УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГРАНУЛИРОВАНИЯ И ЗАМОРАЖИВАНИЯ МИКРОБНОЙ БИОМАССЫ
DEVICE FOR MICROBE BIO-MASS GRANULATION AND FREEZING

Изобретение относится к криогенному технологическому оборудованию, а именно к грануляторам для получения замороженных гранул микробной биомассы и других пищевых продуктов. Полученные гранулы могут использоваться в технологическом процессе производства заквасок как в замороженном виде, так и с последующей сублимационной сушкой.
Известно устройство, содержащее смеситель, капельницы, ванну для жидкого азота, установленное на валу электродвигателя разгрузочное устройство в виде усеченного конуса и ультразвуковой датчик уровня жидкого азота (см. А.С. SU 1155835).
Однако это устройство не предназначено для работы с микробной биомассой в асептических условиях и не исключает возможность слипания гранул во время замораживания в жидком азоте. Наличие вала привода, проходящего через жидкий азот, способствует усложнению эксплуатационных характеристик, связанных с его уплотнением. Наличие регулирующих устройств на капельницах в зоне интенсивного движения паров азота может привести к их замораживанию.
Наиболее близким по технической сущности и совокупности существенных признаков к заявленному является устройство для формирования сферических гранул из материала на основе водных систем, содержащее заполненную гидрофобной жидкостью емкость для формирования гранул, расположенный над емкостью для формирования гранул каплегенератор в виде капилляра, соединенного с емкостью для подачи гранулируемого материала, сменный сборник гранул, установленный на дне емкости для формирования гранул, морозильный агрегат для поддержания температуры охлаждающей жидкости (см. патент РФ №2036095).
Недостатком известного устройства для грануляции является техническая неприспособленность емкости и замкнутого контура при формировании гранул в среде жидкого азота, обеспечивающего максимальную жизнестойкость клеток после размораживания из-за низких температур замораживания, негерметичное исполнение емкости, что не позволяет получить необходимые асептические условия процесса гранулирования микробной биомассы. Возможность замерзания микробной биомассы в капилляре как поднимающимися парами азота, так и при использовании замкнутого контура, охлаждающего капилляр. Кроме этого, при замораживании микробной биомассы с использованием нескольких капилляров необходимо подобрать правильное соотношение количества капилляров на единицу площади при заданных размерах капель из-за возможности слипания гранул при столкновении в момент замораживания при хаотичном движении гранул в жидкий азот.
Задачей настоящего изобретения является создание устройства для гранулирования и замораживания микробной биомассы, позволяющего получать не слипшиеся сферические гранулы с заданным размером в асептических условиях с сохранением жизнестойкости микроорганизмов при их дальнейшем использовании.
Задача решена путем создания устройства для гранулирования и замораживания микробной биомассы, содержащего емкость для размещения микробной биомассы, предназначенной для гранулирования, каплегенератор, выполненный в виде набора капилляров, закрепленных в днище емкости для размещения микробной биомассы, заполненную жидкостью емкость для формирования гранул, сменный сборник гранул, размещенный в емкости для формирования гранул, отличием которого, согласно изобретению, является то, что устройство снабжено промежуточной герметичной камерой для предварительного формирования гранул, расположенной между каплегенератором и емкостью для формирования гранул, при этом емкость для формирования гранул заполнена жидким азотом, а капилляры каплегенератора расположены в промежуточной герметичной камере предварительного формирования гранул.
Целесообразно, чтобы промежуточная герметичная камера для предварительного формирования гранул была снабжена патрубком для отвода паров жидкого азота из емкости с жидким азотом, минуя промежуточную герметичную камеру предварительного формирования гранул.
Технический результат, проявляющийся при работе устройства для гранулирования и замораживания микробной биомассы, заключается в том, что при прохождении капель микробной биомассы через промежуточную герметичную камеру для предварительного формирования гранул происходит замерзание поверхностного слоя капли в парах жидкого азота, обеспечивающее их предварительное формирование в асептических условиях. В результате исключается слипание гранул при столкновениях в ходе хаотического движения при быстром замерзании в жидком азоте, и гранулы собираются в сборнике гранул, имея правильную сферическую форму заданного размера.
Наличие в промежуточной герметичной камере предварительного формирования гранул патрубка для отвода паров газа из емкости с жидким азотом, минуя промежуточную герметичную камеру предварительного формирования гранул, позволяет устранить движение паров азота в районе капилляров и, как следствие, создать границу перехода положительных и отрицательных температур ниже уровня отделения капли от капилляра, что позволяет устранить замерзания микробной биомассы в капиллярах.
