[go: up one dir, main page]

RU2484129C1 - Method to produce biomass of aerobic microorganisms - Google Patents

Method to produce biomass of aerobic microorganisms Download PDF

Info

Publication number
RU2484129C1
RU2484129C1 RU2012118115/10A RU2012118115A RU2484129C1 RU 2484129 C1 RU2484129 C1 RU 2484129C1 RU 2012118115/10 A RU2012118115/10 A RU 2012118115/10A RU 2012118115 A RU2012118115 A RU 2012118115A RU 2484129 C1 RU2484129 C1 RU 2484129C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
temperature
inoculator
water
nutrient medium
steam
Prior art date
Application number
RU2012118115/10A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Ольга Сергеевна Корнеева
Александр Анатольевич Шевцов
Ирина Валентиновна Черемушкина
Инна Вячеславовна Мажулина
Дмитрий Александрович Черенков
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Воронежский государственный университет инженерных технологий (ФГБОУ ВПО ВГУИТ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Воронежский государственный университет инженерных технологий (ФГБОУ ВПО ВГУИТ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Воронежский государственный университет инженерных технологий (ФГБОУ ВПО ВГУИТ)
Priority to RU2012118115/10A priority Critical patent/RU2484129C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2484129C1 publication Critical patent/RU2484129C1/en

Links

Landscapes

  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
  • Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)

Abstract

FIELD: biotechnologies.
SUBSTANCE: method includes inspection of an inoculator with process equipment for tightness, sterilisation of the inoculator with steam via an aeration device at the pressure of 0.20 - 0.25 MPa for 30…40 min., its filling with nutrient medium heated by steam to the temperature of 100°C. Then the temperature of the nutrient medium is increased to 121 - 123°C at steam pressure of 0.10 - 0.15 MPa, and the nutrient medium is maintained at these parameters for 15-60 min., afterwards the pressure in the inoculator is reduced down to 0.03…0.05 MPa. The nutrient medium is cooled down to cultivation temperature of 31…32°C with cold water with temperature of 7 - 10°C. After cooling of the nutrient medium, it is seeded with a seeding material with simultaneous mixing and aeration with sterile air. Cultivation of the produced liquid seeding culture is carried out at pH 4.2 - 4.5 and temperature of 31 - 32°C to achieve the phase of exponential growth for 12 - 14 hours. Then it is sent by means of displacement with sterile air from the inoculator into the prepared fermenter in the amount of 3…10% of the nutrient medium amount with its filling by 7/10 of its volume, and the microorganism culture is grown at fermentation temperature of 28 - 40°C for 96 - 120 hours with continuous aeration with sterile air, mechanical mixing and supply of warm water with temperature of 27 - 47°C into a heating jacket of the fermenter. After fermentation the cultural fluid with accumulated biomass is supplied into previously sterilised collectors of finished culture.
EFFECT: increased yield of cultural liquid with accumulated biomass of aerobic microorganisms, reduced specific power inputs and provision of environmental safety at all stages of production.
1 dwg, 2 ex

Description

Изобретение относится к микробиологической промышленности и может быть использовано в процессе аэробной глубинной ферментации при выращивании культур микроорганизмов и продуцентов ферментов.The invention relates to the microbiological industry and can be used in the process of aerobic deep fermentation in the cultivation of cultures of microorganisms and producers of enzymes.

Известны способы производства биомассы аэробных микроорганизмов [Ферментационные аппараты для процессов микробиологического синтеза / А.Ю.Винаров, Л.С.Гордеев, А.А.Кухаренко, В.И.Панфилов // М.: ДеЛи принт, 2005. - 191 с.], включающие подготовку жидкой питательной среды, посевного материала и культивирование микроорганизмов.Known methods for the production of biomass of aerobic microorganisms [Fermentation apparatus for the processes of microbiological synthesis / A.Yu. Vinarov, L.S. Gordeev, A.A. Kuharenko, V.I. Panfilov // M .: DeLi print, 2005. - 191 p. .], including the preparation of a liquid nutrient medium, seed and the cultivation of microorganisms.

Недостатком является то, что известные способы не предусматривают подготовку энергоносителей и их рациональное использование при выращивании культур микроорганизмов и не могут быть эффективно реализованы в условиях децентрализованных систем теплоснабжения, когда тепловая энергия генерируется непосредственно на объекте производства, что характерно для мини-производств и предприятий малой мощности. При этом исключается возможность использования теплоты низкотемпературного потенциала, в частности бросового тепла газотурбинных установок и котельных агрегатов, что не позволяет в полной мере решать задачи энергосбережения.The disadvantage is that the known methods do not provide for the preparation of energy and their rational use in the cultivation of cultures of microorganisms and cannot be effectively implemented in conditions of decentralized heat supply systems, when thermal energy is generated directly at the production facility, which is typical for mini-production and low-power enterprises . At the same time, the possibility of using the heat of a low-temperature potential, in particular the waste heat of gas turbine plants and boiler units, is excluded, which does not allow us to fully solve the problems of energy conservation.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому является способ производства биомассы аэробных микроорганизмов [Пат. РФ №2322488 С2, C12N 1/00, С12М 1/00, Опубл. 20.04.2008. Бюл. №11, ч.III], предусматривающий насыщение культуральной жидкости аэрирующим агентом, в качестве которого используют воздух, с отводом отработанного воздуха и культуральной жидкости с накопленной биомассой.The closest in technical essence and the achieved effect to the proposed is a method for the production of biomass of aerobic microorganisms [Pat. RF №2322488 C2, C12N 1/00, C12M 1/00, Publ. 04/20/2008. Bull. No. 11, part III], which provides for the saturation of the culture fluid with an aerating agent, which is used as air, with exhaust air and the culture fluid with accumulated biomass.

Недостатком является то, что в данном способе отсутствует система подготовки энергоносителей, в частности «теплой» и «холодной» воды в замкнутом термодинамическом цикле с использованием пароэжекторной холодильной машины, работающей в режиме теплового насоса, для стабилизации температурных режимов при приготовлении жидкой посевной культуры в инокуляторе, при непосредственном выращивании культуры микроорганизмов в ферментере и охлаждении готовой культуры в приемных сборниках, что не позволяет рассматривать известный способ как энергетически эффективный, экологически безопасный и обеспечивающий высокий выход культуральной жидкости с накопленной биомассой.The disadvantage is that in this method there is no system for the preparation of energy carriers, in particular “warm” and “cold” water in a closed thermodynamic cycle using a steam ejector chiller operating in the heat pump mode to stabilize the temperature conditions when preparing a liquid seed crop in an inoculator , when directly growing a culture of microorganisms in the fermenter and cooling the finished culture in receiving collections, which does not allow us to consider the known method as an ene energetically efficient, environmentally safe and provides a high yield of the culture broth with biomass accumulation.

Технической задачей изобретения является увеличение выхода культуральной жидкости с накопленной биомассой аэробных микроорганизмов, снижение удельных энергозатрат и обеспечение экологической безопасности на всех стадиях производства.An object of the invention is to increase the yield of culture fluid with the accumulated biomass of aerobic microorganisms, reduce specific energy consumption and ensure environmental safety at all stages of production.

