RU2021353C1 - Method and device for cultivation of microorganisms - Google Patents
Method and device for cultivation of microorganisms Download PDFInfo
- Publication number
- RU2021353C1 RU2021353C1 SU4955261A RU2021353C1 RU 2021353 C1 RU2021353 C1 RU 2021353C1 SU 4955261 A SU4955261 A SU 4955261A RU 2021353 C1 RU2021353 C1 RU 2021353C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gas
- microorganisms
- gases
- membrane
- medium
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к медицинской, микробиологической и пищевой промышленности, а именно к способам и установкам для культивирования микроорганизмов. The invention relates to the medical, microbiological and food industries, and in particular to methods and plants for the cultivation of microorganisms.
Целью изобретения является повышение степени использования вводимых в среду выращивания микроорганизмов источников газового питания микроорганизмов, снижение материалоемкости установки, повышение биологической безопасности процессов культивирования микроорганизмов. The aim of the invention is to increase the degree of use of microorganism gas sources introduced into the growth medium of microorganisms, reducing the material consumption of the installation, increasing the biological safety of microorganism cultivation processes.
Цель достигается тем, что перенос источников газового питания микроорганизмов осуществляется через одну или несколько поверхностей мембран посредством их диффузии в среду выращивания, при этом скорость переноса источников газового питания регулируется в зависимости от скорости роста выращиваемой культуры микроорганизмов изменением парциального давления каждого из источников газового питания в газовой фазе. The goal is achieved in that the transfer of gas supplies of microorganisms through one or more surfaces of the membranes through their diffusion into the growing medium, while the transfer rate of gas supplies is regulated depending on the growth rate of the grown microorganism culture by changing the partial pressure of each of the gas supplies in the gas phase.
Предлагаемый способ заключается в следующем. The proposed method is as follows.
Культивирование микроорганизмов осуществляют в жидкой водноминеральной среде, циркулирующей между зоной, в которой осуществляют введение газового питания, и зоной, в которой осуществляют потребление введенных газов и рост микроорганизмов. Процесс культивирования микроорганизмов осуществляют как в периодическом, так и в непрерывном режиме при температуре и рН среды выращивания, оптимальных для выращиваемой культуры микроорганизмов. The cultivation of microorganisms is carried out in a liquid water-mineral medium circulating between the zone in which the introduction of gas supply and the zone in which the intake of introduced gases and the growth of microorganisms are carried out. The process of cultivation of microorganisms is carried out both in batch and continuous mode at a temperature and pH of the growing medium, optimal for the cultured microorganism culture.
Газовое питание микроорганизмов подают через поверхности мембран, которые используются для обеспечения массопереноса газообразных веществ из газовой фазы, находящейся с одной стороны поверхности мембран, в среду выращивания микроорганизмов, находящуюся с другой стороны поверхности мембран. В используемых диффузионных мембранах перенос вещества осуществляется посредством молекулярной диффузии. Движущей силой массопереноса является разность массовых концентраций компонентов газового питания с разных сторон мембраны - со стороны газовой фазы и со стороны среды выращивания. Газовое питание поступает в среду выращивания микроорганизмов в растворенном виде и не происходит проникновения в нее газовой фазы в виде пузырьков, т.е. отсутствует газонасыщение среды выращивания микроорганизмов, и не происходит образования пены на поверхности жидкой фазы. Это позволяет рационально использовать объем установки для культивирования микроорганизмов с коэффициентом заполнения 90-95%. Gas supply of microorganisms is supplied through the surface of the membranes, which are used to ensure the mass transfer of gaseous substances from the gas phase located on one side of the membrane surface to the microorganism growth medium located on the other side of the membrane surface. In the used diffusion membranes, the transfer of matter is carried out by molecular diffusion. The driving force of mass transfer is the difference in the mass concentrations of the components of the gas supply from different sides of the membrane - from the gas phase and from the growing medium. The gas feed enters the growth medium of the microorganisms in the dissolved form and the gas phase does not penetrate into it in the form of bubbles, i.e. there is no gas saturation of the growth medium of microorganisms, and there is no formation of foam on the surface of the liquid phase. This allows you to rationally use the volume of the installation for the cultivation of microorganisms with a fill factor of 90-95%.
