способ активации микроорганизмов

Формула изобретения

1. Способ активации погруженных в питательную среду микроорганизмов, преимущественно дрожжевых культур, путем создания зоны регулируемого давления над уровнем питательной среды, отличающийся тем, что предварительно выбирают толщину рабочего слоя питательной среды из условия обеспечения статического давления слоя не более 2% от значения исходного рабочего давления и в процессе жизнедеятельности микроорганизмов контролируют их активность, причем толщину упомянутого слоя поддерживают постоянной, а значение давления снижают в зависимости от контролируемой активности микроорганизмов.

2. Способ активации по п.1, отличающийся тем, что в объеме питательной среды создают ультразвуковые колебания.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам активации процессов жизнедеятельности микроорганизмов и может быть использовано в микробиологической, спиртовой, хлебопекарной и др. отраслях промышленности.

Известен способ активации микроорганизмов путем обработки части дрожжевой суспензии ультразвуком с последующим ее смешением с остальной частью (1).

Недостатком указанного технического решения является усложненность технологического процесса и необеспеченность эффективного отвода продуктов жизнедеятельности микроорганизмов.

Ближайшим техническим решением является способ активации погруженных в питательную среду микроорганизмов, преимущественно дрожжевых культур, путем создания зоны регулируемого давления над уровнем питательной среды (2).

В указанном техническом решении над уровнем питательной среды создают разрежение и жизнедеятельность микроорганизмов в дальнейшем происходит при определенном фиксированном значении установленного разрежения, а отвод продуктов жизнедеятельности микроорганизмов из рабочей емкости обеспечивается их откачкой вакуум-насосом в сборник.

Недостатком указанного технического решения является произвольность в выборе толщины слоя питательной среды и фиксированное значение давления над ее уровнем, что приводит к низкой степени активации микроорганизмов и затрудняет отвод их продуктов жизнедеятельности, в результате чего микроорганизмы "зашлаковываются", увеличиваются потери самих микроорганизмов и уменьшается выход их продуктов жизнедеятельности.

Целью изобретения является повышение степени активации микроорганизмов и эффективности отвода их продуктов жизнедеятельности.

Указанная цель достигается тем, что в известном способе активации погруженных в питательную среду микроорганизмов, преимущественно дрожжевых культур, путем создания зоны регулируемого давления над уровнем питательной среды предварительно выбирают толщину рабочего слоя питательной среды из условия обеспечения статического давления слоя не более 2% от значения исходного рабочего давления и в процессе жизнедеятельности микроорганизмов контролируют их активность, причем толщину упомянутого слоя поддерживают постоянной, а значение давления снижают в зависимости от контролируемой активности микроорганизмов. Кроме того, в объеме питательной среды могут создавать ультразвуковые колебания определенной частоты.

На чертеже схематично изображено устройство, реализующее описанный способ.

Устройство содержит герметичную емкость 1, частично заполненную питательной средой с микроорганизмами в виде суспензии 2, датчик давления 3, уровнемер 4, вакуум-насос 5, введенную в верхнюю часть емкости 1 и подключенную к вакуум-насосу 5 магистраль 6 отвода продуктов жизнедеятельности микроорганизмов и источник ультразвука 7. Емкость 1 снабжена подпиточным баком 8.

Описанный способ при получении, например, спирта реализуется следующим образом.

