RU1773936C - Аппарат дл выращивани микроорганизмов или клеток - Google Patents

Abstract

Использование: микробиологическа  промышленность, получение биомассы и продуктов биосинтеза микроорганизмов, а также клеток животных и растений. Сущность изобретени : аппарат содержит емкость и размещенное в емкости устройство дл  перемешивани  среды, включающее вертикальный шток с приводом, установленный с возможностью возвратно-поступательного перемещени . В верхней части емкости расположены поперечна  перегородка с отверсти ми, укрепленна  на штоке, и размещенные под ней в виде пакета конические перфорированные отражательные элементы, прикрепленные к стенке емкости , при этом одна из пластин, верхн  , расположена между перегородкой и коническими элементами. 3 з.п.ф-лы, 1 ил.

Description

Изобретение относитс  к микробиологической , медицинской промышленности и может быть использовано дл  получени  биомассы и продуктов биосинтеза клеток микроорганизмов , а также клеток животного и растительного происхождени . Данный аппарат также можно использовать дл  культивировани  филаментозных культур.

При аэробном микробном синтезе используютс  биореакторы, отличающиес  высоким газосодержанием, большой единичной мощностью и высоким уровнем мас- сообменныхпроцессов.Дл 

, культивировани  клеток животных и растений , как правило, используют культивирование в монослое неподвижной питательной среды. В этом случае существенным недостатком  вл етс  больша  продолжительность культивировани  и низкий выход

целевых продуктов, обусловленный недостаточным уровнем массопередачи компонентов питательной среды к клеткам и неравномерностью распределени  фаз.

Известны конструкции аппаратов с вибрационной системой перемешивани , отличительной особенностью которых  вл етс  наличие подвижного штока с пакетом жестких контактных элементов. Шток совершает возвратно-поступательное движение в вертикальной плоскости (Авт.св. СССР №510504, кл. С 12 В 1/10, опублик. 26.12.74; авт.св. СССР, № 755835 кл. С 12 В 1/10, опублик. 15.08.80; авт.св. СССР, № 380699, кл. С 12 В 1/10, опублик. 06.10.71).

К недостаткам перечисленных аппаратов относитс  ограниченна  возможность их использовани  дл  культивировани  животных , растительных клеток и филаментозч -ч ы о ы о

ных культур, обусловленна  высокой насыщенностью питательной среды газовой фазой , котора  неблагопри тно воздействует на жизнеде тельность клеток животных и растений, Больша  часть биореакторов с вибрационным перемешиванием ориентирована на большие концентрации клеток микроорганизмов и, следовательно, на высокий уровень массообменных процессов, который достигаетс  введением значительной энергии на перемешивание и аэрацию. При высокой интенсивности перемешивани  в зоне перемещени  контактных элементов возникают значительные касательные напр жени , которые отрицательно вли ют на клетки, поврежда  их обо- лочку, или привод т к разрыву гиф филаментозных культур.

Наиболее близким по конструкции  вл етс  аппарат дл  выращивани  микроорганизмов (авт.св. СССР № 759586, кл. С 12 С 1/10, опублик.30,08.80). Аппарат выполнен в виде вертикальной емкости, в которой перемещаетс  шток с жесткими перегородками , имеющими отверсти . Перемещение штока осуществл етс  от внешнего побудител  колебаний. Контактные элементы при движении дроб т газовую фазу и обеспечивают равномерное распределение взаимодействующих фаз. В процессе равномерного распределени  фаз по объему аппарата существенную роль играет диффузоре кольцевыми щел ми. Использование диффузора и подвижных контактных элементов, создает циркул ционный контур по периферии аппарата. Дл  достижени  высокого уровн  массопередачи кислорода - до 28 кг кислорода на 1 м3 в 1 ч требуетс  введение значительной энергии. Высока  эиергонасыщенность аппарата неблагопри тно воздействует на клетки животных , растений и филаментозные культуры. Это обусловлено тем, что дробление газовой фазы и создание потоков жидкости в отверсти х и периферии контактных элементов , достигаетс  за счет высокой отно- сительной скорости движени  фаз и возникновени  значительных касательных напр жений в зоне перемешивани .

При культивировании клеток животных, растений и филаментозных культур необходимо снижение относительной скорости движени  взаимодействующих фаз дл  создани  м гких условий перемешивани , при которых обеспечиваетс  омывание клеток питательной средой.