В качестве диффузионных гидрофобных мембран могут быть использованы тонкие пленки, непроницаемые для газовой фазы, таких полимеров, как полиэтилен, фторопласт и других подобных материалов. As diffusion hydrophobic membranes can be used thin films that are impervious to the gas phase, such polymers as polyethylene, fluorine plastic and other similar materials.
Газы питания через регуляторы давления и расхода подают в мембранные элементы, образованные мембранными поверхностями, по мере потребления их микроорганизмами в соответствии со стехиометрическими коэффициентами, характерными для данного вида микроорганизмов и используемого углеродного и энергетического питания. В среде выращивания поддерживают концентрацию растворенных газов на оптимальном уровне путем изменения парциального давления каждого из компонентов газового питания. Достигается практически полное (более 95%) использование всех компонентов газового питания, перенесенных в среду выращивания в результате того, что скорость подачи этих компонентов в среду выращивания через поверхность мембран определяется скоростью их потребления микроорганизмами. Supply gases are supplied through pressure and flow regulators to the membrane elements formed by membrane surfaces as they are consumed by microorganisms in accordance with stoichiometric coefficients characteristic of this type of microorganism and the carbon and energy supply used. In the growing medium, the concentration of dissolved gases is maintained at an optimal level by changing the partial pressure of each of the components of the gas supply. Almost complete (more than 95%) use of all gas supply components transferred to the growing medium is achieved as a result of the fact that the feed rate of these components into the growing medium through the membrane surface is determined by the rate of their consumption by microorganisms.
Использование мембранных элементов исключает смешение газовой и жидкой фаз, т.е. микроорганизмы в среде выращивания не контактируют с газовой фазой, потребляя газовое питание в растворенном виде, а выходящая в атмосферу неиспользованная часть газовой фазы свободна от микроорганизмов. Таким образом, с одной стороны повышается экологическая безопасность процесса культивирования микроорганизмов, а с другой стороны микроорганизмы из газовой фазы не поступают в среду выращивания, что уменьшает вероятность ее заражения. The use of membrane elements eliminates the mixing of gas and liquid phases, i.e. microorganisms in the growing medium do not come in contact with the gas phase, consuming gas in dissolved form, and the unused part of the gas phase leaving the atmosphere is free of microorganisms. Thus, on the one hand, the environmental safety of the process of cultivation of microorganisms is increased, and on the other hand, microorganisms from the gas phase do not enter the growing medium, which reduces the likelihood of infection.
При использовании в качестве источников газового питания горючих газов при их смешении с воздухом может возникнуть взрывоопасная смесь. В предлагаемом способе горючие газы подают через индивидуальные поверхности мембран без их смешения с воздухом или кислородом в газовой фазе, что исключает возможность образования взрывоопасных газовых смесей. If combustible gases are used as gas power sources when mixed with air, an explosive mixture may occur. In the proposed method, combustible gases are supplied through individual surfaces of the membranes without mixing them with air or oxygen in the gas phase, which eliminates the possibility of the formation of explosive gas mixtures.
Образующиеся в процессе культивирования микроорганизмов газообразные и летучие продукты метаболизма отводят из среды выращивания в газовую фазу через поверхности мембранных элементов путем направленной диффузии, скорость которой устанавливается регулятором расхода газового потока. Gaseous and volatile metabolic products formed during the cultivation of microorganisms are removed from the growth medium into the gas phase through the surfaces of the membrane elements by directional diffusion, the speed of which is set by the gas flow rate regulator.
Отвод тепла, выделяемого в процессе культивирования микроорганизмов, частично осуществляют посредством испарения воды, диффундирующей через поверхность мембранных элементов в газовую фазу. Температуру среды выращивания устанавливают регулированием интенсивности испарения воды путем регулирования расхода и давления газового потока. Общие затраты энергии на процесс культивирования микроорганизмов уменьшаются за счет снижения затрат на подачу охлаждающей воды. The heat generated during the cultivation of microorganisms is partially removed by the evaporation of water diffusing through the surface of the membrane elements into the gas phase. The temperature of the growing medium is set by controlling the intensity of water evaporation by controlling the flow rate and pressure of the gas stream. The total energy consumption for the cultivation of microorganisms is reduced by reducing the cost of supplying cooling water.
