Brevet FR2259903A1 — publié le 19750829

La présente invention concerne les unités utilisées en microbiologie industrielle, et plus précisément les unités utilisées pour la culture en continu des micro-organismes. On connaît déjà des unités pour la culture en continu de micro-organismes, fabriquées par plusieurs firmes, notar.t.m.est par la société Marubisi (J@pon), la société Biotek (Suède), la société Chemap (suisse) et la société Ne Brunswick (ttats-Unis). Toutes ces unités sont réalisées suivant un schéma identique au pointde vue construction. Une telle unité comporte un circuit de recirculation formé par un fermenteur, une pompe et un bloc de mesure des critères du procédé, réunis entre eux par une conduite circulaire. l'unité comporte également une capacité de conservation du milieu nutritif envoyé dans le fermenteur Far une conduite d'admission au moyen d'une pompe de dosage. Une pipe de trop-plein (déversoir) est installée dans le fermenteur. Une de ses extrémités est fixée au niveau de la surface libre de la suspension de r.icro-organismes contenue dans le fermenteur. La seconde extrémité de la pipe de -trop-plein est réunie à un collecteur destiné à la réception de la suspension de micro-organismes. la pompe de dosage et le bloc de mesure des critères du procédé sont branchés sur un bloc programmateur de commande. L'unité fonctionne de la manière suivant. Une quantité appropriée de milieu nutritif est admise dans le fermenteur. ralle est ensemencée avec une culture de micro-organismes. Au cours de la Fhase de latence, la suspension de microorganismes circule en continu sous l'action de la pompe par le circuit de recirculation. La pompe de dosage est mise hors circuit. Lorsque la densité optique de la surtension de microorganismes atteint une valeur imposée, le capteur de densité optique faisant partie du bloc de mesure des critères du procédé envoie un signal au bloc programmateur de commande, qui met en marche la pompe de dosage, et le milieu nutritif commence à arriver dans le fermenteur depuis la capacité le stockage où il est conservé. tant donné que dans la position initiale l'extrémité supérieure ouverte de la pipe de trop-plein et la surface libre de la suspension de micro-organismes à l'intérieur du fermenteur se trouvent au même niveau, au fur et à mesure que le milieu nutritif vent s'ajouter à 1 suspension ce micro-organismes qui se trouve dans le fermenteur, cette dernière se déverse par l'orifice ouvert de la pipe de trop Flein dans le collecteur de suspension de micro-organismes. Aussitôt que la densité optique de la suspension de micro-or-- nismes après sa dilution par le milieu nutritif atteint une valeur inférieure à la valeur imposée, le capteur de densité optique faisant partie du bloc de mesure des critères du procédé, envoie un si mal au bloc programmateur de commande, et ce dernier met hors circuit la pompe de dosage. Le milieu nutritif cesse d'arriver au fermenteur. Le cycle de travail de l'unité se répète. D@ns l'unité décrite, la vitesse d'admission de milieu nutritif est imposée par la pompe, alors que le déversement s'effectue au fur et à mesure de l'accroissement de la colonne de liquide au-dessus de l'extrémité ouverte de la pipe de tropplein.Une stricte égalité des vitesses d'arrivée du milieu nutritif dans le fermenteur et de sortie hors du ferr.enteur de la suspension de micro-organismes est @rré@lisable dans une unité @ette @oaception, étant donné la faible valeur du rapport de la hauteur de la colonne de liquide au-dessus de l'extrémité ouverte de la pipe de trop-plein, à la surface libre du liquide, ainsi qu'à cause d'un brassage intense de la suspension de micro-organismes qui se traduit par des oscillations désordonnées de la surface libre de la suspension de microorganismes relativement à l'extrémité ouverte de la pipe de trop-plein et par le déverserent intempestif de cette suspension. En outre, dans une unité de ce genre, il est impossible de travailler avec des milieux qui contiennent des constituants hétérogènes, car ils colmatent la pipe ce trop-plein. On pourrait citer à ce propos, notamment, les