Получение посевного материала
Для получения посевного материала используют исходную музейную культуру продуцента, которая поступает в заводскую лабораторию из научно-исследовательского института или с посевной станции. Как правило, посевной материал, содержащий молодые, растущие клетки микроорганизмов из начальной стадии спорообразования (споры, конидии), поступает в пробирках на скошенных агаризованных средах, в виде чистых культур в ампулах. Каждая производственная культура имеет паспорт, в котором указаны продуцент и его коллекционный номер, серия и дата изготовления, средняя активность серии и срок годности. В паспорте представлена характеристика среды для выращивания и хранения культуры. Полученный посевной материал подвергают тщательному микробиологическому и биохимическому контролю, так как от его активности и чистоты зависит дальнейший производственный цикл.
В зависимости от вида продуцента, его физиолого-биохимических особенностей приготовление посевного материала (до стадии производственной ферментации) проходит в несколько этапов: исходная культура > скошенная агаризованная среда > выращивание на качалке в колбах на жидкой питательной среде (одна-две стадии) > посевные аппараты (одна — несколько стадий) > стадия производственной ферментации.
Исходную культуру при оптимальных температурах выращивают в пробирках на скошенной агаризованной питательной среде. Для микроскопических грибов, актиномицетов выращивание длится до наступления обильного (72-120 ч) спорообразования, для бактериальных культур наиболее благоприятный возраст устанавливают экспериментально.
Выращенную культуру (1-5% к объему) с поверхности скошенной агаризованной среды стерильно смывают водой и переносят в колбы Эрленмейера на 750 мл, содержащие 50-100 мл жидкой питательной среды. Засеянные колбы выращивают на качалке (120-240 об/мин) при температуре 28-30 °С в течение 18-36 ч. Выращивание на качалке при перемешивании (встряхивании) увеличивает скорость роста культуры, что связано с интенсификацией массообмена. Эту стадию выращивания контролируют по морфологическим показателям микроорганизма. Наилучшие результаты дает культура, которая находится в стадии физиологической зрелости в конце логарифмической фазы роста. Для повышения титра клеток в инокуляте и увеличения количества посевного материала культуру выращивают в несколько стадий.
Готовую культуру стерильно переносят в посевной аппарат (малый инокулятор) с предварительно простерилизованной питательной средой. Посевной аппарат оснащен мешалкой, аэрирующим устройством, а также контрольно-измерительной аппаратурой для регулирования температуры, pH среды, уровня пенообразования и т. д. Вместимость посевного аппарата может быть различной (0,1-10 м3), а количество стадий выращивания определяется объемом производства и нормой расхода посевного материала для каждого продуцента.
Ниже приведены характеристики типовых аппаратов с механическим перемешиванием, используемых в качестве посевных.
Большое значение имеет качество посевного материала. Перенос микробных клеток из одной стадии выращивания в другую желательно осуществлять тогда, когда рост популяции происходит с максимальной скоростью, т. е. в фазе так называемого экспоненциального роста. Коэффициент перехода от одного аппарата к другому будет зависеть от конкретных условий выращивания каждого микроорганизма. Если этот переход осуществляется в фазе экспоненциального роста, то типичным коэффициентом перехода по отношению к объему последующей используемой аппаратуры для практических расчетов следует принимать величину, равную 10.
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
Аппарат для выращивания микроорганизмов и получения сухого посевного материала
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ р 550422
Реслублик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 31.01.75 (21) 2104900/13 с присоединением заявки № (23) Приоритет
Опубликовано 15.03.77. Бюллетень № 10
Дата опубликования описания 17.05.77 (51) М. Кл. С 12В 1/10
Совета Министров СССР ло делам изобретений и открытий (53) УДК 663.14(088.8) (72) Авторы изобретения
Т. Ф. Бойко, В. И. Бойко, А. М. Кузнецов и В. А. Осенькина (71) Заявитель (54) АППАРАТ ДЛЯ ВЫРАЩИВАНИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ
И ПОЛУЧЕНИЯ СУХОГО ПОСЕВНОГО МАТЕРИАЛА
Изобретение относится к микробиологической промышленности, в частности к аппаратам для выращивания микроорганизмов и получения сухого посевного конидиального материала в cTcpHJIbHblx условиях.
Известен аппарат для выращивания микроорганизмов и получения сухого посевного материала, выполненный в виде гермсгичной емкости, снабженной поярусно расположенными устройствами для получения пленки микроорганизмов с переливными трубками, полым валом с патрубками для подачи аэрирующего воздуха и сушильного агента и патрубками для отвода отработанного воздуха (1).
