирования микроорганизмовФормула изобретения1. Установка для выращивания микроорганизмов, содержащая ферментационный сосуд, аэрирующее устройство с патрубками входа и выхода воздуха, уловитель пены и капельной влаги, трубопровод возврата культуральной жидкости в ферментационный сосуд, устройство управления, устройство для периодических повьппения и понижения давления, о т л и ч а ю щ а яс я тем, что, с целью упрощения конс 1493670 1 Отрукции и повышения удобства в эксплуатации, она снабжена обратнымиклапанами, установленными на входеи выходе уловителя пены и капельнойжидкости, содержащего дополнительныйштуцер для стерильного ввода раствора питательной среды и инокулята,исполнительнымпреобразователем,днухпозиционным регулируемым датчикомреле давления, подключенным к газовой полости ферментационного сосуда,а аэрирующее устройство содержит двепараллельные линии подачи и сбросавоздуха, каждая нз которых снабженапоследовательно соединенными управляемым клапаном, ротаметрическим индикатором и регулируемым лневмодросселем, причем они соединены в общуюмагистраль, связанную с воздушнойполостью уловителя пены и капельной 5влаги последний подключен к патрубФку выхода воздуха из ферментационного сосуда через трубопровод возврата культуральной жидкости, при этомвыходы датчика-реле давления подключены к входу исполнительного преобразователя, выходы которого подключеныв противофазе к управляемыч клапанамаэрирунхцего устройства.2. Установка по п.1, о т л и - 15 ч а ю щ а я с я тем, что ферментационный сосуд выполнен сменным, алиния сброса воздуха подключена кисточнику вакуума.