SU1252334A1 - Установка дл твердофазной ферментации - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к устройствам дл  микробиологической переработки нерастворимого растительного сырь  с целью получени  таких продуктов , как белок, ферменты, органические кислоты и других продуктов и может быть использовано в микробиологической , медицинской, химической промышленности и сельском хоз йстве.

Известна установка дл  твердофазной ферментации, содержаща  биореактор с крышкой и теплообменной рубашкой , устройство дл  загрузки растительного сырь  и выгрузки продукта, инокул тор, источники сжатого воздуха и пара и логический блок управлени  l .

Недостатком известной установки  вл етс  то, что невозможно осуществить полную загрузку биореактора из- за размещени  внутри его диффузора- теплообменника и шнека с ворощител - ми, следствием чего  вл етс  низкий выход получаемого продукта, а использование в биореакторе механического перемешивающего устройства значительно повьппает металлоемкость биореактора , требует дополнительных энергозатрат.

Цель изобретени .- повышение производительности установки. I

Указанна  цель достигаетс  тем, что в установке дл  твердофазной фер- меитации, содержащей биореактор с крышкой и теплообменной рубашкой, устройство дл  загрузки растительного сырь  и выгрузки готового продукта , инокул тор, источники сжатогого воздуха и пара и логический блок управлени , отличительной особенностью  вл етс  то, что установка снабжена установленными вертикально в биореакторе иа разной высоте питател ми дл  ввода пара, питательной среды, иноку- л  та и воздуха и выполненными в виде труб с заостренными наконечниками, имеющими радиальные отверсти , распределителем газожидкостных потоков, и буферной емкостью дл  жидкой питательной среды с регул тором уровн , при этом распределитель газожидкост- ных потоков соединен через обратный клапан с регул тором уровн  жидкости и через управл ющие клапаны - с питател ми и с нижней полостью инокул - тора, верхн   полость которого посредством трубопровода св зана с верхней частью буферной емкости, а через

бактериальный фильтр и соответствующие регулирующие клапаны - с источником сжатого воздуха, с атмосферой и источником пара, причем последний подключен посредством насоса и клапана к нижним полост м биореактора и буферной емкости, а устройство дл  загрузки растительного сырь  и ЕЫГ- рузки готового продукта выполнено в виде сетчатого контейнера, размещенного внутри биореактора.

На чертеже схематично показана установка дл  твердофазной ферментации .

Установка содержит биореактор 1 с крьшкой 2 и теплообменной рубаш- кой 3, сетчатый контейнер 4 дл  загрузки растительного сырь  и выгрузки готового продукта, инокул тор 5 с теплообменной рубашкой 6 и мешалкой 7, штуцером 8 с заглушкой 9 дл  ввода в инокул тор посевного материала , фильтр 10 воздуха и управл емые клапаны 11 и 12 дл  ввода и вывода аэрирующего воздуха в инокул тор и из него, источник 13 сжатого воздуха с задатчиком 14 давлени , бактериальным фильтром 15 воздуха, клапанами 16 - 18, соедин ющими установку с источником 13 сжатого воз- духа, атмосферой и источником 19 пара (парогенератором), имеющим ловушку 20 пара, а также логический блок 21 управлени , буферную емкость 22 с крышкой 23, содержащей регул тор 24 уровн  питательной среды , обратный клапан 25 и распределитель 26 газожидкостных потоков с управл емым клапаном 27, установленным в трубопроводе, соедин ющем инокул тор с распределителем газожидкостных потоков и клапанами 28, соедин ющими этот распределитель с питател ми 29, закрепленными в крышке биореактора и имеющими заостренные наконечники 30 дл  облегчени  их ввода в растительный субстрат с ра- диально расположенными в них отверсти ми 31 дл  протока пара, конденсата инокул та, воздуха, экстракта или эксудата в биореактор, а также клапан 32, насос 33 и клапан 34, соедин ющие биореактор 1 с буферной емкостью 22 и парогенератором 19.

Установка работает следующим образом .