Целью изобретени   вл етс  создание конструкции аппарата дл  выращивани  микроорганизмов или клеток, в котором с целью повышени  выхода целевы х продуктов за счет более полного перемешивани , аэрировани  и ликвидации застойных зон, в аппарате, представл ющем цилиндрическую герметичную емкость с технологическими патрубками, размещено устройство дл  перемешивани  среды, включающее вертикальный шток с приводом, установленный по оси емкости с возможностью возвратно-поступательного перемещени  .в

0 вертикальной плоскости и размещенные на нем по всей высоте емкости гибкие пластины , диаметр которых меньше диаметра аппарата , при этом одна из них расположена в азрационной зоне, котора  находитс  в

5 верхней части аппарата и отделена от зоны культивировани  пакетом неподвижных, прикрепленных к стенке, конических перфорированных элементов с отбортовкой, над которыми расположена прикрепленна  к

0 штоку вибрирующа  перегородка с коническими отверсти ми, направление конусности которых чередуетс  по концентрическим окружност м, одновременно выполн юща  роль поверхностного

5 аэратора и механического пеногасител .

Новым в предложенной конструкции  вл етс  замена статического аэратора-бар- ботера на систему динамической поверхностей аэрации. Это достигаетс  ус0 тановкой на штоке жесткой перфорированной поперечной перегородки, совершающей возвратно-поступательное движение. Дл  создани  аэрационного эффекта аэрирующа  перегородка располага5 етс  вблизи поверхности жидкости. Отличительной особенностью аэрирующей перегородки  вл етс  то, что отверсти  в перегородке выполнены в продольном сечении в виде усеченных конусов и расположе0 ны по концентрическим окружност м по всей площади перегородки с чередованием обращени  больших оснований этих конусов вверх-вниз. Применение конических отверстий позвол ет создать дополнительную

5 турбулизацию поверхностного сло  жидкости , усиливающую поверхностную аэрацию. Аэрирующа  перегородка одновременно выполн ет роль механического пеногасител .

0Вторым элементом новизны  вл етс 

разделение всего объема аппарата на две зоны: зону локальной аэрации и зону культивировани . Это достигаетс  установкой пакета неподвижных конических (сужаю5 щейс  частью вниз) перфорированных отражательных элементов с отбортовкой вниз между аэрирующей пластиной и гибкими пластинами. Установка отражательных элементов служит дл  предотвращени  транспорта клеток гибкими пластинами в

аэрационную зону и формировани  цирку л ционного потока жидкости, содержащей клетки, который образуетс  в пристенной зоне и направлен в нижнюю масть аппарата.

Третьим элементом новизны  вл етс  применение гибких пластин равномерного или переменного сечени , у которых имеютс  прорези, сегментирующие их на отдельные элементы. Дл  достижени  требуемого эффекта м гкого перемешивани  используютс  пластины из инертного термостойкого материала. Выбор материала обусловлен необходимостью термической стерилизации аппарата. При знакопеременном движении штока с пакетом пластин последние изгибаютс  вследствие сопротивлени  жидкости. Прорези и переменное сечениеуменьшают жесткость пластин и создают дополнительные зоны турбулизации среды. Сочетание малой жесткости пластин и выбор необходимой интенсивности колебаний позвол ет исключить ингибирующее действие касательных напр жений на клетку . Пластины имеют диаметр не более 0,5 диаметра аппарата, что обеспечивает создание пристенной ц-иркул ционной зоны, Выбор диаметра гибких пластин определен требованием по созданию циркул ционной зоны дл  седиментации клеток. При диаметре пластины более 0,5 диаметра аппарата происходит нарушение гидродинамики циркул ционного контура.

На чертеже схематично изображен предлагаемый аппарат.

