Главная Обратная связь

Дисциплины:






Глибинне культивування мікроорганізмів



 

Цей спосіб має ряд очевидних переваг перед поверхневим, тому що дозволяє значно скоротити виробничі площі, виключити важку непродуктивну ручну працю, поліпшити гігієну праці, спрощує механізацію й автоматизацію виробництва, уможливлює перехід на безперервний спосіб культивування. При глибинному способі культивування більш раціонально використаються живильні речовини середовищ, що дає можливість значно скоротити відходи виробництва у вигляді нерозчинних осадів твердого поживного середовища, одержувати препарати з меншим вмістом домішок і більшою питомою активністю.

Глибинне культивування проводять у вертикальних ємностях різного розміру, називаних ферментаторами. Основна вимога до ферментатору - можливість проведення процесу культивування продуцента в асептичних умовах при інтенсивній аерації середовища. У процесі культивування доводиться мати справу зі складною трифазною системою рідина - тверда суспензія - газ. У такій системі утруднені масообміні процеси, і тому ускладнюється апаратурне оформлення всієї стадії вирощування.

Існуючі промислові ферментатори за способом підведення енергії на аерацію й перемішування можна підрозділити на три групи: апарати з механічним перемішуванням і барботажем (комбіновані); з ежекційною системою аерації (підведення енергії до рідкої фази) і барботажні (підведення енергії до газової фази). Для ферментної промисловості найбільший інтерес представляє перша група апаратів, призначена для асептичних процесів. Ці апарати в основному мають циліндричну форму й відрізняються за об’ємом, конструкцією відбійників, перемішуючих пристроїв, ущільнень обертового вала й теплообмінних пристроїв. Максимальний об’єм ферментаторів з механічним перемішуванням і піногасінням становить 2 000 м3.

З вітчизняних апаратів найбільш широко використовуються герметизовані ферментатори місткістю 50 м3 і 100 м3 з механічним перемішуванням і барботажем повітря. Крім цих двох ферментаторів на багатьох ферментних підприємствах працюють апарати місткістю 63 м3 виробництва Німеччини.

 

1 – привод, 2 – корпус; 3 – муфта; 4 – барботер; 5 – крильчатка; 6 – змієвик; 7 – турбіна; 8 – вал; 9 – труба для видалення рідини з ферментатора під надлишковим тиском.

Рисунок 13.3 – Ферментатор барботажного типу з перемішуючим пристроєм, об’ємом 100 м3

1 – електродвигун; 2 – редуктор; 3,10 – муфти; 4 – підшипник; 5 – сальник; 6– вал; 7 – корпус; 8 – турбінна мішалка; 9 – змієвик; 11 – труба для підводу повітря; 12 – лопастна мішалка; 13 – барботер; 14 – гвинтова мішалка; 15 – опорний підшипник; 16 – штуцер для спуску; 17 – рубашка; 18 – люк для завантаження; 19 – повітряний патрубок.



Рисунок 13.4 – Ферментатороб’ємом 63 м3

 

Апарати розраховані для роботи під надлишковим тиском 0,25 МПа й стерилізації при температурі 130—140 °С. Щоб уникнути інфікування культури передбачені торцеві ущільнення вала мішалки з паровим захистом. Торцеві ущільнення дозволяють практично повністю запобігти витоку середовища або влучення повітря в порожнину апарата в місці виходу з нього вала, що дуже важливо для забезпечення асептичних умов процесу.

Важливим фактором з погляду асептики процесу культивування продуцента є правильна обв'язка ферментатора. Під обв'язкою мають на увазі підведення всіх комунікацій з урахуванням можливості стерилізації гострою парою ділянок, які можуть виявитися джерелом зараження.

Аналіз монтажних схем, скрупульозно проведений В. Є. Матвєєвим, показує, що вони звичайно складаються з типових елементів. Розглянемо одну з монтажних схем з нижнім спуском середовища, застосовуваних у всіляких мікробіологічних виробництвах (рис. 13.5). Її характерною рисою є встановлення термічних затворів 3й 5 для попередження проникнення сторонньої мікрофлори в апарат по комунікаціях через нещільності в ущільненнях «сідло - клапан» запірних арматур. У матеріальні трубопроводи, безпосередньо з'єднані із внутрішньою порожниною апарата, постійно подається пара, а пароконденсатна суміш, що утвориться, видаляється в каналізацію або спеціальний пристрій (при наявності відкритих трубних закінчень). Як показує досвід мікробіологічних виробництв такі термічні затвори забезпечують досить ефективний захист апаратів і комунікацій від інфікування.

