RU45733U1 - INSTALLATION FOR IMPLEMENTATION OF MICROBIOLOGICAL PROCESSES - Google Patents

Abstract

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.The utility model relates to the field of microbiology and biotechnology, and in particular to plants for the cultivation of microorganisms and plant or animal cells and / or the production of various metabolites in a batch mode.

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.An installation containing a base, a platform for placing containers with a liquid or semi-liquid medium containing microorganisms or living cells, and a platform moving system in which containers for carrying out microbiological processes are made of plastic material are used, for example, plastic bags are used as containers.

Мешки, как правило, снабжены горловиной и могут оборудованы компонентами системы газообмена и датчиками системы контроля и регулирования параметров процесса.Bags, as a rule, are equipped with a neck and can be equipped with components of the gas exchange system and sensors of the system for monitoring and controlling process parameters.

Description

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.The utility model relates to the field of microbiology and biotechnology, and in particular to plants for the cultivation of microorganisms and plant or animal cells and / or the production of various metabolites in a batch mode.

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.Currently, for the cultivation of microorganisms, mainly various bioreactors and fermenters are used. Depending on the proposed method of cultivation, they are divided into reactors of continuous and periodic action, depending on the requirements of sterility - into sterile (sealed) and non-sterile; by the method of introducing energy and organizing mixing and aeration - to reactors with the supply of energy to the gas phase (bubble and airlift), to the liquid phase (with ejectors, etc.) and combined (A.Yu. Vinarov and other column-type fermenters for microbiological processes, review ONTITEIMro-bioprom, 1976, pp. 4-12; KP Gaponov, Processes and apparatuses of microbiological production. - M., Light and Food Industry, 1981, pp. 14-32). Among the main requirements for the apparatus is intensive mass and heat transfer, a high degree of homogenization and turbulization of the medium.

Известно значительное количество разработок, посвященных совершенствованию конструкций ферментеров и биореакторов с целью улучшения показателей A significant number of developments are known devoted to improving the design of fermenters and bioreactors in order to improve performance

массообмена (па. РФ №2076148, 1993, Кл. С 12 М 1/02; пат. РФ №1774654, 1994, Кл. С 12 М 1/04 и т.д.).mass transfer (Pa. RF No. 2076148, 1993, Cl. C 12 M 1/02; Pat. RF No. 1774654, 1994, Cl. C 12 M 1/04, etc.).

Основным недостатком таких установок является громоздкость, конструкционная сложность, недостаточная эффективность.The main disadvantage of such installations is cumbersome, structural complexity, lack of efficiency.

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.Known application for cultivation of various kinds of shakers (US catalog "New Brunswick", pp.2130 BP, 1990) containing a base, a platform with mounts for vessels and a device for moving the platform, ensuring its plane-parallel movement. As vessels, glass flasks or large bottles are used, as a rule.

Недостатком указанной установки является недостаточно эффективное перемешивание жидкости, небольшая производительность, в частности из-за относительно небольшой площади поверхности контакта жидкость-воздух.The disadvantage of this installation is not sufficiently effective mixing of the liquid, low productivity, in particular due to the relatively small surface area of the liquid-air contact.

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.Closest to the claimed solution in technical essence is a plant for cultivation (US Pat. RF No. 2031934, 1992, Cl. 12 M 1/02), containing a base, a platform with mounts for vessels and vessels containing a liquid nutrient medium with seeded microorganisms, and a device for moving the platform - a drive with an output shaft and a converter for the rotational movement of the output shaft into the movement of the platform, causing mixing of the liquid medium. As vessels, glass flasks are used, as a rule. The installation provides improved fluid mixing.

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.Its disadvantage is the relatively small productivity and efficiency associated with the use of relatively small containers and a small surface area of constant liquid-air contact, which does not allow to achieve the optimal growth rate of microorganisms and the production of cellular metabolites.

Задачей, решаемой автором, являлось создание установки для микробиологических процессов более простой конструктивно и отличающейся более эффективной системой массообмена.The problem solved by the author was to create a plant for microbiological processes more structurally simpler and characterized by a more efficient mass transfer system.

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.This problem was solved by replacing the used flasks and vessels in the installation with containers of plastic material. As containers made of plastic material, it is optimal to use plastic bags, inside of which a nutrient medium or culture liquid is contained, both on their own and in a mixture with other components, for example, sorbents dispersed in them. Bags, depending on the tasks to be solved, can be used once or repeatedly.