Таким образом, предлагаемый способ позволяет повысить степень использования источников газового питания, снизить материалоемкость оборудования, повысить биологическую безопасность процесса, в связи с тем, что перенос источников газового питания в среду выращивания и отвод газообразных и летучих продуктов метаболизма и выделяемого тепла осуществляют через одну или несколько поверхностей мембран посредством диффузии, при этом скорость переноса источников газового питания регулируют в зависимости от скорости роста микроорганизмов изменением парциального давления каждого из источников газового питания в газовой фазе. Thus, the proposed method allows to increase the degree of use of gas power sources, reduce the material consumption of equipment, increase the biological safety of the process, due to the fact that the transfer of gas power sources to the growing medium and the removal of gaseous and volatile metabolic products and generated heat is carried out through one or more membrane surfaces through diffusion, while the transfer rate of gas power sources is regulated depending on the growth rate of microorganisms and Menenius partial pressure of each source gas supply in the gas phase.
Предлагаемый способ культивирования микроорганизмов дает возможность снизить стоимость эксплуатации благодаря снижению энергозатрат на отвод тепла и повысить взрывобезопасность процессов культивирования микроорганизмов в случае использования горючих газов. The proposed method for the cultivation of microorganisms makes it possible to reduce the cost of operation due to the reduction of energy consumption for heat removal and to increase the explosion safety of the processes of cultivation of microorganisms in the case of the use of combustible gases.
Предлагаемый способ культивирования микроорганизмов реализуют на установке. The proposed method for the cultivation of microorganisms is implemented on the installation.
Способ поясняется фиг. 1-3. The method is illustrated in FIG. 1-3.
Установка для выращивания микроорганизмов по предлагаемому способу (фиг. 1) состоит из мембранного блока 1, блока смешения 2, циркуляционного устройства (насоса) 3, соединенных между собой напорным 4 и обратным 5 трубопроводами. Installation for growing microorganisms according to the proposed method (Fig. 1) consists of a
Мембранный блок 1 содержит несколько трубчатых мембранных элементов 6, соединенных с обоих концов одним или несколькими фланцами 7, обеспечивая по крайней мере две зоны, разделенные гидрофобным полимером, образующим поверхность мембранных элементов. Внутренние полости мембранных элементов 6 посредством фланцев 7 соединены в единую гребенку и присоединены с одной стороны посредством трубопровода 4 к циркуляционному устройству (насосу) 3, с другой стороны трубопроводом 5 - к блоку смешения 2. Одна или несколько полостей 8, образуемых наружными поверхностями мембранных элементов 6, фланцев 7, наружных стенок мембранного блока 1 и разделительными стенками 9 и герметичных (непроницаемых для газовой фазы) относительно внутренних полостей мембранных элементов 6 и зон, образованных трубопроводами 4 и 5 и блоком смешения 2, имеет штуцеры 10 для подсоединения трубопроводов для подачи и отвода потоков газовой фазы одного или нескольких газов питания, снабженных регуляторами расхода и давления (на рисунке не показаны). The
При использовании двух или более источников газового питания, например, воздух и природный газ при выращивании метанокисляющих микроорганизмов или воздух, водород и углекислый газ при выращивании водородокисляющих микроорганизмов, их подают каждый в отдельные полости, герметично изолированные друг от друга, например, посредством разделительных стенок 9. When using two or more gas power sources, for example, air and natural gas when growing methane-oxidizing microorganisms or air, hydrogen and carbon dioxide when growing hydrogen-oxidizing microorganisms, they are each supplied to separate cavities, hermetically isolated from each other, for example, by means of
Блок смешения 2 представляет собой емкость, в которой размещены датчики, необходимые для контроля и управления процессом выращивания микроорганизмов, а также теплообменное устройство для стабилизации температуры процесса, снабженное штуцерами для подвода и отвода теплоносителя (не показаны). The
На блоке смешения 2 и трубопроводах 4 и 5 установлены соединения, необходимые для подвода и отвода жидкостных потоков, содержащих вещества, необходимые для процесса, а также суспензии, содержащей выращенные микроорганизмы. On the
На фиг. 2 представлен вариант установки, состоящий из мембранного блока 11, блока смешения 12, циркуляционного устройства 13, соединенных между собой напорным 14 и обратным 15 трубопроводами. Отличия варианта фиг. 2 от схемы, представленной на фиг. 1, заключаются в том, что внутренние полости мембранных элементов 16 с каждой стороны соединены с трубопроводами 19 подвода и отвода источников газового питания, а внешняя поверхность мембранных элементов 16 вместе со стенкой мембранного блока 11 образуют каналы 18 для прохождения водно-минеральной среды, содержащей микроорганизмы. In FIG. 2 shows an installation option consisting of a