В указанном аппарате не исключается смятие и нарушение целостности получаемой пленки микроорганизмов и потеря вследствие этого выросших конидий. Часть пленки вследствие адгезии к металлу в процессе выращивания, сушки и распыления ее при измельчении остается в аппарате, что приводит к большой потере продукта и ухудшению его качества.
С целью повышения качества готового продукта и уменьшения потерь последнего в предлагаемом аппарате устройства для получения пленки микроорганизмов выполнены в виде неподвижных тарелок, имеющих по центру отверстие, а полый вал проходит через последние, установлен с возможностью возвратно-поступ ательного перемещения по вертикали и снабжен насадками, расположенными над каждой тарелкой и служащими для подвода аэрирующего воздуха, сушильного агента и отвода измельченного сухого материала, при этом на тарелках перед насадками установлены измельчители пленки, жестко связанные с валом.
При этом измельчители состоят из дисковых фрез, насаженных свободно на горизонтальной оси.
Кроме того, тарелки снабжены сифонами для слива культуральной жидкости и подвода сушильного агента под пленку, связанными с
На тарелках расположены щетки для очистки последних, жестко связанные с валом и установленные после насадков.
На фиг. 1 показан описываемый аппарат
20 для выращивания микроорганизмов и получения сухого посевного материала, общий вид в продольном разрезе; на фиг. 2 — разрез по
А — А на фиг. 1; на фиг. 3 — насадки с сифонами и коллекторами, вид сбоку, 25 Аппарат выполнен в виде герметичной емкости 1, снабженной поярусно расположенными устройствами для получения пленки микроорганизмов с.переливными трубкамп 2 и полым валом 3.
30 Полый вал снабжен патрубком 4 для подаА, 550422
65 чи аэрирующего воздуха и выгрузки сухой измельченной пл. Пки Н3 с i(o»тп «cTppII. !bitûè сосуд (пе пок!!зан).
K емкости через крышку 5 подсоединены патрубкп 6, 7 и 8 с вспти. 5IМ!) для подачи c) . шильного агента, питательной среды и отвода отработанного воздуха.
Устройства для полу н нпя и. кп микроорганпзмов выполнены «Вил,. ilcпод«п>1;,)ых тарелок 9, пмеющп по центру oт ie!)cTис. Полыи вал 3 проходит через отверсгн1 по центру Г.ярелок, установлен с возможное.!Ьи воз«ратш)го перемещения и снабжен насадками 10, расположенными над каждой тарелкой 9, сообщенными с полостью вала 3 через отверстия
11. Насадки 10 служат для подвода аэрирующего воздуха, сушильного агента и отвода измель>!енного сухого материала. На тарелках
9 перед насадками 10 установлены ГГзь!ельчители пленки, жестко связанные с валом 3 и состоящие из дисковых фрез 12, насаженных свободно на горизонтальной оси 13.
Тарелки 9 снабжены сифонами 14 для слива культуральной жидкости и под«ода суIIIH;Ib«oго агента под пленку. Сифоны 14 связаны с коллекторами 15.
На тарелках 9 расположены щетки 16 для пх очистки, которые жестко связаны с полым валом 3 и установлены после насадков 10 радиально H>1д I(3ждои таре яKoи 9 Hа уро«!Iс пл,>жков 17 It пзмсльчптслсй. В дпп!це емкости 1 имеется штуцер 18 для ели«я субстрата, герметично соединенный через «сиTII;II со сгсрильной колбой.
Аппарат работает следующим o<>p33out.
В промытый и простерплизо«ян,!ый аппарат при зафиксированном «ерхпсм поло кении «ала 3 через патрубок 7 подается простерилизованная, охлажденная и засеянная культурой питательная среда — субстрат, которая !Врез переливные трубки 2 поступает на тарелки 9, при этом заполняются все тарелки. Окончательное заполнение тарелок субстратом определяется по появлению капель из сливного штуцера 18, после чего подается стерильный сушильный агент через полый вал 3 и патрубок 6, а на патрубке 8 отвода отработанного воздуха открывается вентиль. 11утем регулирования расхода воздуха в аппарате создаются определенный температурный режим и избыточное давление, например, до 0,3 кгс/см .
В процессе развития культуры на поверхности субстрата в тарелках 9 образуется пленка, коToр3я 1. концу пропcсса Выращ!!«311Í)) покрывается спорами. Г1осле окончания процесса спороношения в аппарате избыгочнос дявлспис доводится до 1 кгс/см, открывается вентиль 19 на коллекторе 15, вследствие чего оста Т0 1113 я культ jj>p а льна я жидкость сл и В 3(-..гся с тарелок 9 через сифоны 14 в сборник (не показан).