Для решения технической задачи изобретения предложен способ производства биомассы аэробных микроорганизмов, характеризующийся тем, что сначала осуществляют проверку на герметичность инокулятора с охлаждающей рубашкой, с устройствами аэрации и перемешивания, с линиями выхлопа отработанного стерильного воздуха и передавливания жидкого посевного материала в ферментер для аэробной глубинной ферментации, и затем стерилизуют инокулятор паром через устройство аэрации под давлением 0,20…0,25 МПа в течение 30…40 мин и заполняют питательной средой, которую подогревают паром до температуры 100°С, доводят температуру питательной среды до 121…123°С при давлении пара 0,10…0,15 МПа и выдерживают ее при этих параметрах в течение 15…60 мин, после чего снижают давление в инокуляторе до 0,03…0,05 МПа, а в его охлаждающую рубашку подают «холодную» воду с температурой 7…10°С и охлаждают питательную среду до температуры культивирования 31…32°С, после охлаждения питательной среды прекращают подачу стерильного воздуха в инокулятор, закрывают линию выхлопа отработанного стерильного воздуха, производят засев питательной среды посевным материалом и обеспечивают ее однородность посредством устройства перемешивания с аэрацией стерильным воздухом; полученную жидкую посевную культуру культивируют при рН 4,2…4,5 и температуре 31…32°С до достижения фазы экспоненциального роста в течение 12…14 час и затем ее направляют путем передавливания стерильным воздухом из инокулятора в предварительно проверенный на герметичность и стерилизованный ферментер с обогревающей рубашкой, с устройствами аэрации и перемешивания в количестве 3…10% от количества питательной среды, причем заполняют его на 7/10 от его объема и осуществляют выращивание культуры микроорганизма при температуре ферментации 28…40°С в течение 96…120 часов при непрерывной аэрации стерильным воздухом, механическом перемешивании и подаче «теплой» воды с температурой 27…47°С в обогревающую рубашку ферментера; после ферментации культуральную жидкость с накопленной биомассой подают в предварительно стерилизованные сборники готовой культуры, в которых поддерживают ее температуру на уровне 8…10°С посредством системы охлаждения; для подготовки «холодной» и «теплой» воды используют пароэжекторную холодильную машину, работающую в режиме теплового насоса и состоящую из эжектора, испарителя, холодоприемника, конденсатора, терморегулирующего вентиля, сборника отработанной воды, парогенератора с электронагревательными элементами и предохранительным клапаном, насоса подачи воды в парогенератор, насоса рециркуляции хладагента через холодоприемник, работающих по замкнутому термодинамическому циклу; при этом в парогенераторе получают рабочий пар и под давлением 0,05…0,06 МПа подают в сопло эжектора, вовлекая эжектируемые пары хладагента, в качестве которого используют воду, из испарителя и создают в нем пониженное давление 0,0009…0,001 МПа с температурой кипения хладагента 4…7°С; за счет рецируляции хладагента через холодоприемник получают «холодную» воду с температурой 7…10°С путем рекуперативного теплообмена между хладагентом и водой и подают ее в охлаждающую рубашку инокулятора и систему охлаждения сборников готовой культуры; теплоту конденсации, образовавшейся после эжектора смеси паров хладагента и рабочего пара в конденсаторе, используют для получения «теплой» воды, которую посредством рекуперативного теплообмена нагревают до температуры 27…47°С и подают в обогревающую рубашку ферментера; часть образовавшегося после конденсатора водяного конденсата направляют через терморегулирующий вентиль в испаритель для пополнения в нем убыли воды, а избыточную часть выводят из замкнутого цикла пароэжекторной холодильной машины и вместе с отработанной водой после инокулятора, ферментера и сборников готовой культуры подают в сборник отработанной воды, из которого одну часть воды направляют на пополнение убыли воды в парогенераторе, а другую ее часть по двум потокам подают в холодоприемник и конденсатор пароэжекторной холодильной машины с образованием замкнутого цикла.To solve the technical problem of the invention, a method for producing biomass of aerobic microorganisms is proposed, characterized in that they first check for leak-proofness of the inoculator with a cooling jacket, with aeration and mixing devices, with exhaust lines for exhausted sterile air and for transferring liquid seed to the fermenter for aerobic deep fermentation, and then the inoculator is sterilized with steam through an aeration device under a pressure of 0.20 ... 0.25 MPa for 30 ... 40 minutes and is filled with nutrient Doy, which is heated with steam to a temperature of 100 ° C, bring the temperature of the nutrient medium to 121 ... 123 ° C at a steam pressure of 0.10 ... 0.15 MPa and maintain it at these parameters for 15 ... 60 minutes, then reduce the pressure in inoculator up to 0.03 ... 0.05 MPa, and in its cooling jacket serves “cold” water with a temperature of 7 ... 10 ° C and cool the nutrient medium to a cultivation temperature of 31 ... 32 ° C, after cooling the nutrient medium, the supply of sterile air to inoculator, close the exhaust line of exhaust sterile air, produce Acebo growth medium inoculum and ensure its uniformity by agitating the device with aeration with sterile air; the obtained liquid seed culture is cultivated at a pH of 4.2 ... 4.5 and a temperature of 31 ... 32 ° C until the exponential growth phase is reached within 12 ... 14 hours and then it is sent by squeezing sterile air from the inoculator into a pre-tested and sterilized fermenter with a heating jacket, with aeration and mixing devices in an amount of 3 ... 10% of the amount of the nutrient medium, and fill it with 7/10 of its volume and carry out the cultivation of a microorganism culture at a fermentation temperature of 28 ... 40 ° C within 96 ... 120 hours with continuous aeration with sterile air, mechanical stirring and the supply of "warm" water with a temperature of 27 ... 47 ° C in the heating jacket of the fermenter; after fermentation, the culture fluid with the accumulated biomass is fed into pre-sterilized collections of the finished culture, in which its temperature is maintained at 8 ... 10 ° C by means of a cooling system; for the preparation of “cold” and “warm” water, a steam ejector chiller is used, operating in the heat pump mode and consisting of an ejector, an evaporator, a cold receiver, a condenser, a thermostatic valve, a waste water collector, a steam generator with electric heating elements and a safety valve, and a water supply pump a steam generator, a refrigerant recirculation pump through a cold receiver, operating in a closed thermodynamic cycle; at the same time, working steam is obtained in the steam generator and, at a pressure of 0.05 ... 0.06 MPa, is supplied to the ejector nozzle, involving the ejected refrigerant vapor, which is used as water, from the evaporator and create a reduced pressure of 0.0009 ... 0.001 MPa in it with temperature boiling refrigerant 4 ... 7 ° C; due to the recirculation of the refrigerant through the cold receiver, “cold” water with a temperature of 7 ... 10 ° C is obtained by recuperative heat exchange between the refrigerant and the water and serves it in the cooling jacket of the inoculator and the cooling system of the collections of the finished culture; the heat of condensation formed after the ejector of a mixture of refrigerant vapor and working steam in the condenser is used to produce “warm” water, which is heated to a temperature of 27 ... 47 ° C by means of regenerative heat transfer and fed to the heating jacket of the fermenter; part of the water condensate formed after the condenser is sent through a thermostatic valve to the evaporator to replenish water losses in it, and the excess part is taken out of the closed cycle of the steam ejector refrigeration machine and, together with the waste water after the inoculator, fermenter and ready-made culture collectors, is fed into the waste water collector, from which one part of the water is sent to replenish the loss of water in the steam generator, and the other part is fed through two streams to the refrigeration receiver and the steam ejector refrigeration condenser The machines to form a closed loop.

Технический результат изобретения заключается в увеличении выхода культуральной жидкости с накопленной биомассой аэробных микроорганизмов, повышении энергетической эффективности и экологической безопасности производства.The technical result of the invention is to increase the yield of culture fluid with the accumulated biomass of aerobic microorganisms, increase energy efficiency and environmental safety of production.

На фиг.1 представлена схема, реализующая предлагаемый способ.Figure 1 presents a diagram that implements the proposed method.