На фиг. 3 представлен вариант установки, содержащей несколько последовательно соединенных мембранных блоков 20 с гидрофобными диффузионными мембранными элементами и блоков смешения 21, соединенных трубопроводом подачи 22 с циркуляционным устройством (насосом) 23. С противоположной стороны установки смонтирован соединительный трубопровод 24. На мембранных блоках, блоках смешения и трубопроводах установлены соответствующие приспособления для подвода и отвода газовой и жидкой фазы, подвода и отвода теплоносителя и штуцеры для измерительных устройств. In FIG. 3 shows an embodiment of an installation comprising several series-connected
В одном или нескольких блоках смешения установлены гидрофильные мембранные элементы 25, мембраны которых с одной стороны контактируют с внутренней полостью блока смешения 21, а с другой стороны образуют полость, соединенную с фланцевыми соединениями 26, к которым присоединены трубопроводы с соответствующими измерительными и регулирующими устройствами для подвода растворов питательных веществ и/или отвода растворенных продуктов метаболизма микроорганизмов. In one or more mixing units,
Трубчатый мембранный элемент в одном из вариантов изготавливают из сетки из нержавеющей стали с размером ячеек 0,1-0,2 мм с внутренней спиральной насадкой для повышения каркасной устойчивости мембранного элемента и увеличения тангенциальной скорости потока внутри мембранной трубки. На поверхность сетки наносится гидрофобная пленка, непроницаемая для газовой фазы, например из полиэтилена или фторопласта. Присоединение мембранного элемента к фланцам мембранного блока и герметизация концов мембранного элемента может быть осуществлена отрезками труб, например, из силиконовой резины. In one embodiment, the tubular membrane element is made of stainless steel mesh with a mesh size of 0.1-0.2 mm with an internal spiral nozzle to increase the frame stability of the membrane element and increase the tangential flow rate inside the membrane tube. A hydrophobic film impermeable to the gas phase, for example, of polyethylene or fluoroplastic, is applied to the surface of the mesh. The attachment of the membrane element to the flanges of the membrane block and the sealing of the ends of the membrane element can be carried out by pipe sections, for example, of silicone rubber.
Установка (фиг. 1) работает следующим образом: среда выращивания, содержащая микроорганизмы, циркулирует посредством насоса 3 по трубопроводу 4 через мембранный блок 1, по обратному трубопроводу 5, через блок смешения 2 и далее в насос 3. В полости 8, образованные внешними поверхностями трубчатых мембранных элементов 6, через штуцеры 10 подводят газы питания. Среду выращивания при проходе через внутренние полости мембранных элементов 6 насыщают газами питания, которые диффундируют через поверхности гидрофобных мембран в указанную выше среду и растворяются в ней. Насыщенная растворенными газами питания среда выращивания по трубопроводу 5 поступает в блок смешения 2, где находится ее основная масса. Находящиеся в среде выращивания микроорганизмы потребляют растворенные газы и их количество и масса увеличиваются. Затем среда выращивания с микроорганизмами вновь поступает в насос 3 и циркулирует в замкнутом пространстве установки. При этом в одном варианте среда выращивания поступает в тот же мембранный блок 1, а в другом варианте - в другой, аналогичный первому и смонтированный в установке, параллельной ему. The installation (Fig. 1) works as follows: a growth medium containing microorganisms is circulated by
Скорость движения среды выращивания в трубчатых мембранных элементах 6 и объем блока смешения выбирают исходя из вида выращиваемых микроорганизмов и их потребности в газах питания. The speed of movement of the growth medium in the
При выращивании микроорганизмов, использующих несколько различных газов питания, соединение которых по различным причинам нежелательно, мембранный блок 1 разделяют на соответствующее количество изолированных друг от друга полостей 8, в каждую из которых подают один из газов питания без их предварительного смешения. When growing microorganisms using several different feed gases, the connection of which is undesirable for various reasons, the
Из этих полостей 8 газы диффундируют в среду выращивания. Причем перемешивание среды происходит в трубопроводе 5 и блоке смешения 2. Так, например, при выращивании метанокисляющих микроорганизмов в одну из камер подают воздух, из которого в среду выращивания переносится кислород, а в другую камеру подают метан или природный газ, из которого в среду выращивания переносится метан. В процессах выращивания водородокисляющих микроорганизмов, использующих три источника газового питания, предусматривают по крайней мере три камеры для переноса в среду выращивания отдельно соответственно кислорода, водорода и углекислого газа. Of these
