Аппарат для глубинного выращивания микроорганизмов

Использование: относится к оборудованию микробиологических производств и может быть использовано при глубинном культивировании микроорганизмов. Сущность изобретения: аппарат содержит емкость 1 с рубашкой 2 обогрева и технологическими патрубками 3 — 8, соосно расположенные в емкости кольцевой барботер 9, приводную мешалку 10 и закрепленные на двух прутках 11, выполненных в виде пружинных колец, группы отбойников 12, выполненных с опорными элементами 13 для образования зазора 14 относительно внутренней поверхности емкости. Аппарат обладает упрощенной технологией сборки и возможностью регулировки интенсивности массообменных процессов в субстрате. 2 ил.

Формула изобретения

АППАРАТ ДЛЯ ГЛУБИННОГО КУЛЬТИВИРОВАНИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ, содержащий емкость с рубашкой обогрева и технологическими патрубками, расположенные соосно в емкости кольцевой барботер, мешалку с приводом и закрепленные на двух прутках группы отбойников, расположенных по периферии емкости с зазором относительно внутренней поверхности стенки, отличающийся тем, что отбойники снабжены со стороны стенки емкости опорными элементами и установлены свободно с возможностью перемещения вдоль ее оси, а прутки выполнены в виде соосных емкости пружинных колец.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к оборудованию микробиологических производств и может быть использовано при глубинном культивировании микроорганизмов.

Известен аппарат для глубинного культивирования микроорганизмов, содержащий емкость с рубашкой обогрева и технологическими патрубками, соосно расположенные в емкости кольцевой барботер, приводную мешалку и закрепленные на внутренней поверхности по периферии емкости группы отбойников [1] .

Недостатком этой установки является наличие застойных зон в местах крепления отбойников к внутренней поверхности емкости.

Наиболее близкой к изобретению является установка для глубинного культивирования микроорганизмов, содержащая емкость с рубашкой обогрева и технологическими патрубками, соосно расположенные в емкости кольцевой барботер, приводную мешалку и закрепленные на двух прутках, устанавливаемых в днище и крышке емкости, групп отбойников, установленных по периферии емкости с зазором относительно ее внутренней поверхности [2].

Эта установка не имеет застойных зон, но обладает сложной технологией сборки, связанной с необходимостью одновременной центровки нескольких прутков при монтаже крышки емкости, а также отсутствием возможности регулировки условий массообмена в субстрате для создания оптимальных условий культивирования различных видов и штаммов микроорганизмов из-за невозможности изменения положения отбойников.

В предлагаемой установке для глубинного культивирования микроорганизмов, содержащей емкость с рубашкой обогрева и технологическими патрубками, соосно расположенные в емкости кольцевой барботер, приводную мешалку и закрепленные на двух прутках группы отбойников, установленные по периферии емкости с зазором относительно ее внутренней поверхности, согласно изобретению отбойники снабжены опорными элементами, а прутки выполнены в виде соосных емкости пружинных колец.

Это позволяет исключить необходимость центровки прутков с отбойниками при монтаже установки за счет их самоцентровки под действием сил упругости прутков, а также изменять положение отбойников их перемещением вдоль оси емкости при сжатии пружинных колец.

На фиг. 1 показана установка, общий вид; на фиг. 2 — разрез А-А на фиг. 1.

Аппарат для глубинного культивирования микроорганизмов содержит емкость 1 с рубашкой 2 обогрева и патрубками 3-8 для ввода и вывода теплоносителя, ввода и вывода воздуха, ввода посевного материала и вывода продукта соответственно, соосно расположенные в емкости 1 кольцевой барботер 9, сообщенный с патрубком 5, приводную мешалку 10 и закрепленную на двух прутках 11, выполненных в виде соосных емкости 1 пружинных колец, например, одной группы, например, из четырех отбойников 12, выполненных с опорными элементами 13 для образования зазора 14 относительно внутренней поверхности емкости 1. В патрубке 6 вывода воздуха установлен бактерицидный фильтр 15 для исключения вторичного обсеменения содержимого емкости или выброса из нее культивируемых микроорганизмов. Емкость 1 выполнена со съемной крышкой 16.