На схеме показаны ферментер 1 с обогревающей рубашкой 2, устройствами перемешивания 3 и аэрации 4; инокулятор 5 с охлаждающей рубашкой 6, устройствами перемешивания 7 и аэрации 8; сборники готовой культуры 9 с системой охлаждения 10; сборник отработанной воды и конденсата 11; парогенератор 12 с электронагревательными элементами 13 и предохранительным клапаном 14; эжектор 15; конденсатор 16; терморегулирующий вентиль 17; испаритель 18; холодоприемник 19; насосы 20, 21, 22, 23, 24; линии материальных потоков: 0.1 - стерильного воздуха; 0.2 - выхлопа отработанного стерильного воздуха; 1.0 - холодной воды; 1.1 - отработанной воды; 1.2 - рециркуляции хладагента через холодоприемник; 1.3 - воды в холодоприемник; 1.4 - воды в конденсатор; 7.5 - теплой воды в ферментер; 2.0 - рабочего пара; 2.7 - пара в инокулятор и ферментер; 2.2 - эжектируемого пара хладагента; 2.3 - смеси рабочего и эжектируемого паров; 2.4 - конденсата; 2.5 - сброса давления; 3.1 - питательной среды; 3.2 - посевного материала; 3.3 - передавливания жидкой посевной культуры; 3.4 - культуральной жидкости с накопленной биомассой аэробных микроорганизмов.The diagram shows a fermenter 1 with a heating jacket 2, mixing devices 3 and aeration 4; inoculator 5 with a cooling jacket 6, mixing devices 7 and aeration 8; collections of finished culture 9 with a cooling system 10; a collection of waste water and condensate 11; a steam generator 12 with electric heating elements 13 and a safety valve 14; ejector 15; capacitor 16; thermostatic valve 17; evaporator 18; cold receiver 19; pumps 20, 21, 22, 23, 24; material flow lines: 0.1 - sterile air; 0.2 - exhaust exhaust sterile air; 1.0 - cold water; 1.1 - waste water; 1.2 - refrigerant recirculation through a cold receiver; 1.3 - water in the cold receiver; 1.4 - water to the condenser; 7.5 - warm water in the fermenter; 2.0 - working steam; 2.7 - a pair of inoculator and fermenter; 2.2 - ejected refrigerant vapor; 2.3 - a mixture of working and ejected vapor; 2.4 - condensate; 2.5 - pressure relief; 3.1 - nutrient medium; 3.2 - seed; 3.3 - squeezing liquid sowing culture; 3.4 - culture fluid with accumulated biomass of aerobic microorganisms.

Способ осуществляют следующим образом.The method is as follows.

Технологический цикл производства биомассы аэробных микроорганизмов начинают с приготовления жидкой посевной культуры в инокуляторе 5 с охлаждающей рубашкой 6, устройствами перемешивания 7 (двух- или трехъярусной мешалкой) и аэрации 8 (форсунками или барботерами).The technological cycle for the production of biomass of aerobic microorganisms begins with the preparation of a liquid seed culture in the inoculator 5 with a cooling jacket 6, mixing devices 7 (two- or three-tier mixer) and aeration 8 (nozzles or bubblers).

После проверки на герметичность стерильным воздухом, подаваемым по линии 0.1 под давлением 0,07 МПа, и мыльной пеной, нанесенной на места соединения (крышка, фланцы, сальники, вентили и т.д.), инокулятор проверяют на герметичность паром, подаваемым по линии 2.1 через устройство аэрации 8 при закрытой линии выхлопа отработанного стерильного воздуха 0.2. Если обнаружены пропуски воздуха или пара, а также снижение давления в инокуляторе, устраняют обнаруженные дефекты и снова выполняют проверку на герметичность.After checking for leaks with sterile air supplied through line 0.1 at a pressure of 0.07 MPa and soap foam applied to the joints (cover, flanges, seals, valves, etc.), the inoculator is checked for leaks with steam supplied through the line 2.1 through an aeration device 8 with a closed exhaust line exhaust sterile air 0.2. If air or steam leaks are detected, as well as a decrease in pressure in the inoculator, the detected defects are removed and the leak test is performed again.

После проверки на герметичность инокулятор 5 стерилизуют паром, подаваемым по лини 2.1 из парогенератора 12 через устройство аэрации 8 под давлением 0,20…0,25 МПа в течение 30…40 мин, а затем заполняют питательной средой по линии 3.1, которую подогревают паром до температуры 100°С при открытой выхлопной линии 0.2. После этого закрывают линию выхлопа отработанного стерильного воздуха 0.2 и доводят температуру питательной среды до 121…123°С при давлении пара 0,10…0,15 МПа и выдерживают ее в течение 15…60 мин, после чего снижают давление в инокуляторе до 0,03…0,05 МПа, а в его охлаждающую рубашку 6 по линии 1.0 подают «холодную» воду и охлаждают питательную среду до температуры культивирования 28…40°С.After checking for leaks, the inoculator 5 is sterilized with steam supplied through line 2.1 from the steam generator 12 through an aeration device 8 under a pressure of 0.20 ... 0.25 MPa for 30 ... 40 minutes, and then filled with nutrient medium along line 3.1, which is heated with steam to temperature 100 ° С with an open exhaust line 0.2. After that, close the exhaust line of exhaust sterile air 0.2 and bring the temperature of the nutrient medium to 121 ... 123 ° C at a steam pressure of 0.10 ... 0.15 MPa and maintain it for 15 ... 60 minutes, then reduce the pressure in the inoculator to 0, 03 ... 0.05 MPa, and in his cooling jacket 6 through the line 1.0 serves "cold" water and cool the nutrient medium to a cultivation temperature of 28 ... 40 ° C.

После охлаждения питательной среды производят ее засев посевным материалом через посевной лючок (на схеме не показан) по линии 3.2. Перед засевом прекращают подачу стерильного воздуха в инокулятор по линии 0.1 и одновременно закрывают линию выхлопа отработанного стерильного воздуха 0.2. После засева возобновляют подачу стерильного воздуха, открывают линию выхлопа отработанного стерильного воздуха 0.2 и осуществляют выращивание культуры микроорганизмов.After cooling the nutrient medium, it is inoculated with seed through a seed hatch (not shown in the diagram) along line 3.2. Before inoculation, the sterile air supply to the inoculator is stopped along line 0.1 and at the same time the exhaust sterile air exhaust line 0.2 is closed. After seeding, the supply of sterile air is resumed, the exhaust line of exhaust sterile air 0.2 is opened, and a culture of microorganisms is grown.

Образовавшуюся жидкую посевную культуру в инокуляторе 5 культивируют при рН 4,2…4,5 и температуре 31…32°С до достижения фазы экспоненциального роста в течение 12…14 час, обеспечивая ее однородность посредством перемешивающего устройства 7.The resulting liquid seed culture in the inoculator 5 is cultivated at a pH of 4.2 ... 4.5 and a temperature of 31 ... 32 ° C until the exponential growth phase is reached within 12 ... 14 hours, ensuring its uniformity by means of a mixing device 7.

По истечении времени культивирования жидкую посевную культуру передавливают стерильным воздухом через линию передавливания 3.3 из инокулятора 5 в предварительно проверенный на герметичность и стерилизованный ферментер 1 в количестве 3…10% от количества питательной среды, которой заполняют 7/10 его объема.After the cultivation time has passed, the liquid seed culture is crushed with sterile air through the crushing line 3.3 from the inoculator 5 to a preliminary tested for tightness and sterilized fermenter 1 in the amount of 3 ... 10% of the amount of nutrient medium, which is filled with 7/10 of its volume.

Проверку на герметичность и стерилизацию ферментера осуществляют аналогично, как и инокулятора.The check for leaks and sterilization of the fermenter is carried out in the same way as the inoculator.