Следует отметить, что перенос балластных компонентов, содержащихся в газах питания, таких как, например, азот практически не происходит, поскольку первичный перенос их до равновесной концентрации между газовой и жидкой фазой приводит к тому, что в процессе работы установки движущая сила переноса через поверхность мембраны равна нулю. It should be noted that the transfer of ballast components contained in feed gases, such as, for example, nitrogen practically does not occur, since their initial transfer to an equilibrium concentration between the gas and liquid phases leads to the fact that during the installation operation the driving force of transfer through the membrane surface equals zero.
Поскольку в процессе выращивания микроорганизмов образуются летучие и газообразные продукты метаболизма, такие как углекислый газ, то их концентрация в среде выращивания приводит к образованию движущей силы переноса из среды выращивания в газовую фазу и, следовательно, к удалению этих компонентов через поверхность мембранных элементов в газовые потоки, содержащие газы питания. Аналогично, в связи с тем, что подаваемые газы питания не насыщены влагой, происходит диффузия воды через поверхность мембранных элементов, ее испарение на внешней поверхности мембранных элементов и, как следствие, отвод части тепла, образующегося в процессе культивирования. Since volatile and gaseous metabolic products, such as carbon dioxide, are formed during the growth of microorganisms, their concentration in the growth medium leads to the formation of a driving force of transfer from the growth medium to the gas phase and, therefore, to the removal of these components through the surface of the membrane elements into gas flows containing feed gases. Similarly, due to the fact that the supplied feed gases are not saturated with moisture, water diffuses through the surface of the membrane elements, it evaporates on the outer surface of the membrane elements and, as a result, the heat is generated during cultivation.
В варианте установки, представленном на фиг. 2, суспензия, содержащая микроорганизмы, циркулирует через полость 18, образованную внешними поверхностями мембpанных элементов, а газы питания через трубопроводы 17 подводят во внутренние полости мембранных элементов 16 и отводят из них. В остальном установка работает аналогично варианту фиг.1. In the embodiment of FIG. 2, the suspension containing microorganisms circulates through the
При использовании двух и более газов питания мембранные элементы 16 соединяют трубопроводами 17 в соответствующее количество групп, в каждую из которых подают один из газов питания по своим трубопроводам, снабженным необходимыми измерительными и регулирующими средствами. Поскольку происходит перемешивание суспензии микроорганизмов в объеме полости 18, растворенные газы, поступающие из всех мембранных элементов распределяются по всему объему полости 18 и окончательно смешиваются в трубопроводе 15 и блоке смешения 12. When using two or more supply gases, the
Изображенная на фиг. 3 установка работает следующим образом. Блоки смешения 21 чередуют с мембранными блоками 20, причем эти чередующиеся блоки образуют замкнутое кольцо с помощью напорного 22 и соединительного 24 трубопроводов. В напорном трубопроводе 22 смонтировано перекачивающее устройство (насос) 23 для среды выращивания. Эта среда последовательно проходит через все блоки смешения 21 и мембранные блоки 20, в которых она обогащается газами питания. При этом каждый мембранный блок 20 может быть использован для диффундирования одного или нескольких газов питания, для чего его соединяют с источниками газового питания с трубопроводами (на фиг. 3 не показаны). Установку оборудуют штуцерами для подвода и отвода потоков жидкой фазы, а также необходимой измерительной и регулирующей аппаратурой. Depicted in FIG. 3 installation works as follows. The mixing blocks 21 alternate with the
При осуществлении процесса культивирования микроорганизмов в описанных установках циркуляцию среды выращивания производят таким образом, что отсутствует разрыв струи циркулирующей жидкости. Это приводит к тому, что затраты энергии на циркуляцию среды выращивания приходятся только на преодоление гидравлических сопротивлений по пути потока, и энергия не тратится на создание напора для преодоления столба жидкости, что приводит к существенному снижению энергетических затрат в процессе культивирования микроорганизмов. During the process of cultivating microorganisms in the described installations, the circulation medium is grown in such a way that there is no rupture of the stream of circulating liquid. This leads to the fact that the energy consumption for the circulation of the growing medium falls only on overcoming hydraulic resistance along the flow path, and energy is not spent on creating pressure to overcome the liquid column, which leads to a significant reduction in energy costs during the cultivation of microorganisms.