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.Bags, as a rule, contain a neck, equipped with a plug if necessary, and can also be equipped with gas exchange system equipment components connected to the external environment through the neck, as well as sensors for monitoring and controlling process parameters.

Для осуществления анаэробных процессов возможно использование мешков, запаянных после размещения в них соответствующего содержимого.For the implementation of anaerobic processes, it is possible to use bags sealed after placing the corresponding contents in them.

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.Technical differences of the proposed solution from analogues is the use as a container in which the process of a container of plastic material capable of taking the form of the liquid product contained in it under the influence of gravity, for example, a plastic bag equipped with a neck, is carried out.

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.The gas exchange system equipment providing air oxygen supply through the neck, and also process control and regulation sensors located in or near the tank, can additionally come into the installation. Bags, if necessary, can be equipped with a plug, which may contain devices for fixing the tubes of the gas exchange system and / or sensors.

Общий вид установки приведен на фиг.1, где обозначены:A general view of the installation is shown in figure 1, where are indicated:

1. основание, содержащее устройство для перемещения платформы;1. a base containing a device for moving the platform;

2. платформа;2. platform;

3. фиксирующие крепления для емкости (КЕ);3. fixing fastenings for capacity (KE);

4. пластичная емкость (пластиковый мешок);4. plastic container (plastic bag);

5. жидкая или полужидкая среда, содержащая микроорганизмы или живые клетки;5. a liquid or semi-liquid medium containing microorganisms or living cells;

6. горловина:6. neck:

7. заглушка:7. stub:

8. компоненты (трубки, барботажное устройство и т.п.) системы газообмена (КСГ):8. components (tubes, bubbler device, etc.) of the gas exchange system (CSG):

9. контактные датчики системы контроля и регулирования параметров процесса (рН, температуры и т.п.) (СКП).9. Contact sensors of the system for monitoring and controlling process parameters (pH, temperature, etc.) (SKP).

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.Installation works as follows. In a pre-sterilized container 4 through the neck 6, load the liquid nutrient medium 5. If necessary, sensors 9 and tubes are introduced through the neck to ensure gas exchange 8 and the container is closed with a plug 7, which is equipped, if necessary, with devices for installing the KSG 8 and SKP 9 components.

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.The container equipped in this way is placed on the platform 2 and secured with KE 3. In this case, the liquid medium 5 spreads along the bottom of the container 4 with a relatively thin layer, providing a large surface area of the liquid-air contact. Then, if necessary, they include thermostating, a gas exchange system and mixing, as well as an engine drive that provides movement of the platform 2. During the movement of the platform, liquid moves in a thin layer along the bottom and walls of the tank 4, which ensures intensive mass transfer in medium 5. At the same time, the moving liquid forms a regularly rinse-off film on the constantly changing geometry of the plastic walls, which provides optimal conditions for supplying microorganisms with oxygen and nutrients. After completion of the process, the container 4 is opened, the contents are removed, and the plastic bag is disposed of.

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%.The experiments showed that when using the inventive installation in microbiological processes for the production of antibiotics, enzymes, hormones and other drugs using surface cultivation, it is possible to increase the yield of the target product by 3-5%.

Claims (6)

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.1. Installation for the implementation of microbiological processes, containing a base, a platform for placing containers, a container fastening system, containers with a liquid or semi-liquid medium containing microorganisms or living cells, and a platform moving system, characterized in that the containers for microbiological processes are made of plastic material. 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что в качестве емкостей из пластичного материала используют пластиковые мешки.2. Installation according to claim 1, characterized in that plastic bags are used as containers of plastic material. 3. Установка по п.2, отличающаяся тем, что мешки снабжены горловиной.3. Installation according to claim 2, characterized in that the bags are provided with a neck. 4. Установка по п.2, отличающаяся тем, что мешки снабжены заглушкой горловины.4. Installation according to claim 2, characterized in that the bags are equipped with a neck plug. 5. Установка по п.2, отличающаяся тем, что мешки снабжены компонентами оборудования системы газообмена, связанными с внешней средой через горловину.5. Installation according to claim 2, characterized in that the bags are equipped with components of the equipment of the gas exchange system associated with the external environment through the neck. 6. Установка по п.2, отличающаяся тем, что в мешках установлены датчики системы контроля и регулирования параметров процесса.6. Installation according to claim 2, characterized in that the sensors of the monitoring and control system for process parameters are installed in the bags.