CS272658B1 - Method of biomass and biologically active substances preparation by means of controlled cultivation in stirred-up liquid medium and equipment for carrying out this method - Google Patents

Method of biomass and biologically active substances preparation by means of controlled cultivation in stirred-up liquid medium and equipment for carrying out this method Download PDF

Info

Publication number
CS272658B1
CS272658B1 CS370287A CS370287A CS272658B1 CS 272658 B1 CS272658 B1 CS 272658B1 CS 370287 A CS370287 A CS 370287A CS 370287 A CS370287 A CS 370287A CS 272658 B1 CS272658 B1 CS 272658B1
Authority
CS
Czechoslovakia
Prior art keywords
gas
cultivation
mixture
biomass
biologically active
Prior art date
Application number
CS370287A
Other languages
Czech (cs)
Other versions
CS370287A1 (en
Inventor
Eva Ing Beranova
Zdenek Ing Beran
Milos Mvdr Csc Hornich
Leopold Mvdr Csc Ulmann
Ludvik Vyslouzil
Original Assignee
Eva Ing Beranova
Zdenek Ing Beran
Milos Mvdr Csc Hornich
Leopold Mvdr Csc Ulmann
Ludvik Vyslouzil
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 Eva Ing Beranova, Zdenek Ing Beran, Milos Mvdr Csc Hornich, Leopold Mvdr Csc Ulmann, Ludvik Vyslouzil filed Critical Eva Ing Beranova
Priority to CS370287A priority Critical patent/CS272658B1/en
Publication of CS370287A1 publication Critical patent/CS370287A1/en
Publication of CS272658B1 publication Critical patent/CS272658B1/en

Links

Landscapes

  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)

Abstract

The invention concerns the method and equipment for preparation of biomass and biologically active substance by means of controlled cultivation in a stirred-up liquid medium. Cultivation is controlled by means of a mixture of gasses fed into the stirred-up culture medium. The gas mixture contains a regulated amount of at least one gas, which is identical to a gas or one of the gasses arising through actual cultivation. This requirement is fulfilled with dependence on a respiration apparatus for the cultivated cells, temperature and pH, particularly a mixture of carbon dioxide and hydrogen in a volume ratio of 1 : 20 to 20 : 1. The subject of the invention is also the equipment for cultivation. Its principle is that the gas feed pipe is divided into two branches, whereas each individual branch is connected to the source of a difference gas. Apart from that it can be equipped with a gas flow regulator and meter. The invention can be used for anaerobic and facultative anaerobic cultivation, particularly in veterinary science.<IMAGE>

Description

(54) Způsob příprava biomasya biologicky aktivních látek řízenou kultivací v promíchávaném tekutém prostředí a zařízení k provádění způsobu(54) A method for the preparation of biomass and biologically active substances by controlled culture in a stirred liquid medium and a device for carrying out the method

Řešení se týká způsobu a zařízení pro přípravu biomasy a biologicky aktivních látek řízenou kultivací v promíchávaném tekutém prostředí. Kultivace jé' řízena pomocí směsi plynů, přiváděných do promíchávaného živného prostředí. Plynná směs obsahuje regulovatelné množství alespoň jednoho plynu, který je identický s plynem nebo jedním z plynů,· který vzniká při samotné kultivaci. Tento požadavek splňuje v závislosti na respiračním aparátu kultivovaných buněk, teplotě a pH zejména směs oxidu uhličitého a vodíku v objemovém poměru 1 : 20 až 20 : 1. Předmětem řešení je rovněž zařízení k provádění kultivace, jeho podstata spočívá v tom, že přívodní potrubí plynů je rozděleno zejména /ia dvě větve, přičemž každá jednotlivá větev je připojena ke zdroji různého plynu. Krom toho může být opatřena regulátorem a měřičem průtoku plynů. Řešení je možno využít hlavně pro anaerobní a fakultativně anaerobní kultivace, zejména ve veterinárním lékařství.The invention relates to a method and an apparatus for the preparation of biomass and biologically active substances by controlled culture in a stirred liquid medium. The cultivation is controlled by means of a mixture of gases fed to the stirred medium. The gas mixture comprises a controllable amount of at least one gas which is identical to the gas or one of the gases produced during the cultivation itself. Depending on the respiratory apparatus of the cultured cells, temperature and pH, this requirement is met in particular by a mixture of carbon dioxide and hydrogen in a volume ratio of 1:20 to 20: 1. In particular, two branches are divided, each individual branch being connected to a different gas source. In addition, it can be equipped with a regulator and gas flow meter. The solution can be used mainly for anaerobic and facultative anaerobic cultivations, especially in veterinary medicine.

