Спосіб культивування мікробіологічних препаратів у рідкому поживному середовищі

Реферат: Спосіб культивування мікробіологічних препаратів у рідкому поживному середовищі, що включає завантаження рідкого поживного середовища з інокулятом в робочий об'єм тонкостінного ферментера, механічне об'ємне перемішування його усередині тонкостінного ферментера, подачу повітряного потоку з барботера-аератора у цей робочий об'єм поживного середовища і викид відпрацьованого повітря через дихальний фільтр. Об'ємне перемішування рідкого поживного середовища відбувається при інтенсивному примусовому механічному перемішуванні рідкого поживного середовища лише в локальній зоні в нижній частині тонкостінного ферментера із одержанням в цій зоні направленого радіального потоку від вертикальної осі тонкостінного ферментера до його обичайки та одночасно подачею рідкого поживного середовища із зони осьового всмоктування турбіни в донну частину тонкостінного ферментера в напрямі зверху донизу при активній направленій у горизонтальному напрямі динамічної віялоподібної подачі повітряного потоку у цю локальну зону рідкого поживного середовища, а вище за локальну зону організоване вертикальне переміщення рідкого поживного середовища здійснюється в результаті штучного віялоподібного висхідного просторового аероліфтингу. UA 78962 U (54) СПОСІБ КУЛЬТИВУВАННЯ МІКРОБІОЛОГІЧНИХ ПРЕПАРАТІВ У РІДКОМУ ПОЖИВНОМУ СЕРЕДОВИЩІ UA 78962 U UA 78962 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до способів та обладнання, що використовується при культивуванні мікробіологічних препаратів у рідкому поживному середовищу з метою біологічного захисту рослин від шкідників та хвороб. Загальновизнано, що для захисту рослин від шкідників та хвороб найбільш ефективним методом, з точки зору охорони навколишнього середовища, є біологічний метод, який передбачає вживання нового сучасного устаткування [1, 2]. Відомі способи культивування мікробіологічних препаратів у рідкому поживному середовищі, які здійснюються в тонкостінних ферментерах або в ферментерах-реакторах [3, 4, 5]. Згідно зі способом культивування рідкого поживного середовища з інокулятом для напрацювання мікробіологічних препаратів [3, 4] процес напрацювання мікробіологічних препаратів здійснюють шляхом перемішування рідкого поживного середовища за допомогою статичних барботерів-аераторів, непорушно закріплених усередині робочого об'єму, в які, по технологічних трубопроводах, розміщених усередині робочого об'єму, подається повітря, а відпрацьоване повітря виходить з ферментера крізь дихальний фільтр. У способі [5], крім того, для вертикального переміщення рідкого поживного середовища та його перемішування додатково використовується штучне механічне перемішування за допомогою крильчатки, розміщеної на вертикальному валу у горизонтальній площині. При цьому напрями механічного переміщення рідкого поживного середовища і повітря, що виходить з сопел барботерааератора, збігаються і направлені знизу доверху. За найближчий аналог прийнято тонкостінний ферментер та спосіб культивування рідкого поживного середовища для напрацювання мікробіологічних препаратів [5]. Ферментаційний апарат [5] складається з корпуса, в якому у внутрішньому об'ємі встановлені вертикальний вал з крильчаткою, а барботер-аератор непорушно закріплений у нижній зоні днища корпуса з технологічними трубопроводами підведення до нього повітря, а кришка облаштована технологічним дихальним фільтром. Процес культивування мікробіологічних препаратів у рідкому поживному середовищі відбувається при одночасній роботі механічної мішалки і барботера-аератора шляхом підведення до вала мішалки моменту, що обертає, та шляхом подачі повітря до нерухомого барботера-аератора через додаткові трубопроводи підведення повітря, з подальшою подачею повітря від нього в об'єм поживного середовища і виходу відпрацьованого повітря з об'єму ферментера крізь технологічний дихальний фільтр. Недоліком цього пристрою є організоване однонаправлене переміщення рідкого поживного середовища механічною мішалкою і рухом повітря від барботера-аератора у напрями від низу до верху. Використання окремо мішалки і барботера-аератора наводить до ускладнення конструкції ферментера за рахунок того, що усередині його об'єму додатково встановлюються технологічні трубопроводи підведення повітря до барботера-аератора, які перешкоджають процесу перемішування поживного середовища та ускладнюють процес миття внутрішнього корпусу після спорожнення робочого об'єму ферментера від напрацьованого мікробіологічного препарату з рідкого поживного середовища, та необхідністю ретельного чищення окремо кожного сопла барботера-аератора. Недоліком відомого способу культивування мікробіологічних препаратів у рідкому поживному середовищі для напрацювання мікробіологічних препаратів є використання режиму тільки вертикального напряму переміщення рідкого поживного середовища і співпадаючого з ним від низу до верху рух повітря від барботера-аератора. У результаті повітря, яке виходить з сопел барботера-аератора, швидко проходить крізь шар рідкого поживного середовища і без участі у процесі напрацювання мікробіологічних препаратів надходить на вихід до дихального фільтра. Тобто є місце транзитного проходження робочого потоку повітря, що подається у ферментер, яке наводить до перевитрати повітря для напрацювання мікробіологічного препарату і збільшенню енергоспоживання ферментера. Крім того, в результаті лише вертикального напряму об'ємного переміщення рідкого поживного середовища утворюються локальні застійні зони в нижній частині робочого об'єму ферментера, в яких відбувається осадження продуктів метаболізму, що знижує якість процесу культивування мікробіологічних препаратів у рідкому поживному середовищі, аж до повного їх зіпсування. В основу корисної моделі поставлена задача розробки способу культивування мікробіологічних препаратів у рідкому поживному середовищі при спрощенні конструкції, скороченні енерговитрат на процес напрацювання мікробіологічних препаратів у рідкому поживному середовищі в тонкостінному ферментері та підвищення якості мікробіологічних препаратів. Поставлена задача вирішується тим, що після заповнення робочого об'єму тонкостінного ферментера рідким поживним середовищем з інокулятом, об'ємне перемішування рідкого 1 UA 78962 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 поживного середовища відбувається при інтенсивному примусовому механічному перемішуванні рідкого поживного середовища лише в локальній зоні в нижній частині тонкостінного ферментера із одержанням в цій зоні направленого радіального потоку від вертикальної осі тонкостінного ферментера до його обичайки та одночасно подачею рідкого поживного середовища із зони осьового всмоктування турбіни в донну частину тонкостінного ферментера в напрямі зверху вниз при активній направленій у горизонтальному напрямі динамічної віялоподібної подачі повітряного потоку у цю локальну зону рідкого поживного середовища, а вище за локальну зону організоване вертикальне переміщення рідкого поживного середовища здійснюється в результаті штучного віялоподібного висхідного просторового аероліфтингу. При тому, примусове механічне перемішування здебільше локальної зони рідкого поживного середовища наводить до значного скорочення споживання електроенергії приводом мішалки тонкостінного ферментера за рахунок зменшення кількості поживного середовища, що перемішується в цьому об'ємі. Також ретельне мілкодисперсне насичення локального об'єму повітрям доводить як до найглибшого поглинання кисню інокулятом мікробіологічних препаратів з повітря, що подається за час їх культивування у рідкому поживному середовищу для напрацювання мікробіологічних препаратів, так і до зменшення кількості повітря, що подається у тонкостінний ферментер і, відповідно, знижує сумарні енерговитрати у процесі роботи тонкостінного ферментера. Процес культивування рідкого поживного середовища реалізується в тонкостінному ферментері, у якому вертикальний вал мішалки коаксіально із зазором розміщений усередині захисного кожуха прикріпленого до кришки тонкостінного ферментера, причому частково вал в нижній частині виконаний порожнистим, а перемішуючий пристрій виконано у вигляді відкритої зверху чашоподібної турбіни з похилими лопатками на бічній поверхні турбіни та лопатками, розміщеними на горизонтальній поверхні турбіни, яка непорушно приєднана до вала гайкоюколектором з барботажними трубками-соплами і гайка-колектор забезпечена заглушкою. У процесі виробництва мікробіологічних препаратів при культивуванні їх у рідкому поживному середовищі в тонкостінному ферментері, у порівняні з найближчим аналогом, у якому відбувається хаотичне (турбулентне) перемішування всієї маси рідкого поживного середовища з утворенням природних застійних зон і постійним транзитним виходом повітря через дихальний фільтр назовні, в запропонованому нами способу інтенсивне примусове механічне перемішування рідкого поживного середовища відбувається здебільше в локальній зоні, в якій здійснюється ретельне динамічне віялоподібне мілкодисперсне насичення повітрям рідкого поживного середовища, що запобігає транзитному виходу робочого повітря з рідинного об'єму тонкостінного ферментера. Крім того, шляхом формування в об'ємі рідкого поживного середовища вище за локальну зону, інтенсивно насиченого повітрям рідкого поживного середовища зони штучного висхідного просторового аероліфтінга, наводить до значного зниження енерговитрат на процес перемішування рідкого поживного середовища, оскільки примусово перемішується не весь об'єм рідкого поживного середовища, а лише його частина. Динамічне віялоподібне дрібнодисперсне насичення повітрям рідкого поживного середовища у горизонтальній площині додатково знижує кількісну витрату повітря і відповідно енерговитрати на його подачу у тонкостінний ферментер, оскільки більш повно використовується інокулятом кисень з повітря в процесі напрацювання мікробіологічних препаратів. Заміна у запропонованому нами способу культивування мікробіологічних препаратів у рідкому поживному середовищі нерухомого барботера-аератора та додаткових трубопроводів для підведення до його повітря на рухомий дозволяє не тільки спростити конструкцію апарата, але також інтенсифікувати процес культивування мікробіологічних препаратів у рідкому поживному середовищі за рахунок використання нового ефекту просторового віялоподібного насичення повітрям поживного середовища, тобто використання ефективної віялоподібної динамічної подачі повітря з барботажних трубок-сопел, які обертаються, замість зосередженої в одному місці статичної подачі повітря від нерухомого барботера-аератора. Насичення повітрям рідкого поживного середовища у всьому рідинному об'ємі відбувається за рахунок одночасної взаємодії механічного перемішування у локальній зоні і штучному віялоподібному висхідному просторовому аероліфтингу. Таким чином, в результаті одночасного інтенсивного насичення локальної зони рідкого поживного середовища повітрям у горизонтальній площині і штучного віялоподібного висхідного просторового аероліфтинга відбувається додаткове ретельне перемішування і насичення повітрям всього рідинного робочого об'єму. Крім того, загальновизнано, що у процесі виробництва мікробіологічних препаратів необхідний певний час для повного засвоєння кисню інокулятом у рідкому поживному середовищі. Тому здійснюється оптимальна дозована подача 2 UA 78962 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 повітря, яка у процесі культивування мікробіологічних препаратів у рідкому поживному середовищу реалізується за програмною керування подачею його в об'єм ферментера. Оптимальна дозована подача повітря знижує кількість транзитного виходу повітря через дихальний фільтр назовні. Це додатково скорочує не лише витрату повітря, але і енерговитрати на його транспортування і в результаті значно підвищує якість напрацьованих мікробіологічних препаратів в процесі культивування мікробіологічних препаратів у рідкому поживному середовищу. Таким чином, використання одночасного інтенсивного віялоподібного насичення локальної зони рідкого поживного середовища повітрям і формуванням штучного віялоподібного висхідного просторового аероліфтинга для перемішування рідкого поживного середовища з метою ретельного насичення її повітрям дозволяє інтенсифікувати процес культивування мікробіологічних препаратів, а також здійснити регульовану програмовану подачу повітря в об'єм поживного середовища і при програмованій регульованій роботі мішалки у заданому програмному режимі наводить до сумарного скорочення споживання енергії в процесі культивування мікробіологічних препаратів у рідкому поживному середовищі. Викладене вище наводить, що у запропонованому нами способі процесу культивування мікробіологічних препаратів у рідкому поживному середовищі конструкція мішалки одночасно виконує дві функції: перемішуючого пристрою і просторового барботера-аератора. Барботажні трубки-сопла і порожнина каналу в нижній частині вертикального вала легко доступні для профілактичного їх чищення за рахунок як легкознімності барботажних трубоксопел для аерації, так і наявності на гайці-колекторі легкознімної заглушки. Істотні зміни у запропонованому нами способі культивування мікробіологічних препаратів у рідкому поживному середовищі примусової подачі повітря на комплексну примусову віялоподібну подачу повітря здебільше в горизонтальному радіальному напрямі лише у локальний об'єм поживного середовища і зміна напряму транспортування потоку поживного середовища у напрямі зверху вниз та формування штучного віялоподібного висхідного просторового аероліфтинга забезпечує досягнення поставленої задачі корисної моделі. На кресленні зображений тонкостінний ферментер в розрізі. Тонкостінний ферментер має корпус 1 з кришкою 2. На зовнішній поверхні кришки 2 розміщений електропривод 3, до якого приєднаний вертикальний вал 4. Вал 4 коаксіально із зазором розміщений усередині герметичного захисного кожуха 5 і в нижній частині кожуха 5 крізь підшипник 6 виходить назовні у внутрішній об'єм корпусу 1, в якому знаходиться поживне середовище 7. Для спрощення сальникові пристрої вала 4 в кожуху 5 умовно не показані. Внизу до вала 4 кріпиться чашоподібна турбіна 8 за допомогою гайки 9 і гайки-колектора 10. Гайкаколектор 10 забезпечена барботажними трубками-соплами 11. На кришці 2 розміщений дихальний фільтр 12. Зовні тонкостінного ферментера до захисного кожуха 4 приєднані технологічні трубопровід 13, вентиль 14 і штуцер 15. У нижній частині корпусу 1 приєднані технологічні трубопроводи 16, 17, вентилі 18, 19 і штуцери 20 і 21. На бічній поверхні чашоподібної турбіни 8 в похилих щілинних отворах розміщені лопатки 22, а на горизонтальній її площині розміщені додаткові лопатки 23. У нижній частині гайки-колектора 10 розміщена легкознімна заглушка 24. Запропонований апарат працює наступним чином. Перед початком роботи фіксують непорушно легкознімну заглушку 24 на гайці-колекторі 10. Після цього, у внутрішній об'єм корпусу 1 тонкостінного ферментера через штуцер 20, відкритий вентиль 18 і трубопровід 16 відбувається його заповнення рідким поживним середовищем з інокулятом мікробіологічного препарату 7. При цьому вентиль 19 знаходиться в закритому стані. Після закінчення процесу заповнення рідким поживним середовищем з інокулятом мікробіологічного препарату 7 у внутрішній об'єм корпусу 1 вентиль 18 переводиться в зачинений стан. Потім здійснюється безпосередній процес напрацювання мікробіологічного препарату шляхом культивування мікробіологічних препаратів у рідкому поживному середовищі з інокулятом, при інтенсивному механічному перемішуванні рідкого поживного середовища 7 турбіною 8 і барботування повітря у його об'єм через барбатажні трубки-сопла 11. В процесі культивування мікробіологічних препаратів у рідкому поживному середовищі 7 повітря подається в локальну робочу зону рідкого поживного середовища 7 тонкостінного ферментера через штуцер 15, вентиль 14, трубопровід 13, порожнину захисного кожуха 5, порожнисту частину вала 4, гайку-колектор 10 і барботажні трубки-сопла 11. Легкознімна заглушка-пробка 24 запобігає осьовому барботажу повітря з порожнистої частини вала 4. При подачі повітря в ферментер одночасно всередині захисного кожуха 5 здійснюється обертання вала 4, який центрований у підшипнику 6, за допомогою електроприводу 3, 3 UA 78962 U 5 10 15 20 25 30 розміщеного на кришці 2. При цьому від вала 4 передається обертання чашоподібній турбіні 8, яка непорушно закріплена на валу 4 за допомогою двох гайок - гайки 9 та гайки-колектора 10. Наявність похилих лопаток 22 на бічній поверхні чашоподібної турбіни 8 дозволяє забезпечити радіальне переміщення рідкого поживного середовища лише в локальному об'ємі рідкого поживного середовища у напрямі від осі тонкостінного ферментера до внутрішніх бічних поверхонь корпусу 1. Крім того, в процесі обертання чашкоподібної турбіни 8 лопатки 23 забезпечує подачу рідкого поживного середовища із зони осьового всмоктування поживного середовища чашкоподібної турбіни 8 в застійну зону донної частини тонкостінного ферментера з подальшим підсосом його потоку основним потоком штучного віялоподібного висхідного просторового аєроліфтинга. При обертанні гайки-колектора 10 за допомогою барботажних трубок-сопел 11 з їх отворів відбувається віялоподібне просторове насичення повітрям локального об'єму поживного середовища 7. В результаті насичення локального об'єму рідкого поживного середовища повітрям виникає ефект штучного висхідного просторового аероліфтинга і відбувається додаткове ретельне переміщування рідкого поживного середовища і ефективне напрацювання мікробіологічного препарату в умовах штучної аерації повітрям рідкого поживного середовища і вихід відпрацьованого повітря через дихальний фільтр 12, тобто вихід лише відпрацьованих компонентів повітря. Після закінчення процесу культивування мікробіологічних препаратів у рідкому поживному середовищу випуск напрацьованих мікробіологічних препаратів здійснюється через трубопровід 17, вентиль 19 і штуцер 21, шляхом відкриття вентиля 19. Джерела інформації: 1. Комарова М.С., Корунец И.В. Новые препараты в борьбе с болезнями овощных культур в закрытом грунте. Материалы международной научно-практической конференции "Производство и применение биологических средств защиты растений от вредителей и болезней" 12-16 сентября 1994 г., Книга 11, Одесса. - С. 196-197. 2. Косой СМ. Реалізація технічних аспектів мікробіологічного захисту рослин // Механізація та електрифікація сільск. Госп-ва. - Вип.85. - Глеваха. 2007. - С. 219-221. 3. Патент України №52896, кл. A61L 2/06, С12М 1/12 4. Патент України №84196, кл. A61L 2/04, С12М 1/12 5. Старчевський Ю.І., Косой СМ., Бурденко T.I. Малозатратне устаткування для виробництва мікробіологічних засобів захисту рослин. Вісник аграрної науки, - К.: 2009. - №10. - С. 40-43 (найближчий аналог). ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 35 40 45 50 Спосіб культивування мікробіологічних препаратів у рідкому поживному середовищі, переважно в тонкостінних ферментерах, що включає завантаження рідкого поживного середовища з інокулятом в робочий об'єм тонкостінного ферментера, механічне об'ємне перемішування його усередині тонкостінного ферментера, подачу повітряного потоку з барботера-аератора у цей робочий об'єм поживного середовища і викид відпрацьованого повітря через дихальний фільтр, який відрізняється тим, що об'ємне перемішування рідкого поживного середовища відбувається при інтенсивному примусовому механічному перемішуванні рідкого поживного середовища лише в локальній зоні в нижній частині тонкостінного ферментера із одержанням в цій зоні направленого радіального потоку від вертикальної осі тонкостінного ферментера до його обичайки та одночасно подачею рідкого поживного середовища із зони осьового всмоктування турбіни в донну частину тонкостінного ферментера в напрямі зверху донизу при активній направленій у горизонтальному напрямі динамічної віялоподібної подачі повітряного потоку у цю локальну зону рідкого поживного середовища, а вище за локальну зону організоване вертикальне переміщення рідкого поживного середовища здійснюється в результаті штучного віялоподібного висхідного просторового аероліфтингу. 4 UA 78962 U Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5