УСТАНОВКА ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Полезная модель относится к области микробиологии и биотехнологии, а именно к установкам для культивирования микроорганизмов и клеток растений или животных и/или продуцирования различных метаболитов в периодическом режиме.
В настоящее время для культивирования микроорганизмов используют, в основном, различные биореакторы и ферментеры. В зависимости от предполагаемого способа культивирования они подразделяются на реакторы непрерывного и периодического действия, в зависимости от требований стерильности - на стерильные (герметичные) и нестерильные; по способу введения энергии и организации перемешивания и аэрации - на реакторы с подводом энергии к газовой фазе (барботажные и эрлифтные), к жидкой фазе (с эжекторами и т.д.) и комбинированные (А.Ю.Винаров и др. Ферментеры колоночного типа для микробиологических процессов, обзор ОНТИТЭИМикро-биопром, 1976, с.4-12; К.П.Гапонов, Процессы и аппараты микробиологиче-ских производств. - М., Легкая и пищевая промышленность, 1981, с.14-32). К числе основных требований к аппаратам является интенсивная массо- и теплопередача, высокая степень гомогенизации и турбулизации среды.
Известно значительное количество разработок, посвященных совершенствованию конструкций ферментеров и биореакторов с целью улучшения показателей
массообмена (па. РФ №2076148, 1993, Кл. С 12 М 1/02; пат. РФ №1774654, 1994, Кл. С 12 М 1/04 и т.д.).
Основным недостатком таких установок является громоздкость, конструкционная сложность, недостаточная эффективность.
Известно применение для культивирования различного рода шейкеров (каталог фирмы США "New Brunswick", pp.2130 ВР, 1990), содержащее основание, платформу с креплениями для сосудов и устройство для перемещения платформы, обеспечивающее ее плоскопараллельное движение. В качестве сосудов используются, как правило, стеклянные колбы или бутыли.
Недостатком указанной установки является недостаточно эффективное перемешивание жидкости, небольшая производительность, в частности из-за относительно небольшой площади поверхности контакта жидкость-воздух.
Наиболее близким к заявляемому решению по технической сущности является установка для культивирования (пат. РФ №2031934, 1992, Кл. С 12 М 1/02), содержащее основание, платформу с креплениями для сосудов и сосудами, содержащими жидкую питательную среду с засеянными микроорганизмами, и устройство для перемещения платформы - привод с выходным валом и преобразователь вращательного движения выходного вала в движение платформы, вызывающей перемешивание жидкой среды. В качестве сосудов используются, как правило, стеклянные колбы. Установка обеспечивает улучшенное перемешивание жидкости.
Недостатком ее является относительно небольшая производительность и эффективность, связанная с использованием относительно небольших емкостей и небольшой площади поверхности постоянного контакта жидкость-воздух, что не позволяет добиться оптимальной скорости роста микроорганизмов и продуцирования клеточных метаболитов.
Задачей, решаемой автором, являлось создание установки для микробиологических процессов более простой конструктивно и отличающейся более эффективной системой массообмена.
Указанная задача решалась путем замены в установке используемых колб и сосудов на емкости из пластичного материала. В качестве емкостей из пластичного материала оптимально использование пластиковых мешков, внутри которых содержится питательная среда или культуральная жидкость, как сами по себе, так и в смеси с другими компонентами, например, диспергированными в них сорбентами. Мешки могут в зависимости от решаемых задач использоваться одноразово или многократно.
Мешки, как правило, содержат горловину, снабженную при необходимости заглушкой, а также могут быть оборудованы компонентами оборудования системы газообмена, связанными с внешней средой через горловину, а также датчиками контроля и регулирования параметров процесса.
Для осуществления анаэробных процессов возможно использование мешков, запаянных после размещения в них соответствующего содержимого.
Техническими отличиями заявляемого решения от аналогов является использование в качестве емкости, в которой проводят процесс емкости из пластичного материала, способного принимать форму, содержащегося в ней жидкого продукта под воздействием гравитации, например, пластикового мешка, снабженного горловиной.
В состав установки могут дополнительно сходить оборудование системы газообмена, обеспечивающего поступление кислорода воздуха через горловину, и также датчики контроля и регулирования параметров процесса, размещенные в емкости или около нее. Мешки, могут быть при необходимости оснащены заглушкой, которая может содержать приспособления для фиксации трубок системы газообмена и/или датчиков.
Общий вид установки приведен на фиг.1, где обозначены:
1. основание, содержащее устройство для перемещения платформы;
2. платформа;
3. фиксирующие крепления для емкости (КЕ);
4. пластичная емкость (пластиковый мешок);
5. жидкая или полужидкая среда, содержащая микроорганизмы или живые клетки;
6. горловина:
7. заглушка:
8. компоненты (трубки, барботажное устройство и т.п.) системы газообмена (КСГ):
9. контактные датчики системы контроля и регулирования параметров процесса (рН, температуры и т.п.) (СКП).
Установка работает следующим образом. В предварительно стерилизованную емкость 4 через горловину 6 загружают жидкую питательную среду 5. При необходимости вводят через горловину датчики 9 и трубки для обеспечения газообмена 8 и закрывают емкость заглушкой 7, снабженной, при необходимости приспособлениями для установки компонентов КСГ 8 и СКП 9.
Снаряженную таким образом емкость помещают на платформу 2 и закрепляют с помощью КЕ 3. При этом жидкая среда 5 растекается по дну емкости 4 относительно тонким слоем, обеспечивая большую поверхность площади контакта жидкость-воздух. Затем при необходимости включают термостатирование, систему газообмена и перемешивание, а также привод двигателя, обеспечивающий передвижение платформы 2. В ходе движения платформы происходит перемещение жидкости в тонком слое по дну и стенкам емкости 4, что обеспечивает в среде 5 интенсивный массообмен. При этом двигающаяся жидкость образует на постоянно меняющих свою геометрию пластиковых стенках регулярно смываемую пленку, что обеспечивает оптимальные условия для снабжения микроорганизмов кислородом воздуха и питательными веществами. После завершения процесса емкость 4 вскрывают, извлекают содержимое, а пластиковый мешок утилизируют.
Проведенные эксперименты показали, что при использовании заявляемой установки в микробиологических процессах получения антибиотиков, ферментов, гормональных и иных препаратов, использующих поверхностное культивирование, удается повысить выход целевого продукта на 3-5%.