В ферментере 1 осуществляют выращивание культуры микроорганизма с температурой ферментации 28…40°С в течение 96…120 часов при непрерывной аэрации стерильным воздухом через устройство аэрации 3, механическом перемешивании с помощью перемешивающего устройства 4 и подаче «теплой» воды по линии 1.3 в обогревающую рубашку 2.In the fermenter 1, a microorganism culture is grown with a fermentation temperature of 28 ... 40 ° C for 96 ... 120 hours with continuous aeration with sterile air through an aeration device 3, mechanical stirring with a stirring device 4 and the supply of “warm” water through line 1.3 to the heating jacket 2.

Культуральную жидкость с накопленной биомассой аэробных микроорганизмов из ферментера с помощью насоса 22 подают по линии 3.4 в предварительно стерилизованные сборники готовой культуры 9 с системой охлаждения 10, где поддерживают температуру культуры на уровне 8…10°С.The culture fluid with the accumulated biomass of aerobic microorganisms from the fermenter using the pump 22 is fed through line 3.4 to pre-sterilized collections of the finished culture 9 with a cooling system 10, where the culture temperature is maintained at 8 ... 10 ° C.

Для подготовки «холодной» и «теплой» воды используют пароэжекторную холодильную машину, работающую в режиме теплового насоса, состоящую из эжектора 15; испарителя 18; холодоприемника 19; конденсатора 16; терморегулирующего вентиля 17; сборника отработанной воды 11, парогенератора 12 с теплонагревательными элементами 13 и предохранительным клапаном 14; насоса подачи воды в парогенератор 23; насоса рециркуляции хладагента через холодоприемник 20, работающих по замкнутому термодинамическому циклу.For the preparation of "cold" and "warm" water using a steam ejector refrigeration machine operating in the heat pump mode, consisting of an ejector 15; evaporator 18; cold receiver 19; capacitor 16; thermostatic valve 17; a waste water collector 11, a steam generator 12 with heat elements 13 and a safety valve 14; a pump for supplying water to the steam generator 23; refrigerant recirculation pump through a cold receiver 20 operating in a closed thermodynamic cycle.

При этом в парогенераторе 12 посредством электронагревательных элементов 13 получают рабочий пар и под давлением 0,05…0,06 МПа по линии 2.0 подают в сопло эжектора 15, вовлекая по линии 2.2 эжектируемые пары хладагента, в качестве которого используют воду из испарителя 18, и создают в нем пониженное давление 0,0009…0,001 МПа с температурой кипения хладагента 4…7°С. За счет рецируляции хладагента по линии 1.2 через холодоприемник 19 получают «холодную» воду с температурой 7…10°С путем рекуперативного теплообмена между хладагентом и водой, подаваемой по линии 1.3 в холодоприемник 19 из сборника 11 с помощью насоса 24.At the same time, in the steam generator 12, by means of electric heating elements 13, working steam is obtained and, under pressure 0.05 ... 0.06 MPa, is fed through line 2.0 to the ejector nozzle 15, involving ejected refrigerant vapors along line 2.2, using water from the evaporator 18, and create in it a reduced pressure of 0.0009 ... 0.001 MPa with a refrigerant boiling point of 4 ... 7 ° C. Due to the recirculation of the refrigerant along line 1.2, cold water with a temperature of 7 ... 10 ° C is obtained through the cold receiver 19 through recuperative heat transfer between the refrigerant and the water supplied through line 1.3 to the cold receiver 19 from the collector 11 using pump 24.

Полученную «холодную» воду из холодоприемника 19 по линии 1.0 подают в охлаждающую рубашку 6 инокулятора 5 и систему охлаждения 10 сборников готовой культуры 9.The resulting "cold" water from the cold receiver 19 through line 1.0 is fed into the cooling jacket 6 of the inoculator 5 and the cooling system 10 of the collections of the finished culture 9.

Образовавшуюся после эжектора 15 смесь паров хладагента и рабочего пара по линии 2.3 направляют в конденсатор 16. Процесс конденсации сопровождается выделением теплоты, при этом теплоту конденсации в конденсаторе 16 используют для получения «теплой» воды посредством рекуперативного теплообмена между водой, подаваемой из сборника 11 насосом 24 по линии 1.4 в конденсатор 16, и конденсирующими парами смеси в конденсаторе 16. Нагретую до температуры 27…47°С воду подают по линии 7.5 в обогревающую рубашку 2 ферментера 1.The mixture of refrigerant vapor and working steam formed after the ejector 15 is sent to the condenser 16 through line 2.3. The condensation process is accompanied by the release of heat, while the condensation heat in the condenser 16 is used to produce “warm” water through the regenerative heat exchange between the water supplied from the collector 11 by the pump 24 through line 1.4 to the condenser 16, and the condensing vapors of the mixture in the condenser 16. The water heated to a temperature of 27 ... 47 ° C is fed through line 7.5 to the heating jacket 2 of the fermenter 1.

Часть образовавшегося после конденсатора 16 водяного конденсата направляют через терморегулирующий вентиль 17 по линии 2.4 в испаритель 18 для пополнения в нем убыли воды, а избыточную часть конденсата выводят из замкнутого цикла пароэжекторной холодильной машины и вместе с отработанной водой после инокулятора 5, ферментера 1 и сборников готовой культуры 9 подают по линиям 1.1 в сборник отработанной воды 11, из которого одну часть воды направляют по линии 7.2 на пополнение убыли воды в парогенераторе 12, а другую ее часть по двум потокам 1.3 и 1.4 с помощью насоса 24 подают в холодоприемник 19 и конденсатор 16 пароэжекторной холодильной машины с образованием замкнутого цикла. При увеличении давления пара в парогенераторе срабатывает предохранительный клапан, осуществляющий сброс давления.A part of the water condensate formed after the condenser 16 is sent through a thermostatic valve 17 via line 2.4 to the evaporator 18 to replenish the water loss in it, and the excess part of the condensate is removed from the closed cycle of the steam ejector refrigeration machine and together with the waste water after inoculator 5, fermenter 1 and ready-made collectors cultures 9 are fed through lines 1.1 to the waste water collector 11, from which one part of the water is sent via line 7.2 to replenish the loss of water in the steam generator 12, and the other part along two streams 1.3 and 1.4 with the pump 24 is fed into the cold receiver 19 and the condenser 16 of the steam ejector refrigeration machine with the formation of a closed cycle. With increasing steam pressure in the steam generator, a safety valve is activated, which relieves pressure.

Примеры реализации способа.Examples of the method.

Способ производства биомассы аэробных микроорганизмов осуществляют в следующей последовательности. Сначала готовят жидкую посевную культуру в инокуляторе в соответствии с производственным циклом (в ч):A method for the production of biomass of aerobic microorganisms is carried out in the following sequence. First, prepare a liquid seed culture in the inoculator in accordance with the production cycle (in h):

мойка и осмотр аппаратаwashing and inspection 1,01,0 проверка на герметичностьleak check 0,50.5 проверка давления и стерилизацияpressure check and sterilization 2,52,5 загрузка питательной средыnutrient loading 0,50.5 стерилизация питательной средыmedium sterilization 1,51,5 охлаждение и засев питательной средыcooling and inoculation of the nutrient medium 2,02.0 выращивание жидкой посевной культурыgrowing liquid crops 12…1412 ... 14 передача инокулята в ферментерfermenter inoculum transfer 0,50.5

Процесс выращивания культур микроорганизмов в ферментере аэробной глубинной ферментации осуществляют с аэрацией стерильным воздухом с помощью барботера и перемешиванием с помощью механической мешалки, который заключался в дозированной подаче потоков питательной среды, инокулята (посевного материала), стерильного воздуха, «теплой» воды в обогревающую рубашку для обеспечения высокой интенсивности массо- и энергообмена микробных клеток инокулята с питательной средой за счет стабилизации параметров процесса на уровне, требуемом для оптимального развития продуцента и образования целевого продукта. Из ферментера отводят отработанный воздух, отработанную воду и культуральную жидкость с накопленной биомассой.The process of growing microorganism cultures in an aerobic deep fermentation fermenter is carried out with aeration with sterile air using a bubbler and stirring using a mechanical stirrer, which consisted of a metered supply of flows of nutrient medium, inoculum (seed), sterile air, “warm” water into the heating jacket for ensuring high intensity mass and energy exchange of microbial cells of the inoculum with the nutrient medium due to stabilization of process parameters at the level required for optimality of the producer and the target product. The exhaust air, waste water and culture fluid with accumulated biomass are removed from the fermenter.

