установка для непрерывного культивирования микроорганизмов

Формула изобретения

УСТАНОВКА ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОГО КУЛЬТИВИРОВАНИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ, содержащая батарею сообщенных ферментеров, снабженных патрубками для ввода ферментационных материалов и патрубками для отвода культуральной жидкости и отработанного воздуха, и систему циркуляции ферментационной среды, включающую коллектор и трубопроводы, соединяющие коллектор с ферментерами, отличающаяся тем, что каждый ферментер снабжен уровнемером, сообщенным с нижней и средней частями его емкости, а коллектор установлен параллельно горизонтальной плоскости и соединен со всеми ферментерами в средней их части трубопроводами, на каждом из которых установлен управляемый клапан, соединенный, в свою очередь, с уравнемером соответствующего ферментера.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к микробиологической промышленности, в частности к установкам для непрерывного культивирования микроорганизмов, и может найти применение при получении продуктов микробиологического синтеза в крупнотоннажном производстве, например, лизина.

Известна установка для культивирования микроорганизмов, преимущественно продуцентов лизина, содержащая батарею ферментеров, разделенных по высоте контактными тарелками и снабженных патрубкаами для ввода питательной среды, посевного материала, воздуха для аэрации ферментационной среды, патрубками для отвода отработанного воздуха и целевого продукта, при этом верхняя часть каждого предыдущего по ходу газожидкостной эмульсии ферментера сообщена трубопроводом через барботер с нижней частью последующего ферментера, а последний ферментер снабжен системой рециркуляции газожидкостной эмульсии, подключенной к барботеру первого ферментера. Последний ферментер разделен перегородкой, имеющей по центру конусообразную обечайку, суженную кверху, на две секции, верхняя из которых служит накопителем обеспеченной жидкости, а в нижней секции к перегородке вокруг обечайки прикреплены трубы для слива обеспененной жидкости [1].

Однако известная установка не позволяет проводить культивирование микроорганизмов в непрерывном режиме.

Известна также установка для непрерывного культивирования микроорганизмов, преимущественно продуцентов лизина, содержащая батарею ферментеров первой ступени ферментации и батарею ферментеров второй ступени ферментации, снабженных патрубками для ввода ферментационных материалов (питательная среда и ее компоненты, посевной материал, пеногаситель, рН-титранты) и воздуха для аэрации ферментационной среды и патрубками для отвода культуральной жидкости и отработанного воздуха, и систему циркуляции ферментационной среды, содержащую переливные стаканы по числу ферментеров первой ступени ферментации, каждый из которых установлен на уровне зеркала ферментационной среды в каждом ферментере первой ступени ферментации и связан с ним трубопроводом для слива ферментационной среды по принципу сообщающихся сосудов и трубопровода для выравнивания воздушного давления в ферментере и переливном стакане, и коллектор, установленный под углом к горизонтали с наклоном в сторону ферментеров второй ступени ферментации и соединенный с каждым переливным стаканом и с каждым ферментером второй ступени ферментации трубопроводами для слива ферментационной среды [2].

Однако в данной установке ферментеры первой ступени ферментации невозможно использовать для второй ступени ферментации и наоборот, что связано с непрерывным и в одном направлении сливом ферментационной среды из ферментеров первой ступени в ферментеры второй ступени ферментации.

Сущность изобретения заключается в том, что для достижения возможности использовать все ферментеры установки как для первой, так и для второй ступени ферментации за счет обеспечения дискретного и в обоих направлениях установки слива ферментационной среды в установке для непрерывного культивирования микроорганизмов, содержащей батарею ферментов, снабженных патрубками для ввода ферментационных материалов и воздуха для аэрации ферментационной среды и патрубками для отвода культуральной жидкости и отработанного воздуха, и систему циркуляции ферментационной среды, содержащую коллектор и трубопроводы, соединяющие коллектор с ферментерами, отличием является то, что ферментеры дополнительно снабжены уровнемерами, коллектор установлен параллельно к горизонтали и соединен со всеми ферментерами установки трубопроводами, снабженными клапанами, которые связаны с уровнемерами.

Изобретение поясняется чертежом.

Установка для непрерывного культивирования микроорганизмов содержит батарею ферментеров 1, снабженных патрубками 2 для ввода ферментационных материалов, патрубками 3 для ввода воздуха для аэрации ферментационной среды, патрубками 4 для отвода отработанного воздуха и патрубками 5 для отвода культуральной жидкости и уровнемерами 6, и систему циркуляции ферментационной среды, содержащую установленный параллельно к горизонтали коллектор 7 и трубопроводы 8 с клапанами 9, соединяющими коллектор 7 с ферментерами 1. Клапаны 9 соединены с уровнемерами 6.

Установка для непрерывного культивирования микроорганизмов может работать в режиме одноступенчатой и двухступенчатой ферментации.

Одноступенчатую ферментацию используют в тех случаях, когда необходима высокая производительность установки и не требуется глубокая утилизация источника углерода (при его не высокой стоимости).