CS 272658 Bl l·CS 272658 Bl ·

CŠ 272 658 81CS 272 658 81

Vynález se týká způsobu přípravy biontasy a biologicky aktivních látek řízenou kultivací v promíchávaném tekutém prostředí, zvláště za anaerobních a fakultativně anaerobních podmínek, hlavně pro účely veterinárního lékařství a zařízení,k provádění tohoto způsobu.The invention relates to a process for the preparation of biontase and biologically active substances by controlled culture in a stirred liquid medium, in particular under anaerobic and facultative anaerobic conditions, in particular for veterinary medicine and apparatus, for carrying out the process.

Růst a množení buněk se provádí buď na pevném, nebo v tekutém živném prostředí. Metody, využívající pevného živného prostředí jsou používány hlavně v laboratorních podmínkách, například pro účely mikrobiologické diagnostiky.Cell growth and multiplication is performed on either solid or liquid culture media. Methods using solid nutrient media are mainly used in laboratory conditions, for example for microbiological diagnostics.

K získávání většího množství biomasy nebo biologicky aktivních látek, například vakcin, sér, texinů, enzymů, aminokyselin, antibiotik, organických a mastných kyselin, vitaminů a dalších metabolitů buněk, se používá kultivace buněk v tekutém živném prostředí.Cell culture in a liquid culture medium is used to obtain larger amounts of biomass or biologically active substances, such as vaccines, sera, texins, enzymes, amino acids, antibiotics, organic and fatty acids, vitamins and other cell metabolites.

Kultivace v tekutém živném prostředí vyžaduje stejnou koncentrací látek, zúčastňujících se procesu a konstantní teplotu, pokud možno ve všech místech pracovního objemu. Těchto podmínek se dosahuje v ideálně promíchávaném systému.Cultivation in a liquid culture medium requires the same concentration of the substances involved in the process and a constant temperature, preferably at all points in the working volume. These conditions are achieved in an ideally mixed system.

K provádění kultivace v tekutém živném prostředí se používá nádob s intensivně promíchávaným obsahem - fermentorů.Containers with intensively mixed contents - fermenters - are used for cultivation in liquid culture media.

Pro všechny druhy kultivací buněk v tekutém živném prostředí, tj. aerobní, fakultativně anaerobní i anaerobní, se může použít stejných systémů fermentorů, přičemž při aerobní kultivaci se do obsahu přivádí kyslík, popřípadě vzduch. Při fakultativně anaerobní a anaerobní kultivaci se omezí, popřípadě zamezí přísun kyslíku a pouze se odvádějí plynné zplodiny kultivace. Přitom se pro fakultativně anaerobní a anaerobní kultivace zpravidla používá fermentorů s mechanickým promícháváním.For all types of cell culture in a liquid culture medium, i.e. aerobic, facultative anaerobic and anaerobic, the same fermenter systems may be used, with oxygen or air being fed to the contents in aerobic culture. In the optional anaerobic and anaerobic cultivation, the supply of oxygen is reduced or prevented and only the gaseous combustion products are removed. In this case, fermenters with mechanical agitation are usually used for facultative anaerobic and anaerobic cultivation.