Контейнер 4 полностью загружают растительным сырьем и устанавливают

в биореакторе 1, При закрывании последнего крышкой 2 питатели 29 ввод т в субстрат. Затем биореактор 1 герметизируют , в парогенератор 19 заливают дистиллированную воду, а на ло- гическом блоке 21 управлени  установкой включают режим Стерилизаци  . При включении этого режима клапаны 18, П и 27 открываютс , клапаны 16, 12, 34 и 17 закрываютс , кла- паны 28 и 32 начинают работать в противофазе, поочередно открыва сь и закрыва сь по заданной программе. Включаетс  насос 33 и нагреватель парогенератора 19 (не показан). При нагреве дистиллированна  вода, наход ща с  в парогенераторе 19, закипает и пар через клапан 18, бактериальный фильтр 15, клапан 11, инокул тор 5, клапан 27, распреде- литель 26 газожидкостных потоков и питатели 29 поступает в биореакто1 1. Одновременно пар поступает в буферную емкость 22, из которой частично через регул тор 24 уровн  жидкости, обратный клапан 25, распределитель 26 газожидкостных потоков и питатели 29 поступает в биоректор 1 через клапан 32 и вместе с образующимс  в биореакторе 1 конденсатом с помощью на- coca 33 откачиваетс  обратно в парогенератор 19. Воздух из установки выбрасываетс  в атмосферу через ловушку 20 пара.

По истечении заданного времени стерилизации установки отключаетс  нагрев парогенератора 19, клапаны 18, 28 и 11 закрываютс , насос 33 отключаетс  и открываетс  клапан 34, через который образованный при стерилиза- ции растительного сырь  зкстракт вытесн етс  из парогенератора 19 в биореактор 1 , а через клапан 32 - в буферную емкость 22 и далее через регул тор 24 уровн  жидкости, обратный клапан 25, распределитель 26 газожидкостных потоков и клапан 27 поступает в инокул тор 5. После полного или частичного (в зависимости от поставленной задачи) вытеснени  экстрак- та из парогенератора 19 в биореактор 1, буферную емкость 22 и инокул тор 5, клапаны 34 и 27 закрываютс , а клапаны 11 и 17 открываютс  и давление в установке вьфавнивают с атмос- ферным.

Охлаждение установки осуществл ют подачей хладоносител  в теплообмен- .

ную рубашку 3 биореактора I и тепло- обменную рубатку 6 инокул тора 5. Засев инокул тора 5 микроорганизмами провод т через штуцер 8, дл  чего, не наруша  асептических условий в биореакторе, с него снимают заглушку 9 и подсоедин ют сосуд с посевным материалом. Не исключаетс  при этом в случае необходимости, внесение в инокул тор 5 и дополнительных веществ . Дп  инкубироваии  посевного материала на логическом блоке 21 управлени  включают программу Иноку- л т. Эта программа обеспечивает в инокул торе 5 необходимые дл  роста биологического объекта услови  перемешивани , термостатироваки  и аэрации .

Перемешивание культуральной суспензии в инокул торе провод т посредством вращающейс  мешалки 7, термо- статирование - прокачкой через тепло обменную рубашку 6 теплоносител , а аэрацию осуществл ют в импульсном режиме по заданной программе, пп  чего на задатчике 14 давлени  устанавливают выбранное давление воздуха а на логическом блоке 21 управлени  - врем  циклов на срабатывание клапанов 16 и 17, При этом сжатый воздух через клапан 16, бактериаль- ньй фильтр 15 и клапан II поступает в инокул тор 5 и нагнетает в нем давление заданной величины. Затем клапан 16 закрываетс  и открываетс  клапан 17 и часть воздуха из инокул тора 5 через клапан 11, бактериальный фильтр 15, клапан 17 и эадат- чик 14 давлени  выбрасываетс  в атмосферу , сохран   в инокул роте 5 достаточное давление воздуха, заданное задатчиком 14 давлени . Далее циклы подачи аэрирующего воздуха в инокул тор повтор ютс . При достижении в инокул торе 5 выбранной концентрации биомассы полученным иноку- л том засевают биореактор I, дл  чего на логическом блоке 2I управлени  включают программу Биоконверси ,

Дп  реализации этой программы используют клапаны П, 12, 27, 28 и 32, запрограммированное обрабатывание которых обеспечивает дробный засев инокул том биореактора 1, рас- пределеиие этого инокул та по всему объему растительного субстрата , наход щегос  в биореакторе 1, вытеснение жидкой среды из биореактора 1 и сбор ее в буферной емкости 22, увлажнение этой средой растительного субстрата и восполнение объема инокул тора 5 жидкой питательной средой из буферной емкости 22, При засеве биореактора 1 ино- кул тором и равномерном распределении его по всему объему растительного субстрата синхронно с каждым из клапанов 28 открываютс  клапаны 27, 16 и в противофазе с ними клапан 32. Воздух дл  аэрации от источника 13 сжатого воздуха подаетс  через клапан 16, бактериальный фильтр 15 и клапан 11 в инокул тор 5, выдавлива  из него инокул т через клапан 27 распределитель 26 газожидкостных потоков и один из открытых клапанов 28 и через соответствующий ему питатель 29 и радиальные отверсти  31 поступает в биореактор. Одновременно воздух через бактериальный с фильтр 15 поступает в буферную емкость 22 и через регул тор 24 уровн  жидкости, обратный клапан 25, распределитель 26 газожидкостных потоков и обратный клапан 28 нагнетаетс  в соответствующий питатель 29, создава  в отверсти х 31 разбрызгивание инокул та и аэрацию биологического объекта.