При работе установки емкость 1 через патрубок 7 или 8 заполняют стерильным или нестерильным субстратом, например мелассой. Возможно заполнение емкости 1 нестерильным субстратом при снятии крышки 16. При заполнении емкости нестерильным субстратом ее подвергают стерилизации совместно с содержимым. Затем пропусканием по патрубкам 3 и 4 через рубашку 2 теплоносителя емкость термостатируют при температуре культивирования, например при 34 о С, и в асептических условиях через патрубок 7 вводят чистую культуру микроорганизма для культивирования, например Aspergillus niger.

Культивирование осуществляют при пропускании по патрубку 5 через барботер 9 стерильного воздуха и перемешивании субстрата приводной мешалкой 10 для поддержания постоянной концентрации по объему субстрата питательных веществ, продуктов метаболизма культивируемого микроорганизма и барботируемого воздуха.

Для исключения образования центральной воронки в субстрате при работе мешалки 10 по периферии емкости 1 установлена группа отбойников 12, которые, отражая закрученный мешалкой 10 поток субстрата, создают в нем турбулентные завихрения, интенсифицирующие массообменные процессы в объеме субстрата. Образование застойных зон по периферии емкости 1 в местах установки отбойников 12 исключено наличием зазора 14, величина которого задана высотой опорных элементов 13 отбойников 12. Расположение отбойников 12 и степень турбулизации закрученного потока субстрата регулируются для создания оптимальных условий массообмена, соответствующих конкретному штамму конкретной культуры микроорганизма, положением отбойников 12 относительно оси емкости 1 при сжатии прутков 11, выполненных в виде пружинных колец, перед началом работы при снятой крышке 16.

Кроме того, форма выполнения прутков 11 и отбойников 12 облегчает технологию сборки установки за счет самоцентрирования прутков 11 с отбойниками 12 в емкости. Отработанный в процессе барботирования воздух удаляется из емкости через патрубок 6 и фильтр 15, очищаясь от спор культивируемого микроорганизма. При периодическом барботировании воздуха фильтр 15 исключает попадание в емкость микроорганизмов из окружающей среды, исключая вторичное обсеменение субстрата. После завершения культивирования, например при накоплении соответствующего количества лимонной кислоты, биомассу совместно с культуральной жидкостью удаляют из емкости через патрубок 8, после чего цикл повторяется.

Таким образом, предлагаемая установка обладает упрощенной технологией монтажа и возможностью регулировки интенсивности массообменных процессов в субстрате.

Источник

Аппараты для культивирования микроорганизмов-продуцентов

Ферментеры, или биореакторы, представляют собой камеры, в которых в жидкой или на твердой среде выращивают микроорганизмы. Процесс, происходящий в ферментере, называется ферментацией. Термин ферментация первоначально применялся только к анаэробным процессам, однако сейчас он используется более широко и включает все процессы, как аэробные, так и анаэробные. Продуктом являются либо сами клетки (биомасса), либо какой-то полезный клеточный метаболит. Все операции должны проводиться в стерильных условиях, чтобы избежать загрязнения культуры. Кроме того, необходимо обеспечить возможность поддержания в стерильном состоянии всех вводных и выводных отверстий . Аппаратура для выращивания микроорганизмов, стерилизации и других микробиологических целей

1. Термостат. Аппарат, в котором поддерживается постоянная температура. Оптимальная температура для размножения многих микроорганизмов 37°С. Термостаты бывают суховоздуш-ными и водяными Используются для культивирования микроорганизмов.

2. Микроанаэростат. Аппарат для выращивания микроорганизмов в анаэробных условиях.

3. Сушильный шкаф (печь Пастера). Предназначен для стерилизации лабораторной посуды и других материалов.

4. Автоклав. Предназначен для стерилизации паром под давлением В микробиологических лабораториях используются автоклавы разных моделей (вертикальные, горизонтальные, стационарные, переносные).