Promíchávání obsahu fermentoru je nutné pro dosažení co největšího přestupu hmoty a tepla, s ohledem na přísun živin buňkám a udržování optimální teploty kultivace.Stirring of the fermenter contents is necessary to achieve the greatest possible mass and heat transfer, with respect to the supply of nutrients to the cells and maintaining an optimal culture temperature.

Intensivní výměna hmoty, charakterisovaná velkými hodnotami koeficientů přestupu hmoty, vede ke zmenšování koncentračních spádů plynných zplodin kultivace mezi buňkami a tekutým živným prostředími U fakultativně anaerobních organismů jde hlavně o oxid uhličitý, u anaerobních organismů o vodík a metan. Protože koncentrace těchto plynů v tekutém živném prostředí je poměrně nízká (je dána jejich rozpustností v daném prostředí při dané teplotě), dochází ke snižování jejich koncentrace na buněčné stěně a v nejbližšim okolí buněk. Protože u řady organismů jsou plynné zplodiny v určitých koncentracích stímulátory jejich metabolismu, vede uvedený pokles koncentrace plynných zplodin kultivace často k nižší produkci biomasy a biologicky aktivních látek, než jaké jsou ty které organismy za optimálních podmínek schopny.Intensive mass exchange, characterized by large values of mass transfer coefficients, leads to a reduction in the concentration gradient of the gaseous products of cultivation between cells and liquid nutrient media. Facultative anaerobic organisms are mainly carbon dioxide, anaerobic organisms include hydrogen and methane. Since the concentration of these gases in the liquid culture medium is relatively low (due to their solubility in a given environment at a given temperature), their concentration on the cell wall and in the immediate vicinity of the cells is reduced. Because in many organisms gaseous products at certain concentrations are stimulants of their metabolism, this decrease in the concentration of gaseous products of cultivation often results in lower biomass and biologically active substances production than those which are able under optimal conditions.

Uvedenou nevýhodu odstraňuje způsob přípravy biomasy a bilogicky aktivních látek řízenou kultivací v promíchávaném tekutém prostředí podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že se do tekutého živného prostředí s inokulem buněk přivádí směs plynů, zejména směs oxidu uhličitého a vodíku v objemovém poměru 1 : 20 až 20 : 1, přičemž alespoň jeden z plynů, přiváděných ve směsi, je chemicky identický s plynem nebo jedním z plynů, který vzniká při samotné kultivaci.This disadvantage is overcome by a process for the preparation of biomass and biologically active substances by controlled cultivation in a stirred liquid medium according to the invention, characterized in that a mixture of gases, in particular a 1:20 by volume mixture of carbon dioxide and hydrogen, is supplied to the liquid culture medium. to 20: 1, wherein at least one of the gases fed in the mixture is chemically identical to the gas or one of the gases produced during the cultivation itself.

Předmětem vynálezu je rovněž zařízení k přípravě biomasy a biologicky aktivních látek právě popsaným způsobem. Toto zařízení, sestávající z nádoby opatřené míchadlem, odvodním potrubím plynů, měřičem teploty, měřičem hodnoty pH, chladicím a ohřívacím systémem, přívodem a odvodem kapaliny a přívodním potrubím plynů, se vyznačuje tím, že přívodní potrubí plynů je rozděleno nejroéna na dvě větve, přičemž každá jednotlivá větev přívodního potrubí plynů je připojena ke zdroji různého plynu a popřípadě opatřena regulátorem a měřičem průtoku plynu.The invention also relates to an apparatus for the preparation of biomass and biologically active substances as described above. This apparatus, comprising a vessel equipped with a stirrer, a gas outlet pipe, a temperature meter, a pH meter, a cooling and heating system, a liquid inlet and outlet pipe and a gas supply pipe, is characterized in that the gas supply pipe is divided into two branches at least each individual branch of the gas supply line is connected to a different gas source and optionally provided with a regulator and gas flow meter.

