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.

Предлагается установка, содержащая основание, платформу для размещения емкостей с жидкой или полужидкой средой, содержащей микроорганизмы или живые клетки, и систему перемещения платформы в которой емкости для осуществления микробиологических процессов выполнены из пластичного материала, например, в качестве емкостей используют пластиковые мешки.

Мешки, как правило, снабжены горловиной и могут оборудованы компонентами системы газообмена и датчиками системы контроля и регулирования параметров процесса.

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%.

1. Установка для осуществления микробиологических процессов, содержащая основание, платформу для размещения емкостей, систему крепления емкостей, емкости с жидкой или полужидкой средой, содержащей микроорганизмы или живые клетки, и систему перемещения платформы, отличающаяся тем, что емкости для осуществления микробиологических процессов выполнены из пластичного материала.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что в качестве емкостей из пластичного материала используют пластиковые мешки.

3. Установка по п.2, отличающаяся тем, что мешки снабжены горловиной.

4. Установка по п.2, отличающаяся тем, что мешки снабжены заглушкой горловины.

5. Установка по п.2, отличающаяся тем, что мешки снабжены компонентами оборудования системы газообмена, связанными с внешней средой через горловину.

6. Установка по п.2, отличающаяся тем, что в мешках установлены датчики системы контроля и регулирования параметров процесса.