Для сушки пленки, оставшейся на тарелках
9, через патрубок 4 полого вала 3 и пасадкн
10»3 ее поверхности подастся горячий воздух, а через сифоны 14 последний подается частич5
»о под пленку для предотвращения ес прпли-!
i3ili!я к повср. (! IocTii яре (Ii 9. П ) и 3Tot(i поЛ ьl и В I C T C H l3 и о д П я т 0 М I I O Jl o >I(C 111111.
11ослс «ысыхяппя ил ill(li поль!й «ял 3 перемещается «ш!>кпсс положение до соприкосновения дисковых фрез 12 и плужков 17 с повсрхнос;ью тарелок 9, а затем ему сообщается «ращение. Одновременно в аппарат с одной
cTopoIIbl !срез пят ()уоок 6 подастся стери.) ьпый сушильный агент, а с другой- — через 113трубок 4 полого вала и насадки 10 о(.у)цест«ляется его отсос из аппарата.
Г1ри вращении полого вала 3 радиальная ось ка>кдого набора дисковых фрез 12 движется по окружности тарелки 9, вследствие чего дисковые фрезы 12, касаясь режущими кромками пленки, проворачиваются на оси и измельчают пленку. Одновременно плужки 17 сгребают измельченную пленку с поверхности тарелок 9 и направляют ее в насадки 10, из которых она подхватывается потоком отсасы«аемого воздуха и через отверстие 11 полого вала 3 транспортируется к патрубку 4 и собирается в стерильный сосуд.
Для мойки тарелок 9 через патрубок 7 подается моечпый раствор вначале на верхнюю тарелку, а затем через переливные трубки 2—
113 ни>кср3с!10ложснпыс тарелки, прп этом полый Вал вращается и находится В нижнем Iloложешш. Щетки 16 касаются по«ерхпости тарслоl(9 и, увлс!(асм1>!с «3;Ioivl, D>IHIII 3ioT c 0T остатков пленки.
Далее емкость 1 стерплпзуется, цикл повтоP 5I CTC51.
Данный аппарат для выращи«ания микроорганизмов и получения сухого посевного материала обеспечивает высокую степеш. стерильности, максимальную микробиологическую чистоту готового продукта и, тем самым, повышение качества последнего, что позволяет централизованно снабжать заводы микробиологической промышленности качественным долгохранящпмся посевным материалом.
1. Аппарат для выращивания микроорганизмов и получения сухого посевного материала, выполненный в виде герметичной емкости, снабженной поярусно расположенными устройствами для получения пленки микрооргапизмов с персливш.1ми трубками, полным «3 лом с патрубкамп для подачи аэрирующего воздуха и сушильного агента и патрубками для отвода отработанного «оздуха, о т л и ч а10 111 И и С 5! ТСМ, 1ТО, С ПС II>10 HO«I>I III(>НИЯ КЗЧЕства готового про Iyi(T3 и уменьшения elo потсрь, устройства для получения пленки микроорганизмов выполнены в виде неподвижных тарелок, имеющих по центру отверстия, а полый вал проходит через последние, установлен с возможностью ьозвратно-поступательного перемещения по гсртикали и снабжен насадками, расположенными над каждой тарелкой и служащими для подвода аэрирующего возду 550422
4Ь2, 7 ха, сушильного агента и отвода сухого материала, ири этом на тар -:ка. перед наса п(амн установлены измсль и:т(.ш пленки, жестко связаииыс с валом.
2. Липарат ио п. 1, отличающийся тем, ЧТО ИЗ М СЛ ЬЧ П TP «. If СОСТОЯТ ИЗ ДИСКОВЫХ фРЕЗ, свободlfo насаженных на горизонтальной оси.
3. Аппарат ио пп. 1 и 2, отл и ч а ю щи и с я тем, иго тарелки снабжены сифонами для слиBB f(x .1i:Tóp I, ьиой хкпдкости и подВода cушильного агента под пленку, связанными с коллекторами.
-1. Лини рат по пи. 1 — 3, отличающийся тем, ITo иа тарелках расположены щетки для очистки последних, жестко связанные с валом и установленные после насадков.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе заявки:
1. Авторское свидетельство СССР Л 273137, 10 М. Кл. С 12В 1/08, 28.08.70. 550422
Составитель А. Бражникова
Редактор T. Логинова
Заказ 604/8 Изд, № 298 Тираж 589 Подписное
ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва. 7К-35, Раушская наб., д. 4/5
Источник
Культивирование микроорганизмов на твердых питательных средах
Глава 4. Оборудование для культивирования микроорганизмов
Выращивание микроорганизмов – продуцентов биологически активных веществ проводят на твердых или жидких питательных средах. В промышленности наиболее широкое распространение получило глубинное культивирование на жидких средах. Вместе с тем культивирование на сыпучих средах имеет существенные преимущества по сравнению с культивированием на жидких средах:
— синтез ферментов в 5-8 раз выше;
— влажность получаемой культуры 45-50 %, что дает значительную экономию при сушке.