Technickými opatřeními podle vynálezu se při zachování optimálních podmínek pro transport živin do buňky a při udržování optimální teploty odstraní nepříznivě rychlé odvádění plynných zplodin z buněčné stěny a nejbližšího okolí buněk. Tekuté živné prostředí vytvoří koloidní systém kapalina - plyn, který umožňuje dosažení optimální koncentrace, resp. par2The technical measures of the invention, while maintaining optimum conditions for the transport of nutrients into the cell and maintaining the optimum temperature, eliminate the rapid evacuation of gaseous fumes from the cell wall and the immediate vicinity of the cells. The liquid culture medium creates a colloidal liquid-gas system, which allows optimum concentration, respectively. par2

CS 272 650 Bl ciálního tlaku plynů z hlediska metabolických nároků kultivovaných organismů. Tuto optimální koncentraci lze přitom udržovat pe celou dobu kultivace regulací objemových poměrů přiváděných plynů ve směsi na vstupu do fermentoru.CS 272 650 B1 gas pressure in terms of metabolic requirements of cultured organisms. This optimum concentration can be maintained throughout the cultivation by controlling the volume ratios of the feed gases in the mixture at the inlet to the fermenter.

Proměřováním technických parametrů fermentačního systému, tj. hodnoty pH, teploty, rozpuštěného kyslíku, míchání a objemu přiváděných plynů, lze v závislosti na recpiračním aparátu buněk dosáhnout řízenou kultivací za výše uvedených podmínek nárůstu biomasy dle specifických požadavků na biologicky aktivní látky, aplikovatelné ve veterinárním lékařství, při lékařské diagnostice, ale i v průmyslu potravinářském, krmivářském, farmaceutickém a v zemědělství.By measuring the technical parameters of the fermentation system, ie pH, temperature, dissolved oxygen, mixing and feed gas volume, depending on the cell recirculation apparatus, biomass growth can be achieved by specific cultivation requirements according to the specific requirements for biologically active substances applicable in veterinary medicine. , in medical diagnostics, but also in the food, feed, pharmaceutical and agriculture industries.

Na připojeném obr. 1 je schematicky znázorněno jedno z možných provedení zařízení podle vynálezu. Zařízení tvoří uzavřená nádoba 1. vybavená mechanickým míchadlem Z, přívodem 2 a odvodem J3 kapaliny, tj. živného prostředí, inokula buněk a produktů metabolismu. Pro udržování optimálních kultivačních podmínek je nádoba 1_ opatřena pláštěm 6, k ohřevu nebo chlazení kultivačního prostoru, měřičem teploty £ a měřičem hodnoty pH 5. V průběhu kultivace se potrubím 9_ přivádí do nádoby 1_ směs plynů. Složení směsi se během procesu mění tak, jak to odpovídá metabolismu buněk a tvorbě požadovaných produktů. K tomu slouží regulátory průtoku 14 spolu s měřiči průtoků 15, které jsou instalovány na jednotlivých větvích rozděleného přívodního potrubí Každá z větví potrubí 10 a 11 je napojena na zdroj jiného plynu 1^ a 33.FIG. 1 shows schematically one embodiment of the device according to the invention. The devices consist of a closed vessel 1 equipped with a mechanical stirrer Z, inlet 2 and outlet of liquid 3, i.e., culture medium, cell inoculum and metabolic products. In order to maintain optimum culture conditions, the vessel 7 is provided with a jacket 6 for heating or cooling the culture space, a temperature meter 6 and a pH meter 5. During the cultivation, a mixture of gases is fed into the vessel 7 through the line 7. The composition of the mixture varies during the process, in accordance with the metabolism of the cells and the formation of the desired products. The flow regulators 14 together with the flow meters 15, which are installed on the individual branches of the split supply line, serve this purpose. Each of the branches of the lines 10 and 11 is connected to a source of another gas 1, 3 and 3.