farines, le son, les moûts à base de légumes, etc., etc, qui sont en règle génrrale des constituants de milieux nutritifs qui servent à la culture industrielle de micro-organismes. Pour la même raison, il est impossible de réaliser la culture ininterrompue, ens des unit s de ce genre, des Actinimyces, @ycobacteriaceae (c@@mpignons à mycélium), algobactéries (filamentaires) distribués d'une façon hétérogène dans le milieu nutritif. Cn connaît également une unité destinée à la culture ininterromgue de micro-organismes, qui comporte un circuit fermé de recirculation formé par un fermenteur, une pompe et un bloc de mesure des critères du procédé, réunis entre eux par une conduite circulaire et comprenant aussi une capacité destinée à la conservation du milieu nutritif et@un collecteur de suspension de micro-organismes. La capacité destinée au stockage du milieu nutritif est réunie au fermenteur par une conduite d'admission comportant un organe d'arret, par laquelle le milieu nutritif est admis par la pompe de dosage dans le fermenteur. La suspension de micro-organismes Fasse de la conduite circulaire dans la pipe de trop-plein munie d'un organe d'arrêt, et est évacuée de cette pipe par une pompe de dosage vers une capacité destinée à la réception de cette suspension de microorganismes. Le bloc de mesure, les organes d'arrêt et la pompe de dosage sont réunis a un bloc programmateur de commande. Cette unité connue fonctionne de la manière suivante. Le milieu nutritif, arrivant depuis la capacité dans laquelle il est conservé, est admis en quantité nécessaire dans le fermentateur pour etre ensemencé avec une culture app@opriée de micro-organismes. Au cours de la période de latence de la culture de micro-organismes, le milieu nutritif contenant les micro-organismes et dénommé "suspension de micro-organismes" circule d'une façon ininterrompue par le circuit de recirculation. Pendant ce temps, les organes d'arrêt de la pipe de trop-plein et de la conduit d'admission sont fermés, la pompe de dosage est mise hors circuit, tandis cue le capteur de de@sité optidue faisant partie du bloc de mesure des critères du ;rocdé n'envoie pas de signal au bloc programmateur de commande.Aussitôt que la densité optique de la suspension de micro-organismes atteint la valeur requise, le capteur de densité optique envoie un signal au bloc programmateur de commande, qui ouvre les organes d'arrêt de la pipe de trop-plein et de la conduite d'admission et met en circuit la pompe de dosage @ui réalise simultanément l'admission d'une portion de milieu nutritif dans le fermenteur par la conduite d'admission, et la sortie hors de la conduite circulaire d'une portion de suspension de micro-organismes par la pipe de trop-plein. Une condition nécessaire à la réalisation de la culture ininterrompue des micro-organismes est la stricte égalité entre la vitesse d'admission du milieu nutritif dans le circuit de recirculation et la vitesse de sortie hors de ce circuit de la suspension de micro-organismes. Dans l'unité connue destinée à la culture ininterrompue de micro-organismes on prévoit l'obtention de l'égalité de la vitesse d'admission du milieu nutritif dans le circuit de recirculation et la vitesse de sortie hors de ce circuit de la suspension de micro-organismes par égalisation préalable des vitesses d'écoulement dans la conduite d'admission et dans la pipe de trop-plein, c'est-à-dire dans deux conduites qui ne communiquent pas entre elles, ce qui est pratiquement irréalisable. t:eme un écart insensible entre les vitesses des écoulements entre un dérèglement du processus 4e la culture en continu. Ce déréglement se fait particulièrement ressenti@ en cas de fonctionnement prolong de l'unité. L'emploi dans l'unité déjè connue d'un dispositif spécial destinc à rendre au préalable égales les vitesses des écoulements dans la conduite d'admission et dans la pipe de trop-plein, complique sensiblement l'unité sans assurer l'égalité entre la vitesse d'admission u cours du processus Je culture des micro organismes a milieu nutritif ct la vitesse de sortie hors du processus de la suspension