Однако отсутствие надежных механизированных растильных установок сдерживает его широкое промышленное применение.
Культивирование микроорганизмов на твердых питательных средах
Оборудование для культивирования микроорганизмов на твердых питательных средах называют растильными установками. По конструкции растильные установки можно подразделить на следующие виды:
— камерные растильные установки с горизонтально расположенными перфорированными кюветами размерами 400 X 800 мм,;
— механизированные растильные установки с вертикально расположенными перфорированными кюветами;
— ленточно-конвейерные установки цикличного и непрерывного действия;
— пластинчатые агрегаты непрерывного действия с применением растильных вибрационных установок;
— установки колонного типа с объемным аэрированием;
— растильные установки барабанного типа.
Первые ферментные заводы в нашей стране были оборудованы камерными растильными установками с горизонтально расположенными перфорированными кюветами. На некоторых предприятиях эти установки применяются до настоящего времени.
Камерные растильные установки используют для выращивания культур грибов в кюветах поверхностным способом. Растильная камера – это прямоугольное помещение размерами 10 X 2,8 X 2,1 м с полной герметизацией. Помещение имеет две двери, одна из которых выходит в загрузочное отделение, а другая — в разгрузочное. Внутри камеры с одной стороны имеются воздуховоды для подачи кондиционированного воздуха, а с противоположной — воздуховоды для удаления отработавшего воздуха. Площадь камеры рассчитана на единовременную загрузку 18-20 этажерок по 9-10 этажерок на каждую сторону. Каждая этажерка имеет 9-10 полок, на которых расположены кюветы. Расстояние между полками принимается равным 80-100 мм. Это позволяет провести одновременную загрузку питательной среды до 700 кг в пересчете на воздушно-сухие отруби.
Этажерки устанавливают в камере широкой стороной к стенам. Меду рядами этажерок оставляют свободный проход для обслуживания шириной 1000-1200 мм. Расстояния от стен должно быть равно 300—200 мм.
Кондиционеры воздуха располагают над растильными камерами. Они подают в камеры воздух температурой 22-32 °С и относительной влажностью 96-98 %. Воздух рециркулирует с добавлением от главного кондиционера 10 % свежего воздуха. Загрузочные и разгрузочные коридоры растильных камер должны быть изолированы от соседних помещений. Это достигается с помощью приточно-вытяжной вентиляции при кратности обмена воздуха до 8. Отработавший воздух перед выбросом в атмосферу тщательно очищается от спор.
Выращивание производственной культуры в растильных камерах использовалось на начальных этапах развития производства ферментных препаратов. Применяют этот способ и при малотоннажном производстве. Недостатками такого способа культивирования микроорганизмов являются большая трудоемкость, низкий уровень механизации технологических процессов и неизбежность контакта работающего персонала с растущей культурой микроорганизма.
Попытки создать механизированные растильные установки с горизонтально расположенными кюветами не дали положительных результатов, так как они металлоемки и малопроизводительны.
Механизированная линия для выращивания культур грибовразработана на основе растильных камер с разъемными кассетами. Используют её для механизированного выращивания и получения очищенных ферментных препаратов.
В состав линии несколько отделений: подготовки питательной среды выращивания, экстракции, осаждения, выделения и сушки, стандартизации и фасовки препарата.
Основой стадией технологического процесса является подготовка питательной среды и выращивание культуры гриба.
Принципиальная схема расположения технологического оборудования в отделении выращивания гриба показана на рис. 4.1.
Она предусматривает два технологически независимых потока. В каждом потоке имеются стерилизатор, смеситель, закрытый туннель, рельсовая система для последовательного перемещения камер от одной технологической операции к другой. В закрытом туннеле размещаются девять растильных камер.
Исходное сырьё для питательной среды — отруби и свекловичный жом, подаются пневмотранспортом в приемный бункер, а из него шнековым транспортером перемещаются в стерилизатор. В этот же стерилизатор добавляют необходимое количество воды и раствора сульфата аммония. Смесь перемешивают и производят стерилизацию в автоматическом режиме. После стерилизации среда поступает в стерильный смеситель, Туда же добавляют стерильную воду для увлажнения среды и стерильную суспензию посевной культуры. Количество посевного материала составляет 0,1-0,8 % от массы питательной среды.