Отсутствие газовых пузырей и мягкие режимы перемешивания позволяют использовать способ и установку для выращивания культур клеток тканей. The absence of gas bubbles and soft mixing modes allow you to use the method and installation for growing tissue cell cultures.
Поскольку перенос газов питания в среду выращивания осуществляют через поверхность мембраны, непроницаемой для газовой фазы, то не требуется дополнительных затрат на стерилизацию входных газовых потоков, а также затрат на очистку выходящих газовых потоков. Since the transfer of feed gases to the growing medium is carried out through the surface of the membrane that is impermeable to the gas phase, additional costs for the sterilization of the inlet gas streams, as well as the costs of cleaning the outgoing gas streams, are not required.
Введение растворенных источников питания через гидрофильные мембраны позволяет исключить также стерилизацию жидкостных потоков и обеспечить асептический процесс без специальных мер защиты. The introduction of dissolved power sources through hydrophilic membranes also eliminates the sterilization of liquid flows and ensures an aseptic process without special protection measures.
Таким образом, установка имеет простое техническое решение, позволяющее снизить энергозатраты процесса культивирования микроорганизмов в связи с отсутствием затрат на диспергирование газовой фазы и снижением энергозатрат на циркуляцию среды выращивания. Thus, the installation has a simple technical solution, which allows to reduce the energy consumption of the process of cultivation of microorganisms due to the absence of costs for dispersing the gas phase and the reduction of energy costs for circulating the growing medium.
П р и м е р 1. Для выращивания культуры Saccharomyces cerevisiae использовали установку (фиг. 1) с общим объемом 80 л. Рабочий объем, занимаемый водно-минеральной средой, составлял 70-75 л. Мембранные элементы длиной 0,5 м и диаметром 14 мм образованы сеткой из нержавеющей стали с ячейками 0,1 мм, покрытой полиэтиленовой пленкой толщиной 0,02 мм. Во внутренней полости мембранного элемента по его длине помещена спираль из нержавеющей стали с толщиной провода 1,2 мм, прилегающая к поверхности сетки. Водно-минеральная среда циркулировала по внутренней полости мембранных элементов. PRI me
Выращивание Saccharomyces cerevisiae осуществляли в периодическом режиме с непрерывной подачей концентрированной питательной среды, содержащей сульфат аммония, диаммонийфосфат, хлористый калий и мелассу. Saccharomyces cerevisiae cultivation was carried out in batch mode with a continuous supply of concentrated nutrient medium containing ammonium sulfate, diammonium phosphate, potassium chloride and molasses.