Производственный цикл ферментера составлял (в ч):The production cycle of the fermenter was (in h):

мойка и осмотр аппаратаwashing and inspection 1,01,0 проверка на герметичностьleak check 0,50.5 проверка давления и стерилизацияpressure check and sterilization 1,51,5 заполнение питательной средойmedium filling 4,04.0 культивирование в ферментереfermenter cultivation 96…12096 ... 120 передача культуральной жидкостиculture fluid transfer в расходные емкостиin consumables 0,50.5

Процесс ферментации осуществляют в вертикальном ферментере фирмы «Sartorius Stedim Biotech» серии BIOSTATc рабочим объемом 100 л, предназначенным для выращивания микроорганизмов или культур клеток. Контроль над параметрами процесса обеспечивается микропроцессорной системой управления DCU (Digital Control Unit). Для стабилизации температурных режимов при приготовлении жидкой посевной культуры в инокуляторе, непосредственном выращивании культуры микроорганизмов в ферментере и охлаждении готовой культуры в приемных сборниках осуществляют подготовку «теплой» и «холодной» воды с использованием пароэжекторной холодильной машины, работающей в режиме теплового насоса, с технической характеристикой:The fermentation process is carried out in a vertical fermenter company "Sartorius Stedim Biotech" series BIOSTATc with a working volume of 100 l, intended for growing microorganisms or cell cultures. Control over the process parameters is provided by the DCU (Digital Control Unit) microprocessor control system. To stabilize the temperature regimes when preparing a liquid seed culture in an inoculator, directly growing a culture of microorganisms in a fermenter and cooling the finished culture in receiving tanks, the preparation of “warm” and “cold” water is carried out using a steam ejector chiller operating in the heat pump mode with a technical characteristic :

холодопроизводительность, кВтcooling capacity, kW 20twenty температура кипения:boiling temperature: в испарителе, °Сin the evaporator, ° С 4four в парогенераторе, °Сin a steam generator, ° С 154154 температура конденсации, °Сcondensation temperature, ° С 127127 температура воды на входе в конденсатор, °Сwater temperature at the inlet to the condenser, ° С 15fifteen коэффициент эжекцииejection coefficient 4four площадь теплообменной поверхностиheat exchange surface area холодоприемника, м2 cold receiver, m 2 88 коэффициент теплопередачи холодоприемника, Вт/м2·°Сheat transfer coefficient of the cold receiver, W / m 2 · ° С 9292 площадь теплообменной поверхности конденсатора, м2 condenser heat exchange surface area, m 2 66 коэффициент теплопередачи конденсатора, Вт/м2·°Сheat transfer coefficient of the condenser, W / m 2 · ° C 4949 хладагентrefrigerant водаwater

Конструкция пароэжекторной холодильной машины не содержит движущихся быстроизнашивающихся элементов, благодаря чему обеспечивается безотказная работа машины длительными циклами без непосредственного обслуживания, при этом минимизированы объемы текущего ремонта, стоимость и потребность в запасных частях и вспомогательных материалах.The design of the steam ejector chiller does not contain moving wear elements, which ensures trouble-free operation of the machine in long cycles without direct maintenance, while minimizing the volume of current repairs, the cost and need for spare parts and auxiliary materials.

Пример №1Example No. 1

В качестве объекта производства использован ферментный препарат инулиназы, полученный глубинным способом с использованием продуцента микромицета Aspergillus awamori 2250.The enzyme preparation of inulinase obtained by the in-depth method using the micromycete producer Aspergillus awamori 2250 was used as an object of production.

Инокулятор с охлаждающей рубашкой, с устройствами аэрации и перемешивания, с линиями выхлопа отработанного стерильного воздуха и передавливания жидкого посевного материала в ферментер для аэробного глубинного культивирования проверяют на герметичность, затем стерилизуют инокулятор паром под давлением 0,25 МПа в течение 40 мин. Заполняют питательной средой, которую подогревают паром до температуры 100°С, доводят температуру питательной среды до 123°С при давлении пара 0,15 МПа и выдерживают ее при этих параметрах в течение 40 мин, после чего снижают давление в инокуляторе до 0,05 МПа и охлаждают питательную среду до температуры культивирования 31±0,5°С и производят засев питательной среды посевным материалом. Жидкую посевную культуру культивируют при рН 4,2 и температуре 31±0,5°С до достижения фазы экспоненциального роста в течение 12 часов. Затем ее направляют из инокулятора в предварительно проверенный на герметичность и стерилизованный ферментер в количестве 4% от количества питательной среды, причем заполняют его на 7/10 от его объема и осуществляют выращивание культуры микроорганизма при температуре ферментации 31±0,5°С в течение 96 часов при непрерывной аэрации стерильным воздухом, механическом перемешивании. После ферментации культуральную жидкость с накопленной биомассой подают в предварительно стерилизованные сборники готовой культуры, в которых поддерживают ее температуру на уровне 8°С.An inoculator with a cooling jacket, with aeration and mixing devices, with exhaust lines for exhausted sterile air and squeezing liquid seed into an aerobic deep cultivation fermenter is checked for leaks, then the inoculator is steam sterilized under a pressure of 0.25 MPa for 40 minutes. Fill with a nutrient medium, which is heated with steam to a temperature of 100 ° C, bring the temperature of the nutrient medium to 123 ° C at a vapor pressure of 0.15 MPa and maintain it at these parameters for 40 minutes, then reduce the pressure in the inoculator to 0.05 MPa and cool the nutrient medium to a cultivation temperature of 31 ± 0.5 ° C and sow the nutrient medium with seed. A liquid seed culture is cultivated at pH 4.2 and a temperature of 31 ± 0.5 ° C until the exponential growth phase is reached within 12 hours. Then it is sent from the inoculator to a pre-tested for tightness and sterilized fermenter in the amount of 4% of the amount of nutrient medium, and it is filled at 7/10 of its volume and the microorganism culture is grown at a fermentation temperature of 31 ± 0.5 ° C for 96 hours with continuous aeration with sterile air, mechanical stirring. After fermentation, the culture fluid with accumulated biomass is fed into pre-sterilized collections of the finished culture, in which its temperature is maintained at 8 ° C.

Максимальный выход целевого продукта по активности достигался при следующем режиме культивирования:The maximum yield of the target product in activity was achieved in the following cultivation mode:

состав питательной среды, %:the composition of the nutrient medium,%:

концентрация мелассыmolasses concentration 5,05,0 концентрация (NH4)2HPO4 concentration (NH 4 ) 2 HPO 4 1,01,0 концентрация MGSO4·7H2Othe concentration of MGSO 4 · 7H 2 O 0,050.05 концентрация KH2PO4 KH 2 PO 4 concentration 0,10.1 давление стерильного воздуха при подачеsterile air pressure в ферментер, МПаin the fermenter, MPa 0,030,03 частота вращения мешалки, с-1 agitator rotation frequency, s -1 3,53,5 рН жидкой фазыpH of the liquid phase 4,24.2 температура культивирования, °Сcultivation temperature, ° C 31±0,531 ± 0.5 содержание сухих веществ в культуральной жидкости, %.solids content in the culture fluid,%. 7,0±0,57.0 ± 0.5 активность инулиназы, ед/см3 inulinase activity, units / cm 3 25±325 ± 3 активность β-фруктофуранозидазы, ед/см3 β-fructofuranosidase activity, units / cm 3 100±5100 ± 5 удельная активность, ед/г белкаspecific activity, u / g protein 12001200 продолжительность ферментации, чfermentation time, h 9696

Пример №2Example No. 2

Способ осуществляли аналогично примеру 1, но аэробное глубинное культивирование проводили микромицета Trichoderma harzianum F114 продуцента фермента β-маннаназы, который гидролизует маннаны растительного углеводсодержащего сырья до маннозы.The method was carried out analogously to example 1, but the aerobic deep cultivation was carried out by the micromycete Trichoderma harzianum F114 producer of the enzyme β-mannanase, which hydrolyzes mannans of vegetable carbohydrate-containing raw materials to mannose.