Аппарат состоит из герметичной емкости 1 и оборудован штуцером 2 и фильтром 3 дл  подачи и стерилизации воздуха, штуцером 4 и фильтром 5 дл  удалени  и очистки отработанного воздуха, штуцером б дл  загрузки питательной среды и посевного материала, устройством 7 дл  температурной стабилизации, пробоотборником 8, штуцером 9 дл  подачи охлаждающей воды, штуцером 10 дл  выгрузки содержимого аппарата . Внутри аппарата расположен вертикальный шток 11с пакетом гибких пластин 12, и одна из них расположена в аэрационной зоне. Отвод охлаждающей воды производитс  через штуцер 13. Аэраци- онна  зона отделена от зоны культивировани  пакетом неподвижных перфорированных конических элементов 14, прикрепленных к стенке аппарата. Конические элементы имеют в верхней части от- бортовку. Аэраци  и пеногашение осуществл ютс  жесткой перфорированной перегородкой 15, имеющей конические отверсти , выполненные в продольном сечении в виде усеченных конусов и расположенные по концентрическим окружност м по всей площади перегородки с чередованием обращени  больших оснований этих конусов вверх-вниз.. Герметичность соединени  штока 11 с емкостью 1

обеспечиваетс  сильфоном 16.

Аппарат работает следующим образом. В аппарат после термической стерилизации подаетс  стерильна  питательна  среда и посевной материал. Обьем пита0 тельной среды в аппарате выбираетс  так. чтобы уровень среды обеспечивал погружение аэрирующей перегородки 15 в поверхностный слой жидкости. Через штуцер 2 и фильтр 3 в верхнюю часть аппарата посту5 паетстерильный воздухдл  газообмена. Отработанный воздух через штуцер 4 выходит из аппарата. Шток 11 соединен с внешним побудителем колебаний и совершает возвратно-поступательное перемещение, вме0 сте с ним перемещаютс  пакет гибких пластин 12 и аэрирующа  перегородка 15.

В аэрационной зоне при возвратно-поступательном перемещении перегородки 15 возникают знакопеременные потоки жидко5 сти, направленные вверх при движении пла- стины вниз и направленные вниз при движении пластины вверх. При таком движении происходит захват воздуха и транспорт его в аэрационную зону.

0 Дополнительное дробление газа осуществл ет гибка  пластина 12, установленна  в аэрационной зоне. С ее помощью часть газовых пузырей попадает под пакет конических перфорированных элементов 14. Га5 зовые пузыри, наход щиес  под коническими элементами, всплывают, попада  в зону, образованную отбортовкой, и удал ютс  из зоны аэрации.

Пластины 12 располагаютс  равномер0 но по высоте аппарата. При вибрационном перемешивании нижн   пластина расположена у днища аппарата и служит дл  подь- ема оседающих в циркул ционной зоне клеток. Кажда  вышерасположенна  пла5 стина выполн ет роль транспортирующего элемента, направл   клетки в аэрационную зону, из которой они по пристенной циркул ционной зоне возвращаютс  в нижнюю часть аппарата.

0 Увеличение выхода целевого продукта достигаетс  в результате создани  гидродинамической обстановки, котора  обеспечивает более полное перемешивание, аэрирование и ликвидацию застойных зон в

5 аппарате.

Предлагаемый аппарат позвол ет значительно увеличить выход целевого продуктанапримереполучени  альфа-интерферона. Так, при соблюдении высокой асептики процесса активность альфа-интерферона , полученного при вибрационном перемешивании, превысила в 3 раза активность препарата, полученного в монослое при культивировании спленоцитарных клеток.

Claims (4)

1. Формула изобретени  1. Аппарат дл  выращивани  микроорганизмов или клеток, содержащий цилиндрическую герметичную емкость с технологическими патрубками и размещенное в емкости устройство дл  перемешивани  среды, включающее вертикальный шток с приводом, установленный по оси емкости с возможностью возвратно-поступательно- го перемещени  в вертикальной плоскости и размещенные на нем по всей высоте емкости пластины, отличающийс  тем, что, с целью повышени  выхода целевого продукта за счет более полного перемеши- вани , аэрировани  и ликвидации застойных зон, в верхней части емкости по всему ее сечению расположены поперечна  перегородка с отверсти ми, укрепленна  на штоке , и размещенные под ней в виде пакета конические перфорированные отражательные элементы, прикрепленные к стенке емкости , при этом одна из пластин, верхн  , расположена между перегородкой и коническими элементами.
2. 2.Аппарат по п.1, отличающийс  тем, что диаметр пластин составл ет не более 0,5 диаметра емкости.
3. 3.Аппарат по п.1,отличающийс  тем, что плёстины выполнены гибкими.
4. 4.Аппарат по п.1, отличающийс  тем, что отверсти  в перегородке выполнены в продольном сечении в виде усеченных конусов и расположены по концентрическим окружност м по всей площади перегородки с чередованием обращени  больших оснований этих конусов вверх-вниз.