Устройство для гранулирования и замораживания микробной биомассы изображено на чертеже.
Устройство для гранулирования и замораживания микробной биомассы содержит емкость 1 для размещения микробной биомассы, снабженную загрузочным патрубком 2 и устройством (не показано) для поддержания заданного уровня микробной биомассы в емкости 1 для размещения микробной биомассы. В крышке емкости 1 для размещения микробной биомассы установлен фильтр 3 для сообщения с атмосферой, препятствующий проникновению патогенной микрофлоры в емкость 1 для размещения микробной биомассы. В днище емкости 1 расположены капилляры 4, каждый из которых выполнен в виде трубки с соплом определенного размера с заданным соотношением количества капилляров на единицу площади. Количество и форма капилляров определяет производительность устройства и размер капель, что позволяет устранить слипание гранул при их формировании в парах азота и замораживании в жидком азоте. Под капиллярами 4 расположена промежуточная герметичная камера 5 для предварительного формирования гранул сферической формы заданного размера путем замораживания поверхностного слоя капли в парах жидкого азота. При необходимости увеличения толщины замерзшего поверхностного слоя гранулы или размера гранул высота промежуточной герметичной камеры 5 предварительного формирования гранул может увеличиваться, а форма капилляров изменяться. Для устранения замерзания биомассы в капиллярах 4 камера 5 предварительного формирования гранул может быть снабжена патрубком 6 для отвода паров азота, минуя промежуточную герметичную камеру 5 предварительного формирования гранул, что позволяет устранить движение паров азота в районе капилляров и создать границу перехода положительных и отрицательных температур ниже уровня отделения капли от капилляра 4.
Под камерой 5 предварительного формирования гранул расположена емкость 7 для формирования и замораживания гранул, выполненная с теплоизолированными стенками (сосуд Дьюара) и заполненная жидким азотом, обеспечивающим быстрое замораживание предварительно сформированной подмороженной гранулы. Предлагаемое устройство содержит также сменный сборник гранул 8, установленный на дне емкости 7 для формирования гранул. В емкости 7 для формирования гранул предусмотрен патрубок 9 с дополнительным устройством (не показано) для поддержания постоянного уровня жидкого азота.
Устройство работает следующим образом.
Емкость 7 для формирования гранул заполняют необходимым количеством жидкого азота. В емкость 1 для размещения микробной биомассы насосом объемного типа через загрузочный патрубок 2 подают микробную биомассу с поддержанием постоянного уровня в емкости 1. Биомасса путем свободного протекания через капилляры 4 переходит в каплеобразное состояние с заданным размером. При свободном падении через промежуточную герметичную камеру 5 предварительного формирования гранул происходит предварительное формирование сферической формы гранулы заданного размера при замерзании поверхностного слоя капли в парах жидкого азота. Толщину замороженного поверхностного слоя гранулы регулируют высотой камеры, влияющей на время свободного падения капли. Попадая в емкость 7 для формирования гранул, заполненную жидким азотом, гранулы, совершая хаотичные движения, быстро замерзают и под действием гравитационных сил попадают в сборник гранул 8. При столкновении гранул во время хаотичного движения в жидком азоте не происходит их слипания благодаря предварительному обмораживанию в камере предварительного формирования. В ходе гранулирования микробной биомассы для поддержания постоянного уровня жидкого азота в емкости 7 для формирования гранул пополнение испарившегося жидкого азота проводится через патрубок 9. Сменный сборник гранул 8 после заполнения заменяется на пустой. Готовые замороженные гранулы расфасовывают в упаковочные материалы и хранят в замороженном виде при температуре -20…-50°С или отправляют на сублимационную сушку для хранения и применения в сухом виде.
Производительность предлагаемого устройства и размер капель меняются в зависимости от количества и формы капилляров 4, высоты промежуточной герметичной камеры 5 предварительного формирования гранул. При необходимости, емкость 7 для формирования гранул может быть снабжена механическим устройством для выгрузки замороженных гранул. Таким образом, процесс формирования и замораживания гранул может проходить как в одну стадию, так и непрерывно.
Предлагаемое устройство позволяет получать замороженные сферические гранулы заданного размера в асептических условиях с сохранением жизнестойкости микроорганизмов при их дальнейшем использовании.