Инокулятор с охлаждающей рубашкой, с устройствами аэрации и перемешивания, с линиями выхлопа отработанного стерильного воздуха и передавливания жидкого посевного материала в ферментер для аэробного глубинного культивирования проверяют на герметичность, затем стерилизуют инокулятор паром под давлением 0,20 МПа в течение 30 мин. Заполняют питательной средой, которую подогревают паром до температуры 100°С, доводят температуру питательной среды до 121°С при давлении пара 0,10 МПа и выдерживают ее при этих параметрах в течение 40 мин, после чего снижают давление в инокуляторе до 0,03 МПа и охлаждают питательную среду до температуры культивирования 35±0,5°С и производят засев питательной среды посевным материалом. Жидкую посевную культуру культивируют при рН 4,5 и температуре 35±0,5°С до достижения фазы экспоненциального роста в течение 14 часов. Затем ее направляют из инокулятора в предварительно проверенный на герметичность и стерилизованный ферментер в количестве 2% от количества питательной среды, причем заполняют его на 7/10 от его объема и осуществляют выращивание культуры микроорганизма при температуре ферментации 35±0,5°С в течение 72 часов при непрерывной аэрации стерильным воздухом, механическом перемешивании. После ферментации культуральную жидкость с накопленной биомассой подают в предварительно стерилизованные сборники готовой культуры, в которых поддерживают ее температуру на уровне 10°С.An inoculator with a cooling jacket, with aeration and mixing devices, with exhaust lines for exhausted sterile air and squeezing the liquid seed into an aerobic deep cultivation fermenter is checked for leaks, then the inoculator is steam sterilized under a pressure of 0.20 MPa for 30 minutes. Fill with a nutrient medium, which is heated with steam to a temperature of 100 ° C, bring the temperature of the nutrient medium to 121 ° C at a steam pressure of 0.10 MPa and maintain it at these parameters for 40 minutes, then reduce the pressure in the inoculator to 0.03 MPa and cool the nutrient medium to a cultivation temperature of 35 ± 0.5 ° C and sow the nutrient medium with seed. A liquid seed culture is cultivated at pH 4.5 and a temperature of 35 ± 0.5 ° C until the exponential growth phase is reached for 14 hours. Then it is sent from the inoculator to a preliminary tested for tightness and sterilized fermenter in the amount of 2% of the amount of nutrient medium, and it is filled at 7/10 of its volume and the microorganism culture is grown at a fermentation temperature of 35 ± 0.5 ° C for 72 hours with continuous aeration with sterile air, mechanical stirring. After fermentation, the culture fluid with accumulated biomass is fed into pre-sterilized collections of the finished culture, in which its temperature is maintained at 10 ° C.

Максимальный выход целевого продукта по активности достигался при следующем режиме культивирования:The maximum yield of the target product in activity was achieved in the following cultivation mode:

состав питательной среды, %:the composition of the nutrient medium,%:

глюкозаglucose 40,040,0 MgSO4 MgSO 4 0,50.5 NaNO3 NaNO 3 4,04.0 KH2PO4 KH 2 PO 4 1,01,0 KClKcl 0,050.05 FeSO4 FeSO 4 0,10.1 давление стерильного воздухаsterile air pressure при подаче в ферментер, МПаwhen feeding to the fermenter, MPa 0,040.04 частота вращения мешалки, с-1 agitator rotation frequency, s -1 3,63.6 рН жидкой фазыpH of the liquid phase 4,54,5 температура культивирования, °Сcultivation temperature, ° C 35±0,535 ± 0.5 содержание сухих веществ вsolids content in культуральной жидкости, %culture fluid,% 7,0±0,57.0 ± 0.5 активность β-маннаназы, ед/см3 β-mannanase activity, units / cm 3 2400±52400 ± 5 удельная активность, ед/г белкаspecific activity, u / g protein 1180011800 продолжительность ферментации, чfermentation time, h 7272

Рациональное использование тепловой и электрической энергии в системе холодо- и теплоснабжения с применением пароэжекторной холодильной машины, работающей в режиме теплового насоса, рассматривалось с точки зрения увеличения выхода культуральной жидкости с накопленной биомассой аэробных микроорганизмов и снижения себестоимости получаемого целевого продукта.The rational use of heat and electric energy in a cold and heat supply system using a steam ejector chiller operating in the heat pump mode was considered in terms of increasing the yield of culture fluid with accumulated biomass of aerobic microorganisms and reducing the cost of the resulting target product.

Стабилизация температурных режимов процессов подготовки жидкой посевной культуры и аэробной глубинной ферментации посредством уменьшения разброса температур энергоносителей, в качестве которых использовалась «теплая» и «холодная» вода в замкнутом термодинамическом цикле с применением пароэжекторной холодильной машины, позволяет увеличить выход культуральной жидкости с накопленной биомассой аэробных микроорганизмов.Stabilization of the temperature regimes of the processes of preparing liquid seed crops and deep aerobic fermentation by reducing the temperature dispersion of energy carriers, which were used as “warm” and “cold” water in a closed thermodynamic cycle using a steam ejector refrigeration machine, allows to increase the yield of culture fluid with accumulated biomass of aerobic microorganisms .

Основным принципиальным решением по снижению энергозатрат в предлагаемом способе производства биомассы аэробных микроорганизмов является оптимальный выбор перепадов температур в испарителе и конденсаторе пароэжекторной холодильной машины при получении «холодной» и «теплой» воды. Отклонение от этих значений неизбежно приведет к увеличению потребляемой энергии: понижение температуры кипения хладагента в испарителе на 1°С приведет к необходимости увеличения расхода рабочего пара в эжектор, а следовательно, к перерасходу энергии на 5…7%, а повышение температуры конденсации на 1°С приведет к увеличению расхода энергии на 2,0…2,5% [Тепловые и конструктивные расчеты холодильных машин / Е.М.Бамбушек, Н.Н.Бухарин, Е.Д.Герасимов и др.; Под общ. ред. И.А.Сакуна. - Л.: Машиностроение. Ленинградское отделение, 1987. - 423 с.].The main solution to reduce energy consumption in the proposed method for the production of biomass of aerobic microorganisms is the optimal choice of temperature differences in the evaporator and condenser of the steam ejector refrigeration machine when receiving “cold” and “warm” water. Deviation from these values will inevitably lead to an increase in energy consumption: a decrease in the boiling point of the refrigerant in the evaporator by 1 ° C will lead to the need to increase the consumption of working steam in the ejector, and consequently, to an energy expenditure of 5 ... 7%, and an increase in the condensation temperature by 1 ° C will lead to an increase in energy consumption by 2.0 ... 2.5% [Thermal and structural calculations of refrigeration machines / E.M. Bambushek, N.N. Bukharin, E.D. Gerasimov and others; Under the total. ed. I.A. Sakuna. - L .: Mechanical engineering. Leningrad branch, 1987. - 423 p.].