Přednosti způsobu kultivace a zařízení podle vynálezu názorně ukazují výsledky zkoušek, při kterých byly v tekutém živném prostředí kultivovány striktně anaerobní bakterie, isolované ze střevního traktu zvířat. Po 48 hodinách kultivace při zavádění směsi vodiku a oxidu- uhličitého, obsahující 00 % obj. vodíku, vzrostl počet buněk v 1-cm5 substrátu z 1.,10^ . .The advantages of the cultivation method and the device according to the invention illustrate the results of tests in which strictly anaerobic bacteria isolated from the intestinal tract of animals were cultured in a liquid medium. After 48 hours of culture with the introduction of a hydrogen-carbon dioxide mixture containing 00% by volume of hydrogen, the number of cells in the 1-cm 5 substrate increased from 1, 10 µm. .

q na 1.10 . Při kultivaci bez zavadění vodíkové směsi za jinak stejných podmínek, vzrostl počet buněk za 48 hodin z 1.104 na pouhých 3,7.104 v 1 ci? substrátu.q to 1.10. In a culture without introducing the hydrogen mixture under otherwise the same conditions, the cell count increased from 1.10 4 to only 3.7.10 4 in 1 ci in 48 hours? substrate.

Obdobné výsledky byly dosaženy při kultivaci fakultativně anaerobních kmenů Lactobacillus sp.. Při práci se směsí vzduchu a oxidu uhličitého, obsahující 20 % oxidu uhličitého, bylo za 8 hodin kultivace dosaženo stejného nárůstu biomasy jako za 42 hodin bez přívodu oxidu uhličitého, pouze s omezeným přívodem vzduchu.Similar results were obtained in the cultivation of facultatively anaerobic strains of Lactobacillus sp. When working with an air-carbon dioxide mixture containing 20% carbon dioxide, the same biomass growth was achieved in 8 hours of cultivation as in 42 hours without carbon dioxide, only with limited supply. air.

Způsob a zařízení k provádění řízení kultivace v promíchávaném tekutém prostředí podle vynálezu jsou vhodné, jak bylo uvedeno, zejména pro anaerobní a fakultativně anaerobní organismy. Není však vyloučeno jejich použití i pro aerobní podmínky. V oboru veterinárního lékařství jsou určeny hlavně pro kultivace ve fermentorech malých objemů. Dále je možné jejich použití v lékařské diagnostice, ale také u velkoobjemových fermentací v průmyslu potravinářském, krmivářském, farmaceutickém a v zemědělství.The method and the apparatus for carrying out the control of the stirred liquid culture medium according to the invention are suitable, as mentioned, in particular for anaerobic and facultatively anaerobic organisms. However, their use for aerobic conditions is not excluded. In the field of veterinary medicine they are mainly intended for cultivation in small-volume fermenters. Furthermore, they can be used in medical diagnostics, but also in large-scale fermentations in the food, feed, pharmaceutical and agricultural industries.

Claims (3)