Засеянную питательную среду перемешивают 3-5 мин, автоматически открывается люк смесителя и среда перегружается в подготовленную стерильную растильную камеру 13 с разъемными кассетами. Камера устанавливается на столе загрузки 5 под смесителем. Среды в кассетах уплотняется за счет вибрации камеры, После чего растильная камера по рельсовому пути автоматически транспортируется в туннель камеры выращивания 10.
В отделении выращивания размещены две камерами выращивания. Каждая из них имеет узел загрузки 3, 4, иузлом разгрузки 9. В линии имеется устройство для измельчения культуры, мойки и стерилизации камер. Все узлы соединены между собой рельсовыми путями 15 с поворотными кругами 1 и транспортирующими системами.Транспортировка камер от одного узла к другому производится автоматически.
Туннель камеры выращивания разделен на три участка: первый рассчитан не размещение шести растильных камер 13, второй — на две камеры и третий — на одну. Каждый участки камеры выращивания герметизирован, оборудован двумя противоположно расположенными диффузорами для подвода и отвода воздуха, калориферами и вентиляторами. Подача воздуха осуществляется по замкнутой циркуляционной схеме.
Каждые 3 ч в туннель поступает загруженная растильная камера, а предыдущая автоматически сдвигается на следующий участок. Таким образом, в туннеле камеры выращивания постоянно находятся 9 растильных камер.
На первых двух участках происходит прорастание спор и активный рост. Продолжительность лаг-фазы составляет 16-18 ч. Температура поддерживается 33-35 °С. В период активного роста интенсивность воздушного потока увеличивается. Это обеспечивает отвод тепла и газообразных продуктов метаболизма. Температуры среды поддерживается в пределах 35—36 °С. На третьем участке идет накопление ферментов. Система аэрации рассчитана на поддержание оптимальной температуры на уровне 32—34 °С.
Температура воздуха на каждом участке регулируется автоматически по заданной программе.
По окончании цикла выращивания гидротолкатель выводит растильную камеру из туннеля и она подается к столу разгрузки 9. На столе разгрузки, с помощью специальных устройств, камера разгружается и выращенная культура попадает на первую ступень дробления.
После разгрузки растильная камера движется по рельсовому пути на узел мойки, а затем в стерилизатор камер, После стерилизации растильная камера охлаждается, просушивается стерильным воздухом и автоматически подается на стол загрузки. Технологический цикл повторяется.
Механизированная технологическая линия имеет определенные преимущества, но не лишена и недостатков.
К преимуществам линии можно отнести:
— повышение технического уровня и культуры производства;
— снижение споро- и пылевыделения;
— снижается контакт обслуживающего персонала с выращиваемой культурой.
К недостаткам линии можно отнести:
— требуются большие площади для установления транспортных систем и растильных камер;
Установки для статико-динамического выращивания культурпозволяют интенсифицировать процесс, герметизировать все технологические операции, снизить производственные затраты.
Метод статико-динамического поверхностного выращивания культур грибов заключается в том, что среда некоторое заданное время находится в неподвижном (статическом) состоянии, а затем периодически подвергается принудительному движению, разрыхлению и перемешиванию (динамические условия). При этом способе необходимость применения кювет полностью отпадает.
Стерильная питательная среда засевается посевной культурой и загружается на первую полку ленты камеры выращивания. В камере одна под другой расположены несколько полок. Длительность выдерживания засеянной среды на полке устанавливается в зависимости от числа полок в камере. При этом общая длительность пребывания растущей культуры на всех полках должна быть равна длительности процесса выращивания культуры (от 24 до 48 ч). Верхние полки используются для первой фазы выращивания, средние — для второй и нижние — для третьей. В камеру подается стерильный кондиционированный воздух, в зоне выращивания температура воздуха должна быть 32-35 °С, а относительная влажность – 96-98 %. Через равные промежутки времени среда механически пересыпается с полки на полку. Это позволяет засеянной питательной среде проходит все стадии роста.
При перемещении среды с полки на полку она разрыхляется. Разрыхление среды способствует улучшению процессов массообмена, отвода продуктов метаболизма, повышает активность культуры.
Такой способ позволяет:
— максимально использовать полезный объем камеры;
— интенсифицировать процесс и облегчить условия труда;
— улучшить условия теплообмена и сократить расход воздуха для отвода физиологического тепла, выделяемого культурой.
Применяют метод статико-динамического выращивания культур микроорганизмов в установках полочного, ленточного и других типов.
Конвейерная растильная установка типа 4Г-КСКможет быть использована для периодического или непрерывного поверхностного выращивания грибных культур.
Установка типа КСК показана на рис. 4.2. Она представляет собой металлический шкаф. Внутри его расположено 4-5 ветвей лент сетчатого транспортера. Каждая лента имеет индивидуальный привод, либо общий с вариатором скоростей.