Предварительно выбирают толщину рабочего слоя питательной среды и в соответствии с выбранным значением толщины слоя заполняют емкость 1, например, брагой в виде дрожжевой суспензии. Величина слоя питательной среды в сочетании со значением давления оказывает влияние на жизнедеятельность микроорганизмов в том плане, что если при значительной толщине слоя над его уровнем изменить значение давления, то лишь какая-то часть микроорганизмов в верхней части этого слоя смогут "почувствовать" и, соответственно, адекватно отреагировать на новое значение давления, остальные же микроорганизмы в результате наличия статического давления высоты слоя отреагируют в меньшей степени или же могут вообще не "заметить" изменения давления. В общем случае, толщину рабочего слоя выбирают с учетом вида микроорганизмов, ожидаемой активности их жизнедеятельности, располагаемого давления, времени выработки питательной среды, и в каждом конкретном случае толщина рабочего слоя может быть своей. Основными критериями являются отсутствие существенного перепада давления по высоте слоя и сравнительно одновременный выход продуктов жизнедеятельности микроорганизмов из всего объема питательной среды, в результате чего весь спектр микроорганизмов во всем объеме питательной среды находится практически в одинаковых условиях. В частности, при получении спирта из свежей дрожжевой суспензии и атмосферном начальном рабочем давлении толщину рабочего слоя выбирают не более 200 мм, что составляет соответственно не более 2% от начального рабочего давления.

После выбора и, соответственно, фиксирования толщины слоя питательной среды создают термические условия для возникновения жизнедеятельности дрожжевых культур и контролируют их активность при атмосферном давлении путем постоянного замера выхода спирта. Так как весь спектр микроорганизмов находится под воздействием практически одинаковых внешних условий (температура, давление, скорость отвода продуктов жизнедеятельности), их жизнедеятельность также осуществляется синхронно и удельный выход их продуктов (в данном случае спирта) имеет максимальное значение и сохраняется в течение некоторого времени до частичной выработки прилегающего к микроорганизмам объема питательной среды. По получении сигнала о снижении выработки спирта давление над уровнем питательной среды начинают постепенно снижать, поддерживая его в оптимальном диапазоне с максимальным удельным выходом спирта.

Постоянный уровень давления, даже и пониженный, активирует жизнедеятельность микроорганизмов лишь в первоначальный момент на какое-то время, по окончании которого их жизнедеятельность начинает затухать ввиду перестройки всех физико-механических параметров микроорганизмов под новые условия работы и частичного истощения прилегающего объема питательной среды.

Поэтому процесс понижения давления в оптимальном диапазоне ведут постоянно, причем понижение могут вести как в непрерывном, так и в ступенчатом режиме, а скорость понижения регулируется данными замера выхода спирта, и в дальнейшем выбранную скорость поддерживают постоянной до полной выработки питательной среды. В процессе понижения давления в объеме питательной среды одновременно могут создавать ультразвуковые колебания, в результате чего постоянно обеспечиваются как подвод к границе каждого из микроорганизмов с питательной средой свежей ее порции, так и отвод от упомянутой границы продуктов жизнедеятельности микроорганизмов, тем самым повышается равномерность выработки питательной среды по объему. В общем случае воздействие ультразвука оказывает интенсифицирующее влияние на диффузионные процессы массообмена между питательной средой и микроорганизмами, т.е. на подвод к оболочке микроорганизмов питательных веществ и отвод от нее продуктов жизнедеятельности. Кроме того, ультразвук повышает частоту колебаний самих микроорганизмов в объеме питательной среды и тем самым повышает обменный процесс между микроорганизмами и питательной средой на макроуровне. В результате воздействие ультразвука способствует повышению уровня выхода спирта и отсюда уменьшению скорости понижения давления над уровнем питательной среды и повышению порогового значения давления, при котором имеющаяся питательная среда вырабатывается полностью и требуется замена дрожжевой суспензии.

Одновременно со снижением давления контролируют толщину слоя питательной среды и поддерживают ее перепуском из подпиточного бака.

В общем случае технологические приемы по определению оптимальной толщины слоя питательной среды и скорости снижения давления в процессе работы осуществляются в процессе предварительных пусков, а в номинальном режиме следуют выработанным рекомендациям.

Таким образом, описанное техническое решение повышает степень активации микроорганизмов и эффективность отвода их продуктов жизнедеятельности.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР №404845, МПК С 12 N 13/00, опубл. 1973.

2. Патент России №2068728, МПК В 01 D 3/00, опубл. 1996.