Процесс выращивания осуществляли при 30-32оС, рН среды выращивания 4,6-4,8. Значение рН поддерживали, используя 12%-ный раствор аммиачной воды. Источник кислорода - воздух подавали в количестве 375 л/ч через регуляторы расхода и давления в полости с внешней стороны мембранных элементов. Уровень растворенного кислорода в жидкой фазе определяли датчиком растворенного кислорода. По мере роста микроорганизмов и потребления ими кислорода содержание растворенного кислорода снижалось. Для установления содержания растворенного кислорода на оптимальном уровне изменяли парциальное давление кислорода в полостях, увеличивая расход воздуха до 1875 л/ч. Введенный в среду выращивания кислород в растворенном виде использовали на 98%.The growing process was carried out at 30-32 about C, the pH of the growing medium is 4.6-4.8. The pH value was maintained using a 12% solution of ammonia water. The oxygen source - air was supplied in an amount of 375 l / h through flow and pressure regulators in the cavity from the outside of the membrane elements. The level of dissolved oxygen in the liquid phase was determined by a sensor of dissolved oxygen. With the growth of microorganisms and their consumption of oxygen, the content of dissolved oxygen decreased. To establish the dissolved oxygen content at the optimal level, the partial pressure of oxygen in the cavities was changed, increasing the air flow to 1875 l / h. Dissolved oxygen introduced into the growth medium was used to 98%.
Тепло, выделяемое в процессе культивирования микроорганизмов, частично отводили за счет испарения воды, проходящей через мембранные элементы в воздушный поток. Регулирование температуры процесса осуществляли подачей охлаждающей воды в теплообменник аппарата. The heat generated during the cultivation of microorganisms was partially removed due to the evaporation of water passing through the membrane elements into the air stream. The process temperature was controlled by supplying cooling water to the apparatus heat exchanger.
Образующийся в процессе углекислый газ удаляли из среды выращивания через поверхность мембранных элементов в воздушный поток. Уровень растворенного углекислого газа в процессе культивирования не превышал 10-20 мг/л. Контроль выходящего из аппарата воздушного потока показал отсутствие в нем клеток дрожжей-продуцента. The carbon dioxide formed in the process was removed from the growth medium through the surface of the membrane elements into the air stream. The level of dissolved carbon dioxide during cultivation did not exceed 10-20 mg / L. The control of the air flow leaving the apparatus showed the absence of yeast producer cells in it.
П р и м е р 2. Осуществляли выращивание культуры Methylococcus capsulatus штамм ВСБ-874 в непрерывном режиме на установке (фиг.1) с непрерывной подачей питательной среды, содержащей ортофосфорную кислоту, хлористый калий, борную кислоту, сернокислые соли магния, марганца, цинка, меди, железа, кобальта. PRI me
Процесс выращивания осуществляли при температуре 42оС и рН среды выращивания 5,6-5,8. Значение рН поддерживали 12%-ным раствором аммиачной воды. Общий объем установки 80 л, рабочий объем 75 л. Источник кислорода - воздух и углерода - природный газ подавали в изолированные друг от друга полости с внешней стороны мембранных элементов, что исключало их смешение в газовой фазе. Соотношение площади мембранных элементов, контактирующих с воздухом и природным газом, составляло 5:1, расход воздуха 10 л/ч на 1 л среды выращивания, природного газа - 1 л/л.ч. По мере роста культуры микроорганизмов расходы воздуха и природного газа повышали соответственно до 45 и 7,5 л/л. ч. В непрерывном режиме получена концентрация биомассы 12 г/л при скорости протока 0,25 1/ч.Cultivation process was carried out at a temperature of 42 ° C and pH 5.6-5.8 cultivation medium. The pH value was maintained with a 12% solution of ammonia water. The total installation volume of 80 liters, the working volume of 75 liters. A source of oxygen - air and carbon - natural gas was fed into cavities isolated from each other from the outside of the membrane elements, which excluded their mixing in the gas phase. The ratio of the area of membrane elements in contact with air and natural gas was 5: 1, air consumption 10 l / h per 1 liter of growing medium, natural gas - 1 l / l / h. As the culture of microorganisms grew, air and natural gas consumption increased to 45 and 7.5 l / l, respectively. h. In a continuous mode, a biomass concentration of 12 g / l was obtained at a flow rate of 0.25 1 / h.