5. Холодильники. Используются в микробиологических лабораториях для хранения культур микроорганизмов, питательных сред, крови, вакцин, сывороток и прочих биологически активных препаратов при температуре около 4°С. Для сохранения биопрепаратов при температуре ниже 0°С используются низкотемпературные холодильники, в которых поддерживается температура -20°С и ниже.

Источник

Лекция № 9. Ферментаторы для проведения микробиологического синтеза.

1) Ферментаторы для глубинного культивирования микроорганизмов на жидких питательных средах.

2) Ферментатор барботажного типа с механическим перемешиванием.

3) Ферментатор с пневматическим перемешиванием среды.

4) Ферментатор ФВО-40-0,6 с интенсивным массообменном.

1) Ферментаторами или культиваторами называют аппараты, предназначенные непосредственно для выращивания микроорганизмов.

Они являются без сомнений, основными аппаратами при микробиологическом синтезе и используются:

· как в многотоннажном (гидролизно-дрожжевом)

· так и в малотоннажном производстве.

Классифицируются они согласно ряду наиболее значимых признаков следующим образом.

1. По способу культивирования

1.1 Для глубинного культивирования на ЖПС.

1.2 Для поверхностного культивирования на ТПС.

2. По структуре цикла культивирования.

2.1 Непрерывного действия.

2.2 Периодического действия.

3. По стерильности.

3.1 Герметичные ферментаторы.

3.2 Не требующие строгой герметичности (или не герметичные ферментаторы)

4. По конструктивным особенностям герметичные аппараты делятся:

4.1 Ферментаторы с диффузором и мешалкой.

4.2 Ферментаторы с вращающимися аэраторами.

4.3 Ферментаторы с механическими мешалками.

4.4 Ферментаторы с наружным циркуляционным контуром.

4.5 Колонные ферментаторы.

4.6 Ферментаторы с эжекционной системой аэрации.

В этих ферментаторах для глубинного культивирования микроорганизмов на жидких питательных средах герметичность необходима для обеспечения стерильности процесса выращивания микроорганизмов.

Стерильность достигается путем:

— стерилизации паром самого аппарата, трубопроводов и датчиков приборов КИПиА;

— подачи в ферментатор питательной стерильной среды и чистой посевной культуры;

— подачи стерильного воздуха для аэрирования растущей культуры;

— подачи стерильного химического пеногасителя;

— поддержки стерильной воздушной или паровой защиты уплотнений валов перемешивающих устройств, технологической арматуры в течение всего процесса выращивания.

2) Ферментатор барботажного типа с механическим перемешиванием является одним из наиболее простых по конструкции и широко распространен в промышленности.

По конструкции представляет собой:

· вертикальный цилиндрический аппарат с эллиптической крышкой и днищем;

· объем корпуса данного ферментатора составляет 63,0 м 3 .

На крышке аппарата расположены:

— приводы перемешивающих устройств и механического пеногасителя;

— а также штуцера для загрузки —

а) питательной среды;

б) посевного материала;

г) и штуцера подачи воздуха и в дальнейшем его вывода;

Кроме того, на крышке, а также самой обечайке устанавливаются:

д) смотровые люки;

ж) и люки для ввода моющей головки

Внутри аппарата по его центральной оси проходит вал с перемешивающими устройствами, состоящими:

— из одной открытой турбины (т.е. лопастной мешалки) установленной под барботером;

— и двух закрытых турбин диаметром 600 – 1000 мм и лопастями шириной 150 – 200 мм.

В качестве привода перемешивающего устройства используется мотор-редуктор.

Для плавного бесступенчатого регулирования частоты вращения в пределах 110 – 250 мин -1 используется:

— либо тиристорный преобразователь частоты тока,

либо электродвигатель постоянного тока.

Рис. 9.1 Ферментатор с механической мешалкой. 1- электродвигатель; 2 – редуктор; 3- муфта; 4-подшипник; 5-сальник; 6-вал; 7-корпус; 8-турбиная мешалка; 9-змеевиковая теплообменник; 10-муфта; 11-труба подвода воздуха; 12-лопастная мешалка; 13-барботер; 14-винтовая мешалка; 15-опрный подшипник; 16-штуцер для спуска.