Лекция № 8. Оборудование для культивирования микроорганизмов на твердых питательных средах.

План лекции:

1) Растильные установки и их классификация.

2) Растильные установки барабанного типа.

3) Барабанный растильный аппарат для выращивания микроорганизмов – продуцентов белка.

4) Непрерывная установка для поверхностного выращивания микроорганизмов.

1) Оборудование для культивирования микроорганизмов на твердых питательных средах (ТПС) в микробиологической промышленности называется растильными установками.

Способ культивирования микроорганизмов на ТПС к сожалению не получил широкого распространения в биотехнологии.

Следует отметить, что для этого способа присущи ряд преимуществ по сравнению со способом культивирования микроорганизмов на жидких питательных средах:

- скорость биосинтеза ферментов в 5 – 8 раз больше;

- полученная культура имеет относительно небольшую влажность порядка 40 – 50%, тогда как при культивации на ЖПС – 80 – 95 %;

- последнее обстоятельство позволяет экономить энергию на последующих стадиях, т.е. при концентрировании (сгущении) и сушке.

Широкому внедрению этого способа мешает отсутствие надежных механизированных растильных установок.

К ТПС относятся отходы пищевой промышленности, в частности:

- солома, хлопковая и подсолнечная шелуха, кукурузная кочерыжка, отходы переработки картофеля и сахарной свеклы, богасса и т.п.

Все это с помощью микробиологического синтеза может быть переработано в кормовой белок.

Эти установки классифицируются на:

1. Камерные растильные установки с горизонтально расположенными перфорированными кюветами (400х800).

2. Механизированные растильные установки с вертикально расположенными перфорированными кюветами.

3. Механизированные растильные установки типа ВИС–42Д.

4. Ленточно-конвейерные растильные установки типа 4Г–КСК.

5. Пластинчатые агрегаты непрерывного действия с применением растильных вибрационных установок.

6. Растильные установки колонного типа с объемным аэрированием.

7. Растильные установки барабанного типа.

Камерными растильными установками комплектовались еще первые ферментные заводы.

Рис. 8.1. Схема колонной растильной установки для выращивания микроорганизмов на ТПС

Конструкции их копировались с камерных или шкафных сушилок.

Основой растильной установки являлась камера прямоугольного типа, в которой на полках размещались горизонтально перфорированные кюветы с ТПС.

Растильная установка такого типа имела много недостатков:

- прежде всего, низкий уровень механизации;

- большая доля ручного труда по загрузке и выгрузке кювет и отсюда высокая трудоемкость операции;

- невысокая (маленькая) производительность;

- и самое главное, контакт рабочего персонала с растущей культурой микроорганизмов.

Растильные установки с вертикально расположенными перфорированными кюветами отличались некоторой степенью механизации, однако также не были лишены некоторых недостатков:

- малая производительность;

- деформация камер;

- затрудненная выгрузка выращенной культуры и др.

Наиболее совершенными и перспективными являются установки колонного и барабанного типов.

2) Одной из растильных установок барабанного типа является установка фирмы «Валерштайн» (США).

Основу установки составляет горизонтальный цилиндрический барабан диаметром 2, 1 м и длиной 5, 2 м.

Барабан 1 снабжен:

- люком 2 для загрузки культуры грибов, а также коллектором 3 для подачи воды;

- системой подачи воздуха на аэрацию, состоящей из вентилятора 14, трубопровод подачи 13 и воздушного диффузора 9 обеспечивающий распределение воздуха по всему периметру барабана;

- системой удаления и очистки воздуха состоящей из трубопровода 7 и циклон 8;

- приводом 10 обеспечивающим медленное вращение барабана, состоящим из двухскоростного электродвигателя, редуктора, зубчатой шестерни и венца 4;

- опорными бандажами 5 и роликовыми опорами 12, воспринимающие все нагрузки;

- неподвижно установленной внутри барабана рамой - рыхлителем 6 для распределения, т.е. ворошения и рыхления ТПС.

Рис. 8.2. Схема растильной установки барабанного типа «Валерштайн» для культивирования микроорганизмов на ТПС.

3) Для барабанного растильного аппарата для выращивания микроорганизмов – продуцентов белка характерны следующие конструктивные свойства:

- Барабан этого растильного аппарата выполнен в виде вращающейся обечайки конусно-цилиндрической формы.

- Конусно-цилиндрический барабан 1 посредством двух полых цапф установлен на раме.

- Барабан снабжен загрузочным люком 5, который обтянут фильтровальной тканью Петрянова.

- Барабан получает вращение от привода (на схеме не показан).

- Через правую цапфу в барабан входит трубопровод 7, который предназначен для поочередной подачи а) пара, б) стерильной воды, в) воздуха и д) посевной культуры.

- Через левую цапфу в барабан входит разветвленная на две ветви труба 11, которая предназначена для вывода: пара, и суспензии выращенной культуры.

- На конце одной из ветвей укреплены металлические штифты 3, предназначенные для сообщения вибрации лопастям 4.

Рис. 8.3. Растильный аппарат с конусно-цилиндрическим барабаном. 1- барабан; 2- ребра охлаждения; 3- штифты для сообщения вибрации лопастям; 4- подпружиненные лопасти; 5- загрузочный люк; 6- полые опорные цапфы барабана; 7- труба для поочередной подачи пара и стерильной воды; 8, 9- водяной и паровой вентили; 10 – пробка для слива промывной воды; 11- разветвленная труба вывода пара и выращенной культуры.

Работает данная установка следующим образом:

- ТПС, например пшеничные отруби, загружают через люк в барабан и приводят его во вращение;

- после этого, через паровой вентиль 9 в барабан вводится пар при давлении 0, 2 – 0, 3 мПа для стерилизации ТПС в течение 60 –70 мин;

- затем ТПС охлаждают за счет теплоотдачи через стенки барабана и ребра охлаждения 2;

- для ускорения охлаждения производят обдув корпуса холодным воздухом с помощью вентилятора, либо орошают барабан снаружи холодной водой;

- после охлаждения ТПС в барабан вводят стерильную воду и суспензию посевной культуры, тем самым, начиная процесс культивирования,

- при этом аэрация растущей культуры производится воздухом, который находится в самом корпусе, что возможно при неполной загрузке барабана из расчета 3 – 5 кг на 1 м³ объема;

- при большей удельной загрузке выращивание можно вести при подаче воздуха извне барабана или на режиме самовентилирования;

- при самовентиляции на люк загрузки навинчивается кольцо, обтянутое тканью Петрянова;

- далее, при вращении барабана подпружиненные лопасти 4 ударяются о штифты 3 и вибрируют, создавая тем самым волновые колебания воздуха;

- в результате происходит подвод свежего воздуха к культуре и отвод газов, выделяющихся в процессе метаболизма микроорганизмов;

- после окончания культивирования в барабан через водяной вентиль 8 вводится стерильная вода из расчета 1: 15 для суспендирования культуры микроорганизмов;

- вывод суспензии из растильного барабана производят по трубе 11 проходящей через левую цапфу путем выдавливания стерильным воздухом или паром;

- после полного окончания цикла выращивания микроорганизмов – продуцентов белка, барабан промывают и стерилизуют паром;

- промывные воды выводятся через пробку 10.