de micro-organismes. Dans l'unité déj@ connue, le brassage intense de la suspension @ @icro-org@@is@es r@alis@ dans le ferm@nteur a@outit à la formation @u sein de la suspension d'une proportion considérable de @@lles de gaz qui, en traversant le bloc de @esure des critères du porcédé, entachent d'err@@rs les valeurs à mesurer des critères, ce qui provoque ltémission de signaux intempestifs envoyés au bloc programmateur de commande, qui répond d'une façon adéquate à tous les signaux arrivant du bloc de mesure des critères du procédé et provoque l'admission intempestive du milieu nutritif, ou bien évacue la suspension des micro-organismes. En cas de pénétration de bulles de gaz dans la pipe de trop-plein, l'égalité entre la vitesse d'admission du milieu nutritif et la vitesse d'évacuation de la suspension de microorganismes est compromise. la présente invention vise à créer une unité pour la culture en continu de micro-organismes, avec un circuit de recirculation dans lequel la conduite dvadmission et la pipe de trop-plein sont réunies au circuit de façon à assurer l'égalité de la vitesse d'admission du milieu nutritif dans le circuit de recirculation et la vitesse d'évacuation hors de ce circuit de la suspension de micro-organismes. On propose, pour résoudre ce problème, une unité destinée à la culture en continu de micro-organismes, qui comporte un circuit fermé de recirculation formé par un fermenteur, une pompe. et un bloc de mesure des critères du procédé, réunis entre eux par une conduite circulaire, et une capacité pour la conservation du milieu nutritif, réunie par une conduite d'admission au circuit de recirculation, qui est également réuni au collecteur de suspension de micro-organismes au moyen d'un pipe de tropplein, ladite unité étant caractérisée, suivant l'invention, en ce que la conduite circulaire est munie de deux organes d'armet et qu'entre ces organes elle est réunie à la conduite d'admission et à la pipe de trop-plein, grâce à quoi le volume du milieu nutritif introduit dans le circuit de recirculation et le volume de la suspension de nicro-organismes qui en est simultanément évacué sont égaux entre eux. Le branchement de la conduite d'admission et de la pipe de- trop-plein sur la section de la conduite circulaire assure leurs communications mutuelles, tandis que la limitation de cette section par-les organes d'arrêt permet de lier indissolublement l'acte d'introduction d'une portion du milieu nutritif dans le circuit de recirculation à l'acte d'évacuation hors de ce circuit d'une portion égale de la suspension de micro-organismes. Cela garantit à son tour la réalisation d'une égalité stable entre la vitesse du milieu nutritif introduit dans le circuit de recirculation et la suspension de microorganismes qui en est évacuée pendant toute la période de fonctionnement de l'unité. Suivant l'invention on peut installer dans la section du circuit de recirculation de l'unité entre le fermenteur et le bloc de mesure des critères du procédé un séparateur de bulles de gaz réuni par une conduite de dérivation au circuit de recirculation en aval de la zone à organes d'arrêt. La mise en place d'un séparateur de bulles de gaz avec une conduite de dérivation dans le circuit de recirculation, dans la section entre le fermenteur et le bloc de mesure des critères'du procédé, permet, en premier lieu, d'éviter la pénétration des bulles de gaz dans le bloc de mesure des critères du procédé et des erreurs concomitantes sur la valeur des critères mesurés, en assurant de la sorte la mise en circuit ou la mise hors circuit, au moment requis, de la poirpede dosage qui réalise l'introduction du milieu nutritif dans le circuit de recirculation et l'évacuation hors de ce circuit de la suspension de microorganismes ; en second lieu, elle permet d'éviter la pénétration de bulles de gaz dans la section de la conduite circulaire limitée par les organes d'arrêt où ces bulles compromettaient l'égalité des volumes de milieu nutritif introduit et de la suspension des micro-organismes évacuée. Suivant l'invention, la conduite de dérivation peut être réunie dans l'unité à la conduite circulaire en amont de la section munie d'organes d'arrêt, par une pipe intermédiaire munie d!une soupape d'arr8t. La réunion par une pipe intermédiaire de la conduite de dérivation à la section de la conduite circulaire située en amont de la section comportant les organes d'arrêt a permis de réaliser la continuité de la circulation de la suspension de microorganismes à travers le bloc de mesure des critères du procédé au cours du fonctionnement de l'unité-quand la section de la conduite circulaire sur laquelle est branchée la pipe de trop-plein et la conduite d1aWmision sont obturées par les organes d'arret, et d'assurer de cette Lanière la continuité du cont-ôle de la densité otique de la suspension des micro-organismes dans le circuit de recirculation. L'obtention de légalité des vitesses d'admission du milieu nutritif dans le circuit de recirculation et d'évacuation hors de ce circuit de la suspension de micro-organismes, sans mise en jeu de dispositifs auxiliaires, simplifie cette unité au point de vue de- la construction et la rend plus sûre que l'unité connue. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront à la lecture de la description qui va suivre de deux exemples de-réalisation non limitatifs illustrés par les dessins annexés dans lesquels - la figure 1 représente le schéma d'une unité destinée à la culture en ccntinu de micro-organismes, dans lequel le bloc de mesure des critères du procédé est logé directement dans le circuit de recirculation ; - la figure 2 représente le schéma d'une unité dans laquelle le bloc de mesure des critères du procédé est installé dans une conduite-de dérivation uxiliaire branchée r la conduite circulaire. L'unité destinée à la culture en continu de microorganismes comporte un circuit de recirculation fermé destiné à la circulation en continu d'une suspension de micro-organismes et formé par un fermenteur 1 (figure 1), une pompe 2 et un bloc 3 de mesure des critères du procédé, réunis entre eux par une conduite circulaire 4. Un séparateur de bulles de gaz 5 est installé dans le circuit de recirculation entre le fermenteur 1 et le bloc 3 de mesure des critères du procédé. Dans la conduite circulaire 4, en aval du bloc de mesure 3, sont installés deux organes d'arrêt 6 et 7 entre lesquels une conduite d'admission E et une pipe de trop-plein 9 sont réunies à la conduite circulaire. La conduite d'admission E réunit la conduite circulaire 4 à la capacité 1C de conservation du milieu nutritif. Sur la conduite d'admission e sont montés la pompe de dosage 11 et le robinet d'arrêt à soupape 1?. La conduite circulaire 4 est réunie par la pipe de trop-plein 9 au collecteur 13 de la suspension de micro-organismes. Un robinet d'arrêt à soupape .4 est monté sur la pipe de trop-plein 9. Le séparateur de bulles de gaz 5 est réuni à la conduite circulaire 4, en aval de la section comportant les organes d'arrêt 6 et 7, au moyen d'une conduite de dérivation 15 par laquelle les bulles de gaz sont cvacuées avec une partie de la suspension dans la conduite circulaire 4. La conduite de dérivation 15 est réunie à la section de conduite circulaire 4 située entre le bloc 3 de mesure des critères du procédé et l'organe d'arrêt 6 au moyen d'une pipe intermédiaire t6 comportant un robinet d'arret à soupape 17. Le bloc 3-de mesure des critères du procédé, les organes d'arrêt 6, 7, les robinets d'a;rêt 12, 14, 17 et la pompe de dosage il sont reliés électriquement au bloc programmateur de commande 18. Le fermenteur 1 est une capacité destinée à la culture des micro-organismes que l'on introduit dans le milieu nutritif qui s'y trouve. La pompe 2 est destinée à réaliser une circulation ininterrompue de la suspension de micro-organismes par la conduite de recirculation et par la conduite de dérivation 15. Le bloc 3 de mesure des critères du procédé se compose d'une cellule de traverse 19 et d'une cuvette de traversée 20 réunies en série. la cellule de traversée 1 est destinée à mesurer, dans la suspension de micro-organismes : la la température, le pH, la pression partielle de l'oxygène qui s'y trouve en solution et le potentiel rédox. La cuvette de traversée 20 est destinée à mesurer la densité optique de la suspension de micro-organismes. Le bloc 3 de mesure des critères du procédé est relie électriquement au bloc programmateur 18 de commande du procédé. torsque l'unité est utilisée pour la culture de microorganismes à l'échelle industrielle, la vitesse d'écoulement de la suspension de micro-organismes dans le circuit circulaire étant elevée, le bloc 3 (figure 2) destiné à mesurer les critères du procédé est placé sur une conduite de dérivation @1 réunie en parallèle à la conduite circulaire 4. L'unité fonctionne de la manière suivante. Avant la mise en oeuvre de l'unité, on la stérilise, après quoi on remplit dans des conditions stériles la capacité 10, destinée à la conservation du milieu nutritif, avec un milieu nutritif stgrile. Ensuite on envoie le milieu nutritif de la capacité 10, destinée a sa conservation, par la conduite d'admission 8 et au moyen de la pompe de dosage 11 qui tourne en continu, à travers la conduite circulaire 4, dans le fermenteur 1, en remplissant ce fermenteur jusqu'au niveau requis. Ensuite on arrête l'admission continue du milieu nutritif dans le fermenteur 1 et on branche la pompe de dosage 11 sur le bloc programmateur 18 de-commande. On porte le milieu nutritif à une température optimale pour lé développement de la culture considérée de micro-organismes, en réalisant simultanément avec ce chauffage un brassage intense du milieu nutritif et sa saturation en oxygène. On ensemence le milieu nutritif qui se trouve dans le fermenteur 1 avec une culture appropriée de micro-organismes. On met ensuite en marche la pompe 2 qui réalise la circulation de la suspension de micro-organismes par le circuit de recirculation. Au cours-de la triode de latence de la culture, la pompe de dosage il ne fonctionne pas, les organes d'arrêt 6 et 7 sont ouverts, tandis que les robinets d'arrêt à soupape 12, 14 et 17, sont fermés. La suspension de micro-org@nismes admise dans le séparateur 5 se subdivisc en deux écoulements : une partie de la suspension de micro-organismes contenant des bulles de gaz se dirige par la conduit de privation 15 vers la conduite circulaire 4, une autre partie de la suspension de microorganismes libérée des bulles de gaz se dirige vers la cellule de traversée 19 et ensuite vers la cuvette de t aversée 20. La cellule 19 sert c' la mesure de la température, du pff, de la pression partielle de l'oxygène dissous dans la susrcnsion, du potentiel rédox de la suspension de micro-organismes, alors que la cuvette de traversée sert à la mesure de sa densité optique. Lorsque la densité de la suspension de micro-organismes atteint la valeur impose, la cuvette de traversée 20 tu de mesure des critères du procédé envoie un signal au bloc programmateur 18 de commande du procédé, qui envoie à son tour des signaux @ux organse d'arrêt 6, 7, @ux robinets d'arrêt 12, 14, 17 et à la pompe de- dosag@ 11 qui sont électriquement reliés à ce bloc, en effectuant consécutivement les opérations suivantes: ouverture du robinet à soup@pe 17, fermeture des organes d'arrêt 6 et 7, ouverture des robinets à soupape 2 et i4 et mise en marche de la pompe de dosage 11. Alors la suspension de micro-organismes à la sortie du bloc 3 de mesure des critères du procédé, les organes d'arrêt 6 et 7 étant fermés et le robinet d'arrêt 7 étant ouvert, passe par la pipe intermédiaire 16, la conduite de dérivation 15-et la conduite circulaire 4, et arrive dans le fermenteur 1. Simultané- mant, la pompe de dosage 11 envoie par la conduite d'admission 8 une portion dosée de milieu nutritif frais dans la conduite circulaire 4, en chassant de celle-ci une volume é-;al de suspension de micro-organismes qui, par la pipe de trop-plein 9, arrive dans le collecteur 13 de suspension de micro-organismes.La portion de milieu nutritif frais doit avoir un volume. inférieur au volume de la section de la conduite circulaire 4 comprise entre la pipe de trop plein 9 raccordée à elle et la conduite d'admission g Ensuite le bloc programmateur 18 de commande du procédé réalise la succession inverse des opérations effectuées. Autrement dit, il met hors circuit la pompe de dosage 11, ferne les robinets d'arrêt 12 et 14, ouvre les organes d'arrêt 6 et 7 et ferme l'organe d'arrêt 17. Après l'ouverture des organes d'arrêt 6 et 7, une portion de milieu nutritif introduite dans la conduite circulaire 4 est entraînée par l'écoulement de la suspension de ricro-organismes par les organes d'arrêt fermcs 6 et 7 et la section de conduite circulaire co.Frise entre eux dans le fermenteur : où la suspension deJ micro-organismes est dilue Far une portion franche de milieu nutritif. Si la dilution de la suspension de micro-organismes est insuffisante, le bloc 3 de mesure des critères du procédé continue à envoyer un signal au bloc programmateur de commande du procédé en assurant l'introduction de nouvelles portions de milieu nutritif dans le circuit de recirculation, jusqu'à ce que la densité de la suspension de micro-organismes dans ce circuit tombe au-dessous d'une valeur prédéterminée. Ensuite le cycle de fonctionnement de l'unité recommence. Si le bloc 3 de mesure des critères du procédé est placé dans la conduite de dérivation auxiliaire I (figure 2) reliée en parallèle à la conduite circulaire 4, une Fartie de la suspension de micro-organismes a rive depuis la conduite circulaire 4 par la conduite de dérivation auxiliaire 21 dans la cellule 19 et la cuvette de traversée 20 reliée à celle-ci, qui sont installées dans cette conduite d'où elle retourne dans la conduite circulaire 4. Dans ce cas, le flux de base de la suspension de micro-organismes se déplace par la conduite circulaire 4. Ensuite le fonctionnement se déroule comme décrit plus haut. unité suivant l'invention, qui est plus simple au point de vue de construction, assure pendant sa marche une égalité stable de la vitesse d'admission dans le circuit de recirculation du milieu nutritif et de la vitesse d'évacuation hors de ce circuit de la suspension de micro-organismes, ce qui garantit l'obtention, pendant un laps de temps prolongé, d'une suspension de micro-organismes qui se trouvent à un stade déterminé de développement. La suppression des parasites dans le système de mesure des critères du procédé a permis de réaliser le contrôle automatique du procédé de préparation en continu d'une suspension de micro-organismes se trouvant à un stade de développement détermine. L'unité suivant l'invention vermet d'obtenir en continu des suspensions de micro-organismes quelconques et de les cultiver sur des milieux nutritifs quelconques utilisés dans l'industrie ou pour les études en laboratoire. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1. Unité pour la culture en continu de micro-organismes, comprenant un circuit fermé de recirculation formé par un fermenteur, une pompe et un bloc de mesure des critères du procédé réunis entre eux en série par une conduite circulaire, et une capacité pour la conservation du milieu nutritif, reliée par une conduite d'admission audit circuit de recirculation, qui est réuni aussi à un collecteur de conservation des microorganismes par l'intermédiaire d'une pipe de trop-plein, caractérisée en ce que la conduite circulaire est munie de deux organes d'arret entre lesquels sont branchées, sur cette conduite circulaire, la conduite d'admission et la pipe de trop-plein, ce qui ass@re l'égalité entre le volume du milieu nutritif introduit dans le circuit -ie recirculation et le volume de la suspénsion de micro-or@anismes qui en est simultanément évacuée. 2. Unité suivant la revendication 1, caretérisée en ce oue dans la section du circuit de recirculation comprisse entre le fermenteur et le bloc de mesure des critères du procédé est inst@llé un séparateur de bulles de gaz réuni par une conduite de dérivation au circuit ie recirculation en aval de a section comportant les organes d'arrêt @récités. 3. Unité suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que la conduite de dérivation est réunie à la conduite circulaire, en amont d@ @@ section comportant les organes d'arrêt, par une pipe intermédiaire m@nie d'un robinet d'arrêt à soupape.