Двухступенчатую ферментацию используют в тех случаях, когда требуется глубокая утилизация источника углерода (при его высокой стоимости) и более полное использование физиологической активности культуры-продуцента.

Для осуществления непрерывной одноступенчатой ферментации установку используют следующим образом.

В простерилизованные ферментеры 1 установки через патрубки 2 вводят стерильные компоненты питательной среды и посевной материал, например продуцент лизина. Затем через патрубки 3 вводят стерильный воздух для аэрации ферментационной среды, который после отработки отводится из ферментеров 1 через патрубки 4. Питательную среду или ее отдельные компоненты подают непрерывно. В процессе ферментации через патрубки 2 вводят по мере необходимости пеногаситель, рН-титранты. При достижении в ферментерах 1 заданного объема ферментационной среды и определенных концентраций микроорганизмов, конечного продукта (например лизина) и основного источника углерода начинается непрерывное культивирование микроорганизмов, биосинтез конечного продукта в режиме одноступенчатой ферментации.

При достижении объема ферментационной среды на 0,015-0,025 части выше заданного объема, который контролируется уровнемерами 6, открывают клапан 9 на трубопроводе 8, по которому культуральная жидкость из фермертера 1 поступает в коллектор 7 и далее на стадии получения конечного продукта. Дискретный отлив культуральной жидкости в коллектор 7 в одно время осуществляют только из одного ферментера 1 и остальные клапаны 9 открывают поочередано. Это позволяет предотвратить распространение инфекции по всей установке при появлении ее в одном из ферментеров 1. При снижении количества ферментационной среды до заданного объема клапан 9 закрывают.

В случае инфицирования одного из ферментеров 1 прекращают подачу в него питательной среды и воздуха для аэрации, закрывают клапан 9, культуральную жидкость отводят через патрубок 5 и осуществляют стерилизационные мероприятия.

Для осуществления непрерывной двухступенчатой ферментации установку используют следующим образом.

Для осуществления первой ступени ферментации используют только часть ферментеров 1 в любой последовательности в установке, в которые вводят стерильную питательную среду, посевной материал и стерильный воздух для аэрации ферментационной среды и другие компоненты. Остальные свободные ферментеры 1 используют для второй ступени ферментации.

При достижении в ферментаторах 1 первой ступени ферментации заданного объема ферментационной среды и определенных концентраций микроорганизмов, конечного продукта и основного источника углерода начинается первая ступень непрерывного культивирования микроорганизмов и биосинтеза конечного продукта. При этом питательную среду или ее отдельные компоненты подают непрерывно со скоростью, обеспечивающей остаточную концентрацию углеводов в ферментационной среде на уровне 1-3%.

При достижении объема ферментационной среды на 0,015-0,025 частей выше заданного объема, который контролируется уровнемерами 6, открывают клапан 9 на трубопроводе 8, по которому ферментационная среда поступает в коллектор 7 и из него в любой из свободных стерильных ферментеров 1 для осуществления второй ступени ферментации.

Дискретный отлив ферментационной среды в коллектор 7 в одно время осуществляют только из одного ферментера 1 первой ступени ферментации и остальные клапаны 9 открывают поочередно.

Одновременно с ферментационной средой в ферментер 1 второй ступени ферментации через патрубок 2 непрерывно вводят питательную среду или ее компоненты, а через патрубок 3 вводят воздух для аэрации ферментационной среды, который после отработки выводится через патрубок 4. Кроме этого, через патрубок 2 вводят пеногаситель, рН-титрант. Вещества вводят со скоростью, обеспечивающей высокую биосинтетическую активность микроорганизмов и минимально возможную остаточную концентрацию основного источника углерода.

При достижении заполнения ферментера 1 второй ступени ферментации до коэффициента 0,5-0,65 подачу ферментационной среды прекращают и подают ее в другой свободный ферментер 1, используемый как ферментер второй ступени ферментации, но продолжают подавать питательную среду или ее отдельные компоненты до коэффициента заполнения 0,68-0,75. После достижения глубокой утилизации источника углерода культуральную жидкость через патрубок 5 отводят из ферментера 1 и направляют на стадии получения конечного продукта. Освободившийся ферментер 1 после стерилизации может быть использован при необходимости для первой и второй ступени ферментации.

Клапан 9 закрывать или открывать можно как вручную, так и в автоматическом режиме, подключив установку в устройству для автоматического управления процессом культивирования.

Таким образом, отличительные по сравнению с прототипом признаки позволяют осуществлять дискретный и в обоих направлениях установки отлив ферментационной среды, что обеспечивается универсальность ферментеров установки. Они могут быть использованы без переналаживания как для первой, так и для второй ступени ферментации. Кроме того, все ферментеры установки могут быть использованы для одноступенчатой ферментации.

Кроме того, изобретение позволяет следующее:

- предотвратить распространение инфекции по всей установки при наличии ее в одном из ферментеров;

- упростить конструкцию системы циркуляции ферментационной среды;

- повысить надежность стерилизации системы циркуляции ферментационной среды;

- увеличить производительность установки, так как простой ферментеров сводится к минимуму, вследствие их универсальности.