Регулирование температуры и отвод газообразных и летучих метаболитов осуществляли аналогично примеру 1. Концентрация углекислого газа в выходящем воздушном потоке достигала 2 об.%, концентрация уксусной кислоты в среде выращивания не превышала 10 мг/л. Анализ выходящего воздуха показал отсутствие в нем клеток культуры-продуцента и метана. Temperature control and the removal of gaseous and volatile metabolites was carried out analogously to example 1. The concentration of carbon dioxide in the exhaust air stream reached 2 vol.%, The concentration of acetic acid in the growing medium did not exceed 10 mg / L. Analysis of the outgoing air showed the absence of producer culture cells and methane in it.
Claims (7)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU4955261 RU2021353C1 (en) | 1991-06-26 | 1991-06-26 | Method and device for cultivation of microorganisms |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU4955261 RU2021353C1 (en) | 1991-06-26 | 1991-06-26 | Method and device for cultivation of microorganisms |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2021353C1 true RU2021353C1 (en) | 1994-10-15 |
Family
ID=21584343
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SU4955261 RU2021353C1 (en) | 1991-06-26 | 1991-06-26 | Method and device for cultivation of microorganisms |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2021353C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2626592C2 (en) * | 2015-12-16 | 2017-07-28 | Общество с ограниченной ответственностью "Центр Промышленной Биотехнологии имени Княгини Е.Р. Дашковой" | Method and device for obtaining haprin |
| RU2764918C2 (en) * | 2020-11-21 | 2022-01-24 | Общество с ограниченной ответственностью "МЕТАНИКА" | Method for producing biomass of aerobic microorganisms |
-
1991
- 1991-06-26 RU SU4955261 patent/RU2021353C1/en active
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 1. Патент Канады N 1212059, кл. C 12M 1/00, 1986. * |
| 2. Авторское свидетельство СССР N 729239, кл. C 12M 1/10, 1980. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2626592C2 (en) * | 2015-12-16 | 2017-07-28 | Общество с ограниченной ответственностью "Центр Промышленной Биотехнологии имени Княгини Е.Р. Дашковой" | Method and device for obtaining haprin |
| 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 |
|---|---|---|
| US4440853A (en) | Microbiological methods using hollow fiber membrane reactor | |
| US4720462A (en) | Culture system for the culture of solid tissue masses and method of using the same | |
| US4868123A (en) | Apparatus for the intensive, controlled production of microorganisms by photosynthesis | |
| US4661455A (en) | Membrane cell culturing device | |
| US5316905A (en) | Culture medium supplying method and culture system | |
| US5330915A (en) | Pressure control system for a bioreactor | |
| US5334497A (en) | Method of feeding a substrate into tubular bioreactor | |
| US11274272B2 (en) | Method for a photochemical process, such as a photocatalytic and/or photosynthetic process | |
| CN108138103A (en) | Bioreactor with the supply of interruptable gas | |
| EP0360837B1 (en) | Cell growth reactor with three compartments formed by hydrophobic and hydrophilic membranes | |
| US5285595A (en) | Hydroponic growing system | |
| US20120238002A1 (en) | Photobioreactors Comprising Membrane Carbonation Modules and Uses Thereof | |
| SU967278A3 (en) | Method and apparatus for contacting gas and liquid | |
| RU2021353C1 (en) | Method and device for cultivation of microorganisms | |
| AU778141B2 (en) | Method for cultivating cells, a membrane module, utilization of a membrane module and reaction system for cultivation of said cells | |
| CN102864068B (en) | Device for fast screening and culturing anaerobic ammonia oxidation microbial communities | |
| RU2762273C2 (en) | Installation for producing biomass of aerobic microorganisms | |
| ES2739457T3 (en) | Bioreactor | |
| RU2596396C1 (en) | Bioreactor with membrane device for gas supply of microorganisms | |
| RU2743581C1 (en) | Fermentation plant for cultivation of methane-oxidizing bacteria methylococcus capsulatus | |
| RU2585666C1 (en) | Device for cultivation of methane-oxidising microorganisms | |
| WO1990002170A1 (en) | Membrane bioreactor | |
| EP0263634A2 (en) | Culture medium supplying method and culture system | |
| RU2644344C1 (en) | Biological reactor for transforming gas-hydrogen hydrocarbons to biologically active compounds | |
| JPS6027379A (en) | Biochemical reactor |