Над транспортерными лентами устанавливают уравнительные планки. Они позволяют регулировать высоту слоя питательной среды от 30 до 100 мм. Для разрыхления среды над верхними лентами установлены валы с лопастями в виде игл. Разрыхление производят при перегрузке среды с верхней ленты на нижележащую ветвь ленты. В пространстве между ветвями транспортерных лент установлены паровые калориферы. Температура воды, подаваемой в калориферы различна. Под первой (верхней) и второй ветвями лент, она должна быть 35-40 °С, под третьей и четвертой – 26-30 °С. Калориферы пятой ветви лент могут обогреваться отработавшей горячей водой из верхних ярусов. Благодаря этому в камере создаются три температурные зоны: первая зона с температурой среды 32-35 °С, вторая зона — с температурой 30 °С, третья зона с температурой до 28 °С.
Калориферы имеют и штуцера для подвода пара. Пар используют при мойке, сушке и стерилизации установки.
Установка должна быть полностью герметизирована и смонтирована в обособленном герметичном и стерильном помещении. Над установкой монтируют вытяжной зонт с вытяжной трубой высотой 5-10 м для подачи и удаления воздуха. На подающей и вытяжной линии воздуха устанавливают фильтры для бактериальной очистки воздуха.
Стерильная питательная среда из стерилизатора самотеком подается на верхнюю ленту камеры. После заполнения ленты подача среды прекращается, и она выдерживается при оптимальных температурах для роста гриба в течение 9 ч. После этого среда перегружается на нижележащую ветвь транспортера с одновременным разрыхлением и снова выдерживается.
Освободившаяся ветвь верхнего транспортера вновь заполняется стерильной средой.
Таким образом, через каждые 9 ч. происходит перемещение питательной среды с одной ветви транспортера на другую и через 36 ч. выращенная культура выгружается.
Количество воздуха, подаваемого в камеру, составляет до 1000 м 3 на 1 т культуры гриба.
По окончании цикла выращивания установку моют горячей водой и стерилизуют горячим воздухом при температуре 120-130 0 С в течение 2-3 ч.
Вибрационные растильные установки позволяют выращивать культуру грибов в динамических условиях. Такой метод выращивания считают более прогрессивным. Сущность способа заключается в том, что стерильная засеянная питательная среда в процессе выращивания подвергается вибрационным колебаниям с одновременным перемещением в непрерывном потоке. Под действием высокочастотных колебаний 10-17,5 Гц питательная среда становится более подвижной, уменьшается коэффициент внутреннего трения, и снижается сопротивление перемещению. Колебательные импульсы, передаются слою транспортируемой среды, и она переходит во взвешенное состояние. Режим вибрационного транспортирования способствует непрерывному обновлению поверхностного слоя: часть пути среда совершает в контакте с поверхностью транспортируемого органа, затем переходит во взвешенное состояние и снова падает. Это способствует интенсивному перемешиванию среды, хорошему доступу воздуха до каждой частицы, что в тысячи раз увеличивает активную поверхность среды по сравнению со статическим кюветным способом выращивания.
Физиологическое тепло, выделяемое культурой в процессе роста, отводится водой. Это позволяет сократить расход кондиционированного воздуха с 20 000 до 500 м 3 на 1 т культуры.
Применение вибрации позволяет:
— интенсифицировать процессы массо- и теплообмена;
— ускорить процесс микробиологического синтеза;
— механизировать технологические операции;
— повысить активность культуры;
— повысить эффективность технологии.
Вибрационные установки могут быть как горизонтального, так и вертикального типа. На рис.4.3 показана установка растильная винтового типа.
Вибрационная установка винтового типа состоит из вибростерилизатора и четырех герметизированных вертикальных вибрационных конвейеров лоткового типа 7. Растильной частью установки являются первые три конвейера. Каждый конвейер соответствует условиям роста первого, второго и третьего периода. Четвертый конвейер предназначен для сушки культуры. Каждый конвейер имеет индивидуальный привод и вибратор.
Стерильная засеянная питательная среда из вибростерилизатора 3 поступает в приемный лоток 6 первого виброконвейера. Под влиянием виброимпульсов, сообщаемых желобу, перемещается снизу вверх, Из верхнего лотка первого виброконвейера среда по трубе поступает в нижний приемный лоток второго виброконвейера, затем по такой же схеме перемещается в третий и четвертый виброконвейеры.
Устройство второго виброконвейера отличается от первого тем, что лотки его снабжены водяной рубашкой для отвода тепла, выделяемого культурой в период роста. Кроме того, во второй виброконвейер подается стерильный кондиционированный воздух..