Поступивший в биореактор 1 инокул т вытесн ет из растительного субстрата жидкую среду, котора  вместе с обработанным воздухом в виде газожидкостной смеси по трубопроводу через клапан 32 выдавливаетс  в буферную емкость 22, где происходит разделение жидкости и газа, газ по трубопроводу через фильтр 15, клапан 17 и задатчик 14 давлени  выбрасываетс  в атмосферу. При этом регул тор 24 уровн  питательной среды может быть установлен на любом заданном уровне, что обеспечивает поддержание влаж-- ности и отвод тепла в биореакторе 1. Дл  восполнени  рабочего объема инокул тора жидкой питательной средой регул тор 24 уровн  питательной среды погружают в жидкость, наход щуюс  в буферной емкости 22. Не прекраща  циклической аэрации, временно закрываютс  клапаны 11 и 28 и жидка  питательна  среда из буферной емкости 22 вытесн етс  поступающим на аэ- рацию сжатым воздухом через регул тор 24 уровн  питательной среды, обратный клапан 25, распределитель 26

35

45

55 2523346

газожидкостных потоков и клана 27 в инокул тор 5 до уровн  жидкости, заданного регул тором 2А уровн .

Процесс биоконверсии растительно- 5 го сырь  в установке можно проводить как с дробным вводом инокул та в био- peaitTop 1 и заполнением питательной средой инокул тора 5, так и при разовом засеве инокул том растительного

10 субстрата биореактора 1.

По завершении процесса биоконверсии отключают подачу сжатого воздуха в установку, давление в ней выравнивают с атмосферным, снимают крышку 2

15 с биореактора 1 н извлекают из него сетчатый контейнер 4 с готовым продуктом . Стерилизацию установки можно осуществл ть без стерилизации инокул тора 5, дл  чего последний отклю20 чают от установки, закрывают клапан 11 и открывают клапан 12, при этом газова  полость инокул тора 5 посредством трубопровода с установленными в нем фильтром 10 и клапа25 ном 12 сообщаетс  с атмосферой, сохранив асептические услови  выращивани  инокул та.

В отличии от известных устройств аэрацию и теплообмен в установке

30 осуществл ют без применени  механических перемешивающих устройств, пагубно действующих на состо ние биологического объекта и снижающих выход продукта. Освобождение полости биореактора от механизмов перемешивани  субстрата позвол ет полностью использовать полезный объем биореактора дл  увеличени  загрузки субстра50

том и получить большой выход продукта при разовой загрузке.

Дробный засев инокул том и разбрызгивание его в разных точках объема растительного субстрата аэрирующим воздухом, а также использование контура циркул ции жидкости дл  увлажнени  растительного субстрата и его тепломассообмена позвол ет получить гомогенный рост мицели  гриба во всем объеме субстрата, что также способствует увеличению выхода получаемого продукта. Предусмотренна  возможность использовани  в установке сменных контейнеров дл  загрузки растительного сырь  и выгрузки готового продукта позвол ет сохранить структуру субстрата, сократить врем  на перегрузку биореактора и транспортировку растительного сырь  и продукта.

25

,,,

20П

1н- -

21

Составитель Г. Богачева Редактор И. Дербак Техред Л.Сердюкова KoppeKTOpjМ. Ценчнк

Заказ 4588/27 Тираж 490Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушска  наб., д. 4/5

Производственио-полигра4«ческое предпри тие, г. Ужгород, ул. Проектна , 4

Claims (1)

1. УСТАНОВКА ДЛЯ ТВЕРДОФАЗНОЙ ФЕРМЕНТАЦИИ, содержащая биореактор с крьшкой и теплообменной рубашкой, устройство для тельного сырья вого продукта, загрузки растии выгрузки готоинокулятор, источник сжатого воздуха и пара_ и логический блок управления, от личающаяся тем, что, с целью повышения производительности, 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 газожидкостных потоков и буферной емкостью для жидкой питательной среды с регулятором уровня питательной среды, при этом распределитель газожидкостных 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, а 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 и буферной емкости, а устройство для загрузки растительного сырья и выгрузки готового продукта выполнено в виде сетчатого контейнера, размещенного внутри биореактора.

   I