PŘEDMĚT VYNÁLEZUSUBJECT OF THE INVENTION 1. Způsob přípravy biomasy a biologicky aktivních látek řízenou kultivací v promíchávaném tekutém prostředí, vyznačený tím, že se do tekutého živného prostředí s inokulem buněk přivádí směs plynů, zejména směs oxidu uhličitého a vodíku v objemovém poměru 1 j 20 až 20 : 1, přičemž alespoň jeden z plynů, přiváděných ve směsi, je chemicky identický s plynem nebo jedním z plynů, který vzniká při samotné kultivaci.Method for the preparation of biomass and biologically active substances by controlled cultivation in a stirred liquid medium, characterized in that a mixture of gases, in particular a mixture of carbon dioxide and hydrogen in a volume ratio of 1: 20 to 20: 1, is fed into the liquid culture medium with cell inoculum; at least one of the gases fed in the mixture is chemically identical to the gas or one of the gases produced during the cultivation itself. 2. Zařízení k provádění způsobu přípravy biomasy a biologicky aktivních látek podle bodu 1, sestávající z nádoby opatřené míchadlem, odvodním potrubím plynů, měřičem teploty, měřičem hodnoty pH, chladicím a ohřívacím systémem, přívodem a odvodem kapaliny a přívodním potrubím plynů, vyznačené tím, že přívodní potrubí (9) plynů je rozděleno nejméně na dvě větve (10) a (11), přičemž každá jednotlivá větev (10) a (11) přívodního potrubí (7) plynů je připojena ke zdroji (12), (13) různého plynu.2. Apparatus for carrying out a process for the preparation of biomass and biologically active substances according to claim 1, comprising a vessel equipped with a stirrer, a gas outlet pipe, a temperature meter, a pH meter, a cooling and heating system, a liquid inlet and outlet and a gas supply pipe; wherein the gas supply line (9) is divided into at least two branches (10) and (11), each individual branch (10) and (11) of the gas supply line (7) being connected to a source (12), (13) of different gas. CS 272 658 BlCS 272 658 Bl 3. Zařízení podle bodu 2, vyznačené tím, že'každá jednotlivá větev (10), (11) přívodního potrubí (9) plynů je opatřena regulátorem (14) a měřičem (15) průtoku plynů.Device according to claim 2, characterized in that each individual branch (10), (11) of the gas supply line (9) is provided with a regulator (14) and a gas flow meter (15).
CS370287A 1987-05-21 1987-05-21 Method of biomass and biologically active substances preparation by means of controlled cultivation in stirred-up liquid medium and equipment for carrying out this method CS272658B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CS370287A CS272658B1 (en) 1987-05-21 1987-05-21 Method of biomass and biologically active substances preparation by means of controlled cultivation in stirred-up liquid medium and equipment for carrying out this method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CS370287A CS272658B1 (en) 1987-05-21 1987-05-21 Method of biomass and biologically active substances preparation by means of controlled cultivation in stirred-up liquid medium and equipment for carrying out this method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CS370287A1 CS370287A1 (en) 1990-06-13
CS272658B1 true CS272658B1 (en) 1991-02-12

Family

ID=5377853

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CS370287A CS272658B1 (en) 1987-05-21 1987-05-21 Method of biomass and biologically active substances preparation by means of controlled cultivation in stirred-up liquid medium and equipment for carrying out this method

Country Status (1)

Country Link
CS (1) CS272658B1 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
CS370287A1 (en) 1990-06-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Carvalho et al. Microalgal reactors: a review of enclosed system designs and performances
US20070172945A1 (en) Bioreactor
US6635441B2 (en) Multi-sample fermentor and method of using same
GB2059436A (en) Propagation of cells
US6797508B1 (en) Bioreactor for fermenting solids
JPS6212988B2 (en)
JP2007312689A (en) Biological reaction method and biological reaction apparatus
Rouf et al. An overview of microbial cell culture
US8409854B2 (en) Bioreactor provided with equipment with flexible walls
Grima et al. Gas‐liquid transfer of atmospheric CO2 in microalgal cultures
Regonesi Bioreactors: A complete review
EP2126036B1 (en) Biotechnical and microbiological production method and equipment
CS272658B1 (en) Method of biomass and biologically active substances preparation by means of controlled cultivation in stirred-up liquid medium and equipment for carrying out this method
CN100360657C (en) Horizontal drum type bioreactor
Zeng et al. Continuous culture
Lockhart et al. Aeration in the laboratory
GHOSH Bioreactor
Khayum et al. A summary of the use of microbial cell culture
CN222758238U (en) An integrated and portable indigenous probiotics propagation system
Niehus et al. CHO Cell Cultivation in a DASbox® Mini Bioreactor System and DASGIP® