УСТАНОВКА ДЛЯ СОВМЕЩЕННОГО КУЛЬТИВИРОВАНИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ

Полезная модель относится к биотехнологии, а точнее к оборудованию для культивирования микроорганизмов с использованием жидких и твердых субстратов и микроорганизмов, чувствительных к механическим воздействиям, и может быть использовано в микробиологической, медицинской, пищевой промышленности и исследовательской практике.
При использовании в микробиологических технологиях субстратов из возобновляемого растительного сырья с большим содержанием нерастворимых компонентов лигноцеллюлозы, клетчатки, крахмала возникают проблемы обеспечения массо- и газообмена в вязких культуральных средах с высоким содержанием нерастворимых компонентов и автоматизации процессов реализующих указанные технологии, включая стадии загрузки субстратов и выгрузки продуктов культивирования.
Известен аппарат для культивирования клеток и микроорганизмов (RU №69518, С1, публ. 27.12.2007) включающий две ферментационные емкости с крышкой и патрубками соответственно для подачи аэрирующего газа и отвода газовой среды. Обе емкости снабжены матриксами, свободно размещенными в полости каждой емкости, сообщены между собой трубопроводом нижнего слива и соединены трубопроводами с управляемыми клапанами. Аппарат содержит насос для ввода в первую ферментационную емкость питательных растворов и иноклюма посевной культуры, буферную емкость, соединенную трубопроводом с патрубком отвода газовой среды и трубопроводами с встроенными управляемыми клапанами с ферментационными емкостями и с шлюзовой камерой. Шлюзовая камера соединена трубопроводами с встроенными управляемыми клапанами со второй ферментационной емкостью и с патрубками слива и сбора получаемых продуктов. Матриксы могут быть в виде свернутой в спираль металлической сетки, в межвитковое пространство которых помещается твердый субстрат.
Аппарат не обеспечивает непрерывный процесс ферментации, так как для извлечения отработанного твердого субстрат и нерастворимых продуктов ферментации, в частности микробной биомассы, нужно остановить процесс, открыть обе ферментационные емкости, вынуть матриксы и выгрузить продукт. После процесса выгрузки и очистки ферментационные модули снова собирают и проводят процесс стерилизации всего комплекта оборудования и твердого субстрата. Эти процедуры существенно снижают производительность процесса и затрудняет эксплуатацию аппарата при больших объемах переработки твердых субстратов. К недостаткам также можно отнести необходимость измельчения твердых нерастворимых компонентов субстрата для увеличения их реакционной способности, при этом сеточный матрикс становится неэффективным для фиксации измельченного субстрата, которая необходима при культивировании мицелиальных форм микроорганизмов.
Известен аппарат для совмещенного культивирования микроорганизмов, выбранный за прототип (RU №93394 публ. 27.04.2010). Аппарат содержит три горизонтально расположенные ферментационные емкости с боковыми крышками и матриксами для твердого субстрата, размещенные внутри емкостей, патрубки для жидкой фазы культуральной среды, патрубки и трубопроводы с клапанами в каналах подачи в верхнюю полость ферментационных емкостей аэрирующего газа и отвода отходящих газов из ферментационных емкостей, буферную емкость, устройство коммутации гидравлических потоков, каплеотделители, бактериальные фильтры и устройство управления.
К недостаткам прототипа можно отнести необходимость ручной загрузки субстрата и выгрузки закрепившейся биомассы микроорганизмов и нерастворимых продуктов ферментации из матриксов.
В процессе ферментации, на множественных поверхностях матрикса плотным слоем наращивается биомасса микроорганизмов. При толщине слоя более 4 мм, микроорганизмы, находящиеся под слоем биомассы на поверхностях матрикса не получают должного питания и погибают с образованием токсичных продуктов распада биомассы, что снижает качество получаемых продуктов.
Для сохранения качества получаемых продуктов, одну из ферментационных емкостей, которая освобождена от культуральной жидкости, выводят из ферментационного процесса. В оставшихся емкостях процесс продолжается в условиях твердофазной ферментации, а с выведенной из процесса ферментации емкостью проводят следующие ручные процедуры:
- изъятие матрикса из ферментационной емкости;
- удаление биомассы микроорганизмов с многочисленных поверхностей матрикса;
- загрузку матрикса твердым субстратом и помещение его в ферментационную емкость;
- стерилизацию емкости и ее возвращение в ферментационный процесс.
Реализация указанных процедур требует использования ручного труда, значительных затрат расходных материалов, энергии и времени, и приводит к снижению эффективности технологического процесса и повышению себестоимости производимых продуктов.
К недостаткам можно отнести локальный ввод в ферментационные емкости жидкой фазы культуральной среды, что приводит к неравномерному ее распределению при перемешивании рабочей жидкости в ферментационных емкостях, особенно в полостях, наиболее удаленных от указанного ввода. Недостаточное перемешивание рабочей жидкости способствует образованию застойных зон и осаждению биомассы микроорганизмов на стенках ферментационных емкостей, что снижает качество управления процессом и, как следствие, снижает качество продуктов ферментации.
Известно, что пищевая и сельскохозяйственная отрасли народного хозяйства имеют производственные отходы, являющиеся ценным сырьем для биотехнологии. Жидкие отходы указанных производств, сгущают для удобства хранения и превращают в кормовые добавки методом ферментации. Для получения полноценных питательных сред применяемых в биотехнологии, указанные отходы обогащают различными сбалансированными добавками, для ввода которых в установках предпочтительно иметь дополнительные асептические вводы. В известном аппарате отсутствует дополнительный стерильной ввод среды, что снижает возможности применения аппарата.
Технический результат заключается в повышении эффективности производственного процесса и снижение себестоимости производимых продуктов за счет автоматизации процедур загрузки и сбора отработанной биомассы, а также в расширении сферы применения установки для совмещенного культивирования микроорганизмов в ферментационных процессах разных видов микроорганизмов, грибов и клеток.
Технический результат достигается тем, что установка для совмещенного культивирования микроорганизмов включает, три горизонтально расположенные ферментационные емкости с боковыми крышками, снабженные патрубками соответственно для подачи аэрирующего газа и отвода газовой среды, патрубками для подачи и отвода жидкой фазы и матриксами для твердого субстрата, размещенными во внутренних полостях емкостей, буферную емкость, соединенную трубопроводами с управляемыми клапанами, соответственно с каналами слива и сбора жидкого продукта, устройство коммутации гидравлических потоков, соединенное трубопроводами с управляемыми клапанами с буферной емкостью, с внешними устройствами подачи жидких питательных сред и инокулята и с патрубками ферментационных емкостей для подачи и отвода жидкой фазы, стерилизационные фильтры в каналах подачи аэрирующего газа в ферментационные емкости, стерилизационные фильтры и каплеотделители в каналах отвода газов из ферментационных емкостей, выходы возврата жидкости каплеотделителей трубопроводами с управляемыми клапанами сообщены с полостью соответствующей ферментационной емкости и устройство управления, дополнительно снабжена емкостями для сгущенных питательных сред и для сбора продуктов ферментации, которые сообщены посредством трубопроводов с клапанами между собой, с ферментационными емкостями и с буферной емкостью, а каждая из ферментационных емкостей снабжена коллектором для формирования потоков жидких компонентов культуральной среды внутри ферментационных емкостей, соединенным с патрубком для подачи и отвода жидкой фазы, при этом емкость для сгущенной питательной среды снабжена теплообменной рубашкой, загрузочным патрубком с герметизируемой заглушкой, клапаном для ввода в емкость сжатого воздуха и разгрузочным патрубком, а емкость для сбора продуктов ферментации, снабжена клапанами для ввода и отвода сжатого воздуха и трубопроводами с клапанами для протока жидких компонентов культуральной среды между емкостью для сбора продуктов и ферментационными емкостями;
а также тем, что матриксы для твердого субстрата выполнены в виде подвижных матриксов-насадок в форме колец Рашига;
а также тем, что коллекторы установлены на крышках емкостей с возможностью поворота и снабжены отверстиями.
Применение емкости для сбора продуктов ферментации, позволяет автоматизировать процедуру сбора твердых нерастворимых продуктов ферментации и, как следствие, существенно сократить время и производственные затраты на ее проведение, причем удаление биомассы осуществляется механически подвижными матриксами-насадками без применения дополнительного разбавления и растворителей, усложняющих выделение конечных продуктов культивирования микроорганизмов.
Применение коллекторов для формирования потоков и упругих струй культуральной жидкости, омывающих и перемешивающих матриксы-насадки в ферментационных емкостях, повышает качество управления ферментационными процессами за счет равномерного перемешивания и существенного сокращения зон локализации биомассы микроорганизмов на внутренней поверхности ферментационных емкостей. Установочное положение коллекторов позволяет сформировать в ферментационных емкостях потоки рабочей жидкости с разным гидродинамическим воздействием на культивируемые микроорганизмы, что расширяет сферу применения в ферментационных процессах разных видов микроорганизмов, грибов и клеток.
Применение емкости для сгущенной питательной среды и оснащение шлюзовой камеры дополнительными клапанами для загрузки и разгрузки фиксированной порции указанной питательной среды, позволяет автоматизировать процесс приготовления полноценной питательной среды в условиях ферментационного процесса, что существенно расширяет сферу применения установки.
Полезная модель поясняется чертежом, который поясняет, но не ограничивает ее.
На фиг.1, представлена схема установки для совмещенного культивирования микроорганизмов.
Установка содержит три горизонтально расположенные ферментационные емкости 1, 2, 3 с боковыми крышками 4, 5, 6, для загрузки-выгрузки матриксов-насадок и с крышками 7, 8, 9, на которых расположены патрубки (на фиг. не обозначены) ввода аэрирующего газа в верхнюю полость каждой из емкостей. Патрубки соответственно соединены с управляющими клапаны 10, 11, 12, подачи аэрирующего газа в емкости, поступающего через входные фильтры газов 13, 14, 15, обеспечивающих стерильность газового потока. Патрубки отвода метаболитных газов из верхней полости ферментационных емкостей 1, 2, 3 соединены через управляемые клапаны 16, 17, 18, соответствующие каплеотделители 19, 20, 21 и фильтры 22, 23, 24, обеспечивающие стерильность отводимых газов, и клапаны 25, 26, 27 с трубопровод «Отходящие газы».
Внутри ферментационных емкостей 1, 2, 3 размещены матриксы-насадки 28, 29, 30, например, в форме колец Рашига.
Ферментационные емкости 1, 2, 3 для обеспечения требуемых температурных режимов снабжены термостатирующими рубашками 31, 32, 33, в которые подается теплоноситель заданной температуры.
Подача стерильных питательных сред и инокулюма в ферментационные емкости 1, 2, 3 осуществляется через управляемые клапана 34, 35, 36, устройство коммутации гидравлических потоков 37 и управляемые клапаны 38 или 39 соответственно. Дозированный отбор проб жидких продуктов культивирования из ферментационных емкостей осуществляется через устройство коммутации гидравлических потоков 37, управляемый клапан 41 в буферную емкость 40, которая соединена через управляемый клапан 43 с внешним приемником проб (на фиг.1 не показан) и через управляемый клапан 42 с источником аэрирующего воздуха.
Для стерилизация буферной емкости 40 проточным паром она соединена трубопроводам с управляемым клапаном 44 с источником пара и управляемым клапаном 45 с трубопроводом «Слив».
Для осуществления слива жидкости, накопившейся в каплеотделителях 19, 20, 21 они через управляемые клапаны 46, 47 и 48 соединены с ферментационными емкостями 1, 2, 3 соответственно.
Фильтры 13, 14, 15 сообщены трубопроводами с управляемыми клапанами 49, 50, 51 с трубопроводом «Слив» для удаления накопившейся в них жидкости и трубопроводами с управляемыми клапанами 52, 53, 54 с источником пара (на фиг. не показан).
Через управляемые клапаны 55, 56, 57 осуществляется подвод проточного пара к фильтрам 22, 23, 24.
Для автономной стерилизации каждой из ферментационных емкостей 1, 2 и 3 ее патрубки нижнего слива соединены через управляемые клапаны соответственно 58, 59, 60 с каналом «Слив».
Входы фильтров 13, 14, 15 для подачи аэрирующего воздуха соединены через соответствующие управляемые клапаны 61, 62, 63 с каналом «Аэрация».
Управление работой Установки для совмещенного (жидкофазного и твердофазного) культивирования микроорганизмов осуществляется устройством управления 64.
Для исключения застойных зон, обеспечения равномерного по всему объему ферментационных емкостей заполнения и опорожнения жидкой фазы культуральной среды с образованием на матриксах-насадках стекающих пленок Установка снабжена коллекторами 65, 66 и 67 с отверстиями 68. Коллекторы закреплены на крышках 7, 8 и 9 ферментационных емкостей 1, 2 и 3.
Для хранения исходных субстратов в виде сгущенных веществ питательной среды установка снабжена емкостью 69 с теплообменной рубашкой 70, загрузочным патрубком 71 с герметизирующей заглушкой 72 и управляемыми клапанами 73 - для ввода сжатого воздуха «Наддув» в полость емкости 69 и 74 - для ввода раствора сгущенных компонентов питательной среды в шлюзовую камеру 40.
Для сбора биомассы и других продуктов ферментации предусмотрена емкость 75 с сетью трубопроводов 76 и управляемыми клапанами 77-84.
Емкость 75 для сбора продуктов ферментации, снабжена клапаном 77 для ввода сжатого воздуха «Наддув» и клапана 78 для сброса сжатого воздуха в канал «Отходящие газы». Трубопроводами 76 с клапанами 79-83 обеспечивается проток культуральной жидкости между емкостью 75 и емкостями 1, 2 и 3, а также подается культуральная среда в шлюзовую камеру 40 при дозированном отборе. Полный слив продукта из емкости 75 осуществляется через клапан 84 по каналу «Продукт».
Коллекторы 65-67 для формирования потоков культуральной жидкости снабжены отверстиями 68, выполненными в плоскости осевого сечения каждого коллектора, и размещенными в нижней части полости каждой из ферментационных емкостей 1-3. Коллекторы 65-67 закреплены на торцевых крышках 7-9 емкостей 1-3 и имеют три установочных положения: отверстиями вверх, отверстиями вбок и отверстиями вниз. Коллекторы 65-67 посредством управляемых клапанов подключены к сети трубопроводов для протока культуральной жидкости через устройство коммутации гидравлических потоков 37.
На матриксы-насадки помещается твердый растительный субстрат, содержащий нерастворимые компоненты лигноцеллюлозы, крахмала, клетчатки. Субстрат перед загрузкой на матриксы-насадки 28, 29, 30 подготавливают к использованию исходя из специфических особенностей самого субстрата, например, измельчают, очищают от ингибирующих компонентов, повышают его реакционную способность различными методами, а также с учетом особенностей реализуемых ферментационных процессов.
Установка работает следующим образом.
Перед началом работы с патрубка 71 снимают заглушку 72 и в емкость 69 загружают раствор сгущенных веществ, включая нерастворимые компоненты питательной среды, после чего патрубок 71 герметизируют заглушкой 72, а через теплообменную рубашку 70 пропускают теплоноситель с заданной температурой стерилизации или пастеризации сгущенных веществ. После истечения времени нагрева сгущенных веществ открывают клапан 73, через который в емкость 69 начнет поступать стерильный воздух заданного давления.
Питательная среда готовится в ферментационных емкостях 1, 2 и 3 автоматически на стадии технологического процесса подготовки питательной среды - «Питательная среда». Реализация стадии осуществляется прибором 64 управления, на котором задается число циклов работы шлюзовой камеры 40.
Стадия «Питательная среда».
Стадия подготовки питательной среды выполняется при последовательной реализации следующих процедур.
Процедура «Сгущенная фракция». Процедура обеспечивает порционную загрузку раствора сгущенных веществ из емкости 69 в ферментационную емкость 3 посредством работы шлюзовой камеры 40. Клапаны 44 и 45 - открываются и водяной пар, нагретый до заданной температуры, через клапан 44 поступает в камеру 40 и через клапан 45 отводится в сливной коллектор в виде паровоздушной смеси. Затем клапаны 44 и 45 - закрываются. Камера 40, свободная от воздуха, охлаждается окружающим воздухом.
Клапан 74 - открывается и сгущенные компоненты питательной среды, находящиеся под давлением воздуха в емкости 69 вытесняются в камеру 40 до полного заполнения, после чего клапан 74 - закрывается. Далее клапаны 44; 83 и 18 открываются.
В камеру 40 поступает водяной пар, давлением которого порция сгущенной среды из камеры 40, клапан 83 и коллектор 67 вытесняется в емкость 3. Воздух, находящийся в ферментационной емкости 3, через клапан 18, каплеотделитель 21, фильтр 24 и исходно открытый клапан 27 отводится в атмосферу, затем клапаны 83; 44 и 18 закрываются.
Завершен один цикл работы камеры 40. Камера 40 свободна от воздуха и подготовлена к загрузке очередной порции сгущенной среды. Процедура «Сгущенная фракция» завершается после отработки заданного числа циклов работы камеры 40.
Затем проводится процедура «Жидкая фракция». Она обеспечивает загрузку раствора корректирующих веществ в емкость 3 для приготовления полноценной питательной среды. При этом клапаны 38; 36 и 18 открываются. Из внешнего источника, например, от стерилизатора растворов, через клапан 38, устройство коммутации гидравлических потоков 37, клапан 36 и коллектор 67 в емкость 3 поступит раствор корректирующих веществ в заданном объеме, а воздух находящейся в емкости 3, отводится в атмосферу через клапан 18, каплеотделитель 21, бактериальный фильтр 24 и исходно открытый клапан 27. Процедура завершается после внесения в емкость 3 раствора веществ в заданном объеме и клапаны 38; 36 и 18 закрываются.
Затем проводится процедура «Перемешивание». Она проводится для смешения раствора сгущенных веществ с раствором корректирующих веществ и смачивания полученной средой множественных поверхностей насадок 28-30, размещенных в ферментационных емкостях 1-3. При этом клапаны 12; 36; 34 и 16 открываются.
В емкость 3, через исходно открытый клапан 63, фильтр 15 и клапан 12 поступает аэрирующий воздух. Под давлением воздуха, находящаяся в емкости 3 среда, через коллектор 67, клапан 36, устройство коммутации гидравлических потоков 37, клапан 34 и коллектор 65 перетекает в емкость 1, а воздух из емкости 1 отводится в атмосферу через клапан 16, каплеотделитель 19, фильтр 22 и исходно открытый клапан 25. Затем клапаны 12 и 16 закрываются и открываются клапаны 10 и 18.
В емкость 1, через исходно открытый клапан 61, фильтр 13 и клапан 10 поступает аэрирующий воздух. Под давлением воздуха, находящаяся в емкости 1 среда, через коллектор 65 клапан 34, устройство коммутации гидравлических потоков 37 клапан 36 и коллектор 67, перетекает в емкость 3, а воздух из емкости 3 отводится в атмосферу через клапан 18, каплеотделитель 21, фильтр 24 и исходно открытый клапан 27. Затем клапаны 10; 18 и 34 закрываются и открываются клапаны 12; 35 и 17. В емкость 3, через исходно открытый клапан 63, фильтр 15 и клапан 12 поступает аэрирующий воздух. Под давлением воздуха, находящаяся в емкости 3 среда, через коллектор 67, клапан 36, устройство коммутации гидравлических потоков 37 и клапан 35, перетекает в емкость 2, а воздух из емкости 2 отводится в атмосферу через клапан 17, каплеотделитель 20, фильтр 23 и исходно открытый клапан 26. После этого клапаны 17 и 12 закрываются и открываются клапаны 11 и 18. При этом в емкость 2, через исходно открытый клапан 62, фильтр 14 и клапан 11 поступает аэрирующий воздух. Под давлением воздуха, находящаяся в емкости 2 среда, через коллектор 66, клапан 35, устройство коммутации гидравлических потоков 37 и клапан 36, перетекает в емкость 3, а воздух из емкости 3 отводится в атмосферу через клапан 18, каплеотделитель 21, фильтр 24 и исходно открытый клапан 27. Процедура «Перемешивание» завершается и клапаны 11; 35; 36 и 18 закрываются.
Далее проводится процедура «Засев». Она обеспечивает внесение в приготовленную питательную среду микроорганизмов - продуцентов целевых продуктов с образованием культуральной жидкости. Процедура проводится следующим образом, клапаны 39; 36 и 18 открываются и от источника инокулята, через клапан 39, устройство коммутации гидравлических потоков 37, клапан 36 и коллектор 67 в емкость 3 вносится заданный объем микроорганизмов, затем клапаны 39; 36 и 18 закрываются.
Начинают процесс культивирования микроорганизмов.
Перед началом процесса культивирования микроорганизмов на приборе 64, задают:
- температуру в теплообменных рубашках 31-33;
- расход аэрирующего воздуха;
- время протока культуральной жидкости из одной ферментационной емкости в другую;
- время ферментации.
Процесс культивирования микроорганизмов выполняется при непрерывной реализации следующих процедур.
Клапаны 12; 36; 35 и 17 - открываются и в емкость 3, через исходно открытый клапан 63, фильтр 15 и клапан 12 поступает аэрирующий воздух. Культуральная жидкость, из емкости 3, давлением аэрирующего воздуха, через коллектор 67, клапан 36, устройство коммутации гидравлических потоков 37, клапан 35 и коллектор 66 перетекает в емкость 2, а воздух из емкости 2 отводится в атмосферу через клапан 17, каплеотделитель 20, фильтр 23 и исходно открытый клапан 26. Культуральная жидкость, находящаяся в емкости 3, стекает с поверхностей матриксов-насадок 30 с образованием множественных пленок контактирующих с аэрирующим воздухом, что позволяет активизировать дыхательную активность микроорганизмов и оптимизировать условия ферментации. Матриксы-насадки 29, находящиеся в емкости 2, омываются культуральной жидкостью, поступающей из емкости 3, что активизирует перемешивание культуральной жидкости и способствует образованию новых пленок культуральной жидкости на поверхностях насадок 29.
Затем клапаны 12; 36 и 17 закрываются и открываются клапаны 34; 16 и 11. В емкость 2, через исходно открытый клапан 62, фильтр 14 и клапан 11 поступает аэрирующий воздух. Культуральная жидкость, из емкости 2, давлением аэрирующего воздуха, через коллектор 66, клапан 35, устройство коммутации гидравлических потоков 37, клапан 34 и коллектор 65 перетекает в емкость 1, а воздух из емкости 1 отводится в атмосферу через клапан 16, каплеотделитель 19, фильтр 22 и исходно открытый клапан 25. Культуральная жидкость, находящаяся в емкости 2, стекает с поверхностей матриксов-насадок 29 с образованием множественных пленок контактирующих с аэрирующим воздухом, что позволяет активизировать дыхательную активность микроорганизмов и оптимизировать условия ферментации.
Матриксы-насадки 28, находящиеся в емкости 1, омываются культуральной жидкостью, поступающей из емкости 2, что активизирует перемешивание культуральной жидкости и способствует образованию новых пленок культуральной жидкости на поверхностях матриксов-насадок 28.
Затем клапаны 16; 35 и 11 закрываются и открываются клапаны 10; 36 и 18. В емкость 1, через исходно открытый клапан 61, фильтр 13 и клапан 10 поступает аэрирующий воздух. Культуральная жидкость, из емкости 1, давлением аэрирующего воздуха, через коллектор 65, клапан 34, устройство коммутации гидравлических потоков 37, клапан 36 и коллектор 67 перетекает в емкость 3, а воздух из емкости 3 отводится в атмосферу через клапан 18, каплеотделитель 21, фильтр 24 и исходно открытый клапан 27. Культуральная жидкость, находящаяся в емкости 1, стекает с поверхностей насадок 28 с образованием множественных пленок контактирующих с аэрирующим воздухом, что позволяет активизировать дыхательную активность микроорганизмов и оптимизировать условия ферментации. Матриксы-насадки 30, находящиеся в емкости 3, омываются культуральной жидкостью, поступающей из емкости 1, что активизирует перемешивание культуральной жидкости и способствует образованию новых пленок культуральной жидкости на поверхностях матриксов-насадок 30. Затем клапаны 10; 36; 18 и 34 закрываются.
Указанные последовательности действий при культивировании микроорганизмов повторяются непрерывно до истечения заданного времени, в течение которого осуществляется рост микроорганизмов, причем при заполнении ферментационных емкостей жидкими компонентами культуральной среды осуществляется жидкофазный процесс, а в опорожненных емкостях процесс осуществляется в режиме твердофазного пленочного культивирования. Процесс культивирование микроорганизмов в ферментационной емкости 3 завершается на процедуре заполнения этой емкости жидкими компонентами культуральной среды, при этом клапаны 12, 18, 36 и 48 закрываются и емкость 3 подготавливается к процедуре выгрузки биомассы и других продуктов ферментации в емкость 75.
Одновременно готовится свежая питательная среда повторением стадии «Питательная среда». Свежая питательная среда подается в ферментационную емкость 2 при открывании клапана 80, затем начинается процесс культивирования микроорганизмов при повторении процедур перетока из емкости 2 в емкость 1 и из емкости 1 в емкость 2 через устройство коммутации гидравлических потоков 37, как описано выше. При снижении активности продуцента дополнительно выполняется процедура «Засев», при этом инокулят при открывании клапана 39 направляется в ферментационные емкости 1 и 2.
Одновременно с вышеописанными процессами выполняются процедуры:
- «слив» продуктов ферментации из емкости 3 в емкость 75;
- очистки матриксов-насадок от биомассы микроорганизмов в емкости 3.
При проведении процедуры «слив» клапаны 12; 79 и 78 открываются и в емкость 3 через исходно открытый клапан 63, фильтр 15 и клапан 12 поступает аэрирующий воздух. Культуральная жидкость из емкости 3, под давлением аэрирующего воздуха, через коллектор 67 и открытые клапаны 81 и 84 перетекает в емкость 75, а воздух из емкости 75 отводится в атмосферу через клапан 78. На поверхностях насадок 30 остается слой выращенной биомассы микроорганизмов, который необходимо выгрузить в емкость 75.
Для этой цели проводится процедура «Очистка насадок». При этом клапаны 78 и 12 закрываются и открываются клапаны 77 и 18.
В емкость 75, через клапан 77 вводится сжатый воздух, давлением которого культуральная жидкость, по трубопроводу 76, через клапан 81, нагнетается в коллектор 67 и в виде упругих струй, образованных отверстиями 68 и интенсивно воздействует на находящиеся в емкости 3 матриксы-насадки 30. Воздух из емкости 3 отводится в атмосферу через клапан 18, каплеотделитель 21, фильтр 24 и исходно открытый клапан 27. Под действием струй культуральной жидкости, насадки 30 в емкости 3 перемешиваются и освобождаются от осажденной биомассы микроорганизмов. Затем клапаны 77 и 18 закрываются и открываются клапаны 78 и 12.
В емкость 3, через исходно открытый клапан 63, фильтр 15 и клапан 12 поступает аэрирующий воздух. Культуральная жидкость и биомасса микроорганизмов, смытая с поверхностей матриксов-насадок 30, из емкости 3 через коллектор 67 и клапан 81 перетекает в емкость 75, а воздух из емкости 75 отводится в атмосферу через клапан 78. Процедура очистки матриксов-насадок повторяется заданное число раз, затем клапаны 78 и 12 закрываются.
Далее клапаны 77 и 82 могут по сигналам устройства управления 64 открываться и биомасса микроорганизмов и другие продукты ферментации из емкости 75 через клапан 82 отводятся по каналу «Продукт».
После разгрузки емкости 75, клапаны 82 и 77 закрываются, и емкость 77 подготавливается для разгрузки очередной ферментационной емкости, например, ферментационной емкости 2, если в ней закончен процесс роста микроорганизмов и получения конечного продукта. Повторения стадий и процедур продолжается до полного завершения процесса культивирования микроорганизмов.