Предлагаемый способ производства биомассы аэробных микроорганизмов с применением пароэжекторной холодильной машины расширяет границы энергоэффективного сопряжения объектов различных температурных потенциалов на основе утилизации и рекуперации вторичных энергоресурсов. При этом в полной мере реализован универсальный подход в создании конкурентоспособной технологии, обеспечивающей выработку тепла и холода для совместно протекающих процессов подготовки жидкой посевной культуры в инокуляторе, непосредственном выращивании культуры микроорганизмов в ферментере и охлаждении готовой культуры в приемных сборниках.The proposed method for the production of biomass of aerobic microorganisms using a steam ejector chiller extends the boundaries of energy-efficient pairing of objects of different temperature potentials based on the utilization and recovery of secondary energy resources. At the same time, a universal approach has been fully implemented in creating a competitive technology that provides heat and cold production for co-occurring processes for preparing a liquid seed culture in an inoculator, directly growing a microorganism culture in a fermenter, and cooling the finished culture in receiving collections.

Таким образом, предлагаемый способ производства биомассы аэробных микроорганизмов позволяет:Thus, the proposed method for the production of biomass of aerobic microorganisms allows:

- увеличить выход культуральной жидкости с накопленной биомассой аэробных микроорганизмов;- increase the yield of culture fluid with accumulated biomass of aerobic microorganisms;

- обеспечить экологическую безопасность на всех стадиях производства культуральной жидкости с накопленной биомассой аэробных микроорганизмов;- ensure environmental safety at all stages of the production of culture fluid with the accumulated biomass of aerobic microorganisms;

- позволяет снизить удельные энергозатраты на 5…7% путем рационального включения инокулятора, ферментера и сборников готовой культуры в тепловую схему производства с использованием пароэжекторной холодильной машины, работающей в режиме теплового насоса;- allows to reduce specific energy consumption by 5 ... 7% by rationally incorporating the inoculator, fermenter and collections of the finished culture into the heat production scheme using a steam ejector refrigeration machine operating in the heat pump mode;

- обеспечить повышение энергетической эффективности процессов ферментации за счет использования теплоты конденсации хладагента в конденсаторе холодильной машины при нагревании воды с последующей ее подачей в греющую рубашку ферментера и потенциала хладагента в холодоприемнике при охлаждении воды с последующей подачей в охлаждающую рубашку инокулятора и систему охлаждения приемных сборников готовой культуры;- to provide increased energy efficiency of fermentation processes through the use of heat of condensation of the refrigerant in the condenser of the chiller when water is heated, followed by its supply to the heating jacket of the fermenter and the potential of the refrigerant in the cold receiver during cooling of the water, followed by the supply of the inoculator to the cooling jacket and the cooling system of the collection tanks of the finished culture ;

- создать реальные условия утилизации пара низкого давления;- create real conditions for the disposal of low pressure steam;

- в качестве энергоносителя используется водяной пар с давлением 0,05…0,06 МПа, благодаря чему достигается экономия электроэнергии, которая расходуется только на работу органов управления, насосов хладагента и воды, теплонагревательных элементов парогенератора.- water vapor with a pressure of 0.05 ... 0.06 MPa is used as an energy carrier, due to which energy savings are achieved, which is spent only on the operation of control elements, refrigerant and water pumps, heat-generating elements of the steam generator.

Claims (1)

Способ производства биомассы аэробных микроорганизмов, характеризующийся тем, что сначала осуществляют проверку на герметичность инокулятора с охлаждающей рубашкой, с устройствами аэрации и перемешивания, с линиями выхлопа отработанного стерильного воздуха и передавливания жидкого посевного материала в ферментер для аэробной глубинной ферментации, и затем стерилизуют инокулятор паром через устройство аэрации под давлением 0,20 - 0,25 МПа в течение 30-40 мин и заполняют питательной средой, которую подогревают паром до температуры 100°С, доводят температуру питательной среды до 121-123°С при давлении пара 0,10-0,15 МПа и выдерживают ее при этих параметрах в течение 15-60 мин, после чего снижают давление в инокуляторе до 0,03-0,05 МПа, а в его охлаждающую рубашку подают холодную воду с температурой 7-10°С и охлаждают питательную среду до температуры культивирования 31-32°С, после охлаждения питательной среды прекращают подачу стерильного воздуха в инокулятор, закрывают линию выхлопа отработанного стерильного воздуха, производят засев питательной среды посевным материалом и обеспечивают ее однородность посредством устройства перемешивания с аэрацией стерильным воздухом, полученную жидкую посевную культуру культивируют при рН 4,2-4,5 и температуре 31-32°С до достижения фазы экспоненциального роста в течение 12-14 ч и затем ее направляют путем передавливания стерильным воздухом из инокулятора в предварительно проверенный на герметичность и стерилизованный ферментер с обогревающей рубашкой, с устройствами аэрации и перемешивания в количестве 3-10% от количества питательной среды, причем заполняют его на 7/10 от его объема и осуществляют выращивание культуры микроорганизма при температуре ферментации 28-40°С в течение 96-120 ч при непрерывной аэрации стерильным воздухом, механическом перемешивании и подаче теплой воды с температурой 27-47°С в обогревающую рубашку ферментера, после ферментации культуральную жидкость с накопленной биомассой подают в предварительно стерилизованные сборники готовой культуры, в которых поддерживают ее температуру на уровне 8-10°С посредством системы охлаждения, причем для подготовки холодной и теплой воды используют пароэжекторную холодильную машину, работающую в режиме теплового насоса и состоящую из эжектора, испарителя, холодоприемника, конденсатора, терморегулирующего вентиля, сборника отработанной воды, парогенератора с электронагревательными элементами и предохранительным клапаном, насоса подачи воды в парогенератор, насоса рециркуляции хладагента через холодоприемник, работающих по замкнутому термодинамическому циклу, при этом полученный в парогенераторе рабочий пар под давлением 0,05…0,06 МПа подают в сопло эжектора с вовлечением эжектируемых паров хладагента, в качестве которого используют воду из испарителя, и создают в нем пониженное давление 0,0009-0,001 МПа с температурой кипения хладагента 4-7°С, за счет рецируляции хладагента через холодоприемник получают холодную воду с температурой 7-10°С путем рекуперативного теплообмена между хладагентом и водой и подают ее в охлаждающую рубашку инокулятора и систему охлаждения сборников готовой культуры, причем теплоту конденсации, образовавшейся после эжектора смеси паров хладагента и рабочего пара в конденсаторе, используют для получения теплой воды, которую посредством рекуперативного теплообмена нагревают до температуры 27-47°С и подают в обогревающую рубашку ферментера, часть образовавшегося после конденсатора водяного конденсата направляют через терморегулирующий вентиль в испаритель для пополнения в нем убыли воды, а избыточную часть выводят из замкнутого цикла пароэжекторной холодильной машины и вместе с отработанной водой после инокулятора, ферментера и сборников готовой культуры подают в сборник отработанной воды, из которого одну часть воды направляют на пополнение убыли воды в парогенераторе, а другую ее часть по двум потокам подают в холодоприемник и конденсатор пароэжекторной холодильной машины с образованием замкнутого цикла. A method for the production of biomass of aerobic microorganisms, characterized in that they first carry out a leak test of the inoculator with a cooling jacket, with aeration and mixing devices, with exhaust lines for exhausting sterile air and transferring liquid seed to the fermenter for aerobic in-depth fermentation, and then the inoculator is steam sterilized through aeration device under pressure of 0.20 - 0.25 MPa for 30-40 minutes and filled with a nutrient medium, which is heated with steam to a temperature of 100 ° C, dov the temperature of the nutrient medium is up to 121-123 ° C at a vapor pressure of 0.10-0.15 MPa and is maintained at these parameters for 15-60 minutes, after which the pressure in the inoculator is reduced to 0.03-0.05 MPa, and cold water with a temperature of 7-10 ° С is supplied to its cooling jacket and the nutrient medium is cooled to a cultivation temperature of 31-32 ° С, after cooling the nutrient medium, the sterile air supply to the inoculator is stopped, the exhaust sterile air exhaust line is closed, the nutrient medium is inoculated seed and provide it about heterogeneity by means of a device for mixing with aeration with sterile air, the obtained liquid seed culture is cultivated at a pH of 4.2-4.5 and a temperature of 31-32 ° C until the exponential growth phase is reached within 12-14 hours and then it is sent by squeezing with sterile air from inoculator in a pre-tested for tightness and sterilized fermenter with a heating jacket, with aeration and mixing devices in the amount of 3-10% of the amount of nutrient medium, and fill it with 7/10 of its volume and carried out The culture of a microorganism is grown at a fermentation temperature of 28–40 ° C for 96–120 h with continuous aeration with sterile air, mechanical stirring and the supply of warm water with a temperature of 27–47 ° C to the heating jacket of the fermenter; after fermentation, the culture fluid with accumulated biomass is fed in pre-sterilized collections of the finished culture, in which its temperature is maintained at a level of 8-10 ° C by means of a cooling system, and a steam ejection chiller is used to prepare cold and warm water a machine operating in the heat pump mode and consisting of an ejector, an evaporator, a cold receiver, a condenser, a thermostatic valve, a waste water collector, a steam generator with electric heating elements and a safety valve, a water supply pump to the steam generator, a refrigerant recirculation pump through a cold receiver operating in a closed thermodynamic the cycle, while the working steam obtained in the steam generator under pressure of 0.05 ... 0.06 MPa is fed into the ejector nozzle with the involvement of the ejected refrigerant vapor, which is used as water from the evaporator, and a reduced pressure of 0.0009-0.001 MPa is created in it with a refrigerant boiling point of 4-7 ° C, due to the recirculation of the refrigerant through a cold receiver, cold water with a temperature of 7-10 ° C is obtained by regenerative heat exchange between refrigerant and water and feed it into the cooling jacket of the inoculator and the cooling system of the collections of the finished culture, and the heat of condensation formed after the ejector of the mixture of refrigerant vapor and working steam in the condenser is used to produce warm water, which is heated to a temperature of 27-47 ° C by means of recuperative heat transfer and fed to the heating jacket of the fermenter, part of the water condensate formed after the condenser is sent through a thermostatic valve to the evaporator to replenish the water loss in it, and the excess part is removed from the closed cycle of the steam ejector chiller and together with wastewater after the inoculator, fermenter and ready-made culture collectors are fed to the wastewater collector, from which one part of the water is sent for replenishment and water in the steam generator, and its other part in two streams is fed into the refrigeration receiver and condenser of the steam ejector refrigeration machine with the formation of a closed cycle.
RU2012118115/10A 2012-05-03 2012-05-03 Method to produce biomass of aerobic microorganisms RU2484129C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012118115/10A RU2484129C1 (en) 2012-05-03 2012-05-03 Method to produce biomass of aerobic microorganisms