У монтажних схемах повинен передбачатися вільний доступ пари в усі точки стерилізуємих внутрішніх порожнин апаратів, трубопроводів і запірних арматур, що забезпечує досягнення й підтримку необхідної температури стерилізації. Однак на практиці часто те саме монтажне оформлення комунікацій і запірної арматур різного діаметра не забезпечує рівного ефекту стерилізації. Наприклад, у запірних арматурах і штуцерах малого діаметра необхідного ступеня стерильності досягти сутужніше. Ще більші труднощі виникають при термічній стерилізації відкритих трубних закінчень (пробник 4,штуцер для введення посівного матеріалу 1, трубопровід для видалення технологічного повітря2 (рис. 13.5)).

Рисунок 13.5 – Монтажна схема ферментатора з нижнім спуском середовища

Відкриті трубні закінчення комунікацій і вузлів монтажних схем не дозволяють створити в них тиск, необхідний для ефективної стерилізації. Використання гумових шлангів для підключення сулій і колб із посівним матеріалом, пробовідбірників й ємностей з рідкими добавками ще більше утрудняє процес стерилізації.

До відкритих трубних закінчень відносяться й так названі штуцери для продувки колекторного трубопроводу для стерильного поживного середовища, з'єднуючі установку безперервної стерилізації поживного середовища чи апарат періодичної дії з ферментаторами. Така схема комунікації передбачає подачу гострої пари в лінію протягом часу, що гарантує можливість стерилізації колекторів поживного середовища.

Варто також приділяти велику увагу процесу піноутворення при культивуванні й пристроям для піногасіння. Всі існуючі і використовувані у ферментній промисловості ферментатори постачені спеціальними пристроями для введення піногасника й контролю висоти піни в апараті. Перекидання піни вкрай небажаний, тому що при цьому може відбутися намокання повітроочисних фільтрів і порушення умов герметизації й стерильності процесу.

Схема піногасіння, прийнята в стерильних виробництвах, представлена иа рис. 13.6 У неї включені датчики 1, 2 й 3різних рівнів піни, що працюють або за принципом замикання ланцюга «датчик — корпус апарата» або при зміні електропровідності піни, або за принципом зміни електричної ємності між датчиком і корпусом апарата в момент торкання піни й датчика. При торканні піною першого датчика через підсилювач П1включається електромагнітний клапан СК1, установлений на лінії подачі піногасника з мірника, час подачі піногасника регулюється реле часу РЧ1.

 

Рисунок 13.6 – Схема автоматизації піногасіння

По закінченні подачі піногасника включається реле часу РЧ2.Якщо піна продовжує рости й стикається із другим датчиком, то через підсилювач П2виключиться електродвигун мішалки на час, встановлений РЧ2. Коли мішалка знову починає працювати, РВ2спрацьовує й повторно включається РВ1. Зв'язок між РВ1 і РВ2забезпечує подвійне послідовне піногасіння: за допомогою піногасника й шляхом вимикання мішалки. Якщо піна не опускається нижче першого датчика, то подача піногасника в апарат і зупинка електродвигуна мішалки повторюються.

У випадку досягнення піни аварійного датчика 3через підсилювач П3спрацьовує електромагнітний клапан СК2і закривається вихід повітря з апарата. Під дією тиску піна руйнується й, як тільки вона сходить із датчика 3у результаті стиснення газу й припинення барботажа, клапан СК2відкривається, і відновляється аерація. Але при використанні такого способу варто враховувати аерофільність продуцента й закладати в програму тільки припустиму тривалість кисневого голодування.

В останнє десятиліття найбільше економічно вигідний метод комбінованого хімічного й механічного піногасіння. Для його автоматичної реалізації може бути використана та ж схема.

У процесі культивування також ведеться постійний контроль за нагромадженням метаболітів, станом біомаси продуцента, рН середовища, споживанням деяких складових середовища й т.п. По закінченні ферментації культуральна рідина подається або безпосередньо у виробництво, де вона використовується (спиртове, пивоварне, виробництво глюкози й т.і.), або на відділення рідкої фази від біомаси й твердих нерозчинних часток середовища з метою використання фільтрату культуральної рідини. У деяких випадках біомаса продуцента надходить на одержання ферментних препаратів різного ступеня очищення.

Контрольні питання до теми Т13

1. Як відбувається поверхневе культивування мікроорганізмів?

2. Як відбувається вирощування мікроорганізмів в механізованих установках.

3. Конструкції ферментерів.





sdamzavas.net - 2019 год. Все права принадлежат их авторам! В случае нарушение авторского права, обращайтесь по форме обратной связи...