Скорость движения среды по лоткам виброконвейеров составляет 2-3 мм/с. Диаметр и число витков виброконвейеров рассчитаны так, чтобы среда находилась в непрерывном движении в период процесса роста.
Четвертый виброконвейер выполняет роль сушилки. В рубашку его лотков подают воду с температурой 70 °С, а в корпус — воздух с температурой 70-80 °С. Выращенная и высушенная культура гриба выгружается, воздух перед удалением подвергается бактериальной очистке.
Установка для непрерывного выращивания грибных культур колонного типаобеспечивает перемешивание и разрыхление всей толщи среды в процессе выращивания, предотвращает высыхания верхних слоев, а также интенсифицирует процесс выращивания. Общий вид установки показан на рис. 4.4. В состав установки входят: бункер для среды /, сборник для приготовления посевного материала 6, стерилизатор 2, устройство для охлаждения иувлажнения среды 3, устройство для посева культуры 4 и аппарат для выращивания 5. Основным узлом в установке является аппарат для выращивания культур. Выполнен он в виде секционной колонны, имеет сферическую крышку / и коническим днищем 6. В центральной части колонны установлены шнек 3 и вал. Витки вала выполнены полыми, кроме того, являются прерывистыми и в промежутках между ними установлены контрпальцы 4 для измельчения выращенной культуры.
Верхняя секция снабжена контрплитой 2 для направления движения среды к шнеку 3. Средние секции выполнены двустенными, причем внутренние стенки перфорированы. Наружные стены имеют люки 5 и штуцера 7 для подвода воздуха. Секции соединяются между собой при помощи фланцев. Привод шнека осуществляется через редуктор 8, установленный над крышкой колонны. Общий вид колонны показан на рис. 4.5.
Во время работы установки в верхнюю секцию аппарата поступает стерильная среда, засеянная культурой грибов. Контрплита предотвращает вращение среды и направляет ее к шнеку. В верхней зоне колонны среда находится 12 ч.
Из первой зоны среда поступает во вторую, где происходит активный рост культуры с выделением тепла. Отвод тепла от культуры осуществляется через поверхность шнека, в полую часть которого и витки подают хладагент.
В процессе выращивания среда перемешивается контрпальцами аэрируется кондиционированным воздухом. Воздух поступает через перфорированные внутренние стенки. Продолжительность выращивания во второй зоне длится 14 ч.
Выращенная культура поступает в нижнюю секцию колонны, где происходит накопление белка и ферментов. Длительность этого цикла составляет 8-12 ч. После этого выращенная культура измельчается и через коническое днище направляется на дальнейшую переработку.
Скорость движения культуральной массы внутри колонны зависит от времени выращивания культуры.
4.2 Культивирование микроорганизмов на жидких питательных средах – сложный и тонкий процесс получения продуктов микробного синтеза. Биосинтез биологически активных веществ зависит от ряда факторов:
— рН среды и растущей культуры;
— концентрации растворенного кислорода,;
— конструкции и материала оборудования, в котором происходит процесс, и др.
Ферментеры для глубинного выращивания микроорганизмов по способу культивирования подразделяются на аппараты непрерывного и периодического действия;
По конструктивным признакам их можно разделить на следующие группы:
— аппараты с диффузором и турбиной;
— с вращающимися аэраторами;
— с механическими мешалками;
— с наружным циркуляционным контуром;
— колонные ферментеры, с эжекционной системой аэрации.
В. микробиологической промышленности процессы культивирования продуцентов биологически активных веществ проводятся периодическим способом в стерильных условиях.
Стерильность процесса обеспечивается:
— стерилизацией ферментера, трубопроводов, датчиков приборов КИПиА;
— подачей в ферментер стерильной питательной среды и чистой посевной культуры;
— подачей стерильного воздуха для аэрирования растущей культуры;
— использование стерильного химического пеногасителя;
— установкой в ферментере стерилизуемых датчиков для контроля и регулирования параметров процесса;
— поддержание стерильной воздушной или паровой защиты уплотнения вала перемешивающего устройства, технологических трубопроводов и арматуры в течение всего процесса выращивания.
Конструкция любого ферментера должна обеспечить нормальный процесс культивирования клеток. Для этого необходимо предусмотреть:
— подвод к каждой клетке в достаточном количестве всех питательных веществ;
— отвод от каждой клетки продуктов метаболизма;
— термостатирование микробной суспензии в каждой точке;
— поддержание оптимальных рабочих параметров в каждой точке;
— требуемый уровень аэрирования, перемешивания;
— высокий уровень автоматизации процесса культивирования, техники безопасности и условий труда операторов.
Достигается это за счет подсоединения к ферментеру следующих систем:
— подачи жидкостных (или сыпучих) потоков в аппарат;
— ввода и вывода газовых потоков;
— аэрирования ферментационной среды;
— перемешивания ферментационной среды;
— пеногашения ферментационной среды;
— термостатирования ферментационного объема;
— стерилизации ферментера и ферментационной среды;
— вывода жидкостных (или сыпучих) потоков из аппарата;
— контроля и регулирования заданных параметров процесса.
Схема технологической обвязки ферментера показана на рис. 4.6.
Ферментер с механическим перемешиванием барботажного типапредставляет вертикальныйаппарат цилиндрической формы. Крышка и днище аппарата – эллиптические. Отношение высоты к диаметру – 2,6:1.
Общий вид ферментера показан на рис.4.7.
На крышке аппарата расположены:
— привод перемешивающего устройства;
— привод механического пеногасителя;
— штуцера для загрузки питательной среды, посевного материала, пеногасителя, подачи и вывода воздуха;
— люки для погружения моющей механической головки;
— штуцера для приборов визуального контроля.
В днище аппарата предусмотрен спускной штуцер 16. Снаружи ферментер имеет рубашку.Она состоит из 6-8 секций. Каждая секция состоит из 8 навитых опоясывающих каналов, выполненных из уголкового профиля размером 100 X 60 мм. Площадь поверхности охлаждения рубашки 60 м 2 .
Внутри аппарата проходит вал. На валу закреплены перемешивающие устройства: две закрытые турбины, одна открытая и винтовая мешалка. Диаметр турбин 600-1000 мм, ширина лопастей 150-200 мм,
Ввод воздуха осуществляется через барботер. Барботер выполнен в виде разборного ромба из перфорированных труб. В верхней части труб в шахматном порядке располагаются 2000-3000 отверстий.
Для охлаждения среды и отвода выделяемого тепла имеется змеевиковый теплообменник с поверхностью охлаждения 45 м 2 . Змеевик состоит из 23 витковдиаметром 600 мм., высота змеевика 2,4 м.
Общая высота аппарата более 8 м.
Для обеспечения стерильности процесса предусмотрены торцовые уплотнения вала перемешивающего устройства с паровой защитой.
Ферментер рассчитан для работы под избыточным давлением 0,25 МПа; стерилизации паром при температуре 130-140 0 С, а также для работы под разрежением. При выращивании микроорганизмов давление внутри ферментера находится в пределах 50 кПа. Расход стерильного воздуха составляет до 1,0 м 3 /(м 3 мин). Высота столба жидкости в аппарате около 5-6 м.
Для эффективной работы ферментера очень важным условием является соблюдение предусмотренных режимов. Для их поддержания важную роль играет обвязка ферментера. Принципы такой обвязки показаны на рис. 4.8.
Ферментеры с пневматическим перемешиванием и аэрированием среды по конструкции незначительно отличаются от ферментеров с механическим перемешиванием среды. Вместо перемешивающих механических устройств внутри смонтированы форсунки, диффузоры, барботеры для подачи воздуха. Воздух и используется для перемешивания растущей культуры. Кроме этого он поставляет кислород для растущей культуры, участвует в отводе образующихся метаболитов.
Общий вид ферментера показан на рис. 4.9.
Воздух под давлением с помощью направляющих лопаток аэратора вводится по касательной к окружной розетке. Это придает вихревое движение воздушно-жидкостной эмульсии. Эмульсия непрерывно циркулирует по внутреннему замкнутому контуру через верхние кромки цилиндра, кольцевое пространство между внутренней стенкой аппарата и внешней стенкой аэрирующего устройства и через раструб поднимается вверх. За счет создания циркуляционного контура происходят интенсивное перемешивание и аэрирование растущей культуры.
Для более эффективного отвода физиологического тепла предусмотрена дополнительная поверхность охлаждения диффузора. Аппарат работает под избыточным давлением.
Недостатком таких ферментеров является:
— более низкая величина рабочего объема по сравнению в сравнении с ферментером с механическим перемешиванием;
— затруднено использование при работе с сильно пенящимися средами.
Используют ферментеры при работе с питательными средами небольшой вязкости, и когда культура микроорганизмов не нуждается в интенсивном перемешивании.
1. Виды и характеристика оборудования для культивирования микроорганизмов на твердых питательных средах.
2. Камерные растильные установки.
3. Механизированные линии для выращивания культур грибов.
4. Конвейерные растильные установки.
5. Ферментеры для глубинного выращивания культур грибов.
6. Ферментер с механическим перемешиванием барботажного типа.
7. Ферментер с пневматическим перемешиванием и аэрированием среды.
Источник