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012118115/10A RU2484129C1 (en) 2012-05-03 2012-05-03 Method to produce biomass of aerobic microorganisms

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2484129C1 true RU2484129C1 (en) 2013-06-10

Family

ID=48785627

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012118115/10A RU2484129C1 (en) 2012-05-03 2012-05-03 Method to produce biomass of aerobic microorganisms

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2484129C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2644193C1 (en) * 2016-12-19 2018-02-08 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный университет инженерных технологий" (ФГБОУ ВО "ВГУИТ") Method for management of aerobic microorganisms biomass production
RU2764918C2 (en) * 2020-11-21 2022-01-24 Общество с ограниченной ответственностью "МЕТАНИКА" Method for producing biomass of aerobic microorganisms

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2105059C1 (en) * 1991-11-21 1998-02-20 Карл Мюллер ГмбХ унд Ко. Biomass production method and apparatus
RU2111246C1 (en) * 1992-06-03 1998-05-20 Дербышев Виктор Викторович Method of aerobic growing microorganisms biomass preparing
RU2322488C2 (en) * 2006-01-26 2008-04-20 Борис Алексеевич Зимин Method for production of aerobic microorganism biomass
WO2010131234A1 (en) * 2009-05-15 2010-11-18 Bioenergia S.R.L. Process for the biologic treatment of organic wastes and plant therefor

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2105059C1 (en) * 1991-11-21 1998-02-20 Карл Мюллер ГмбХ унд Ко. Biomass production method and apparatus
RU2111246C1 (en) * 1992-06-03 1998-05-20 Дербышев Виктор Викторович Method of aerobic growing microorganisms biomass preparing
RU2322488C2 (en) * 2006-01-26 2008-04-20 Борис Алексеевич Зимин Method for production of aerobic microorganism biomass
WO2010131234A1 (en) * 2009-05-15 2010-11-18 Bioenergia S.R.L. Process for the biologic treatment of organic wastes and plant therefor

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2644193C1 (en) * 2016-12-19 2018-02-08 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный университет инженерных технологий" (ФГБОУ ВО "ВГУИТ") Method for management of aerobic microorganisms biomass production
RU2764918C2 (en) * 2020-11-21 2022-01-24 Общество с ограниченной ответственностью "МЕТАНИКА" Method for producing biomass of aerobic microorganisms

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101358209B (en) Technique for preparing biogas by high-temperature anaerobic zymosis method using animal manure as raw material
CN102382766A (en) Tidal bioreactor for animal cell culture
CN102191276B (en) Breathing solid-state fermentation method and fermentation tank
CN102925502A (en) Industry method for producing arachidonic acid grease by using mortierella alpine
CN103710286A (en) Processing method of viable clostridium butyricum preparation and culture medium composition
CN110463505A (en) A kind of Edible Fungi method and device thereof
CN103555628A (en) Oil field on-site production method of oil displacement microbial agent
CN102242075B (en) Semi-continuous fermentation method for bacillus used for microbial fertilizer
CN103555771B (en) Production method and equipment for preparing ethanol through CO fermentation
CN102047813A (en) Sterilization and inoculation process for edible fungus culture material
RU2484129C1 (en) Method to produce biomass of aerobic microorganisms
CN107746864A (en) A kind of microbial method acrylamide new process for fermenting
RU2644193C1 (en) Method for management of aerobic microorganisms biomass production
CN201878571U (en) Dual cultivation tank of liquid spawn of edible mushroom
CN101828481B (en) Method for preparing edible mushroom culture bar
CN111534555A (en) Multi-stage continuous fed-batch dual-phase fermentation process of sophorolipid biosurfactant
CN205590707U (en) Fermentation cylinder cooling back installation
WO2022057376A1 (en) Device and method for continuously extracting heat from composting system
CN105420130A (en) Liquid-solid two-phase fermentation method for saccharomyces cerevisiae used for feed
CN202415569U (en) Tidal animal cell culture bioreactor
CN107986589A (en) A kind of three-stage cattle farm waste aerobic fermentation device and its fermentation process
CN102796658B (en) System for using waste heat of fermentation broth and biogas slurry obtained by anaerobic fermentation biogas production and use method therefor
CN105685479A (en) Preparation method of fermented soybean meal
CN101974500A (en) Production method of high-purity and intermediate-temperate alpha-amylase
CN209660089U (en) A kind of high temperature and high pressure steam flash distillation bactericidal unit of edible fungus cultivation matrix

Legal Events

Date Code Title Description
QB4A Licence on use of patent

Free format text: LICENCE

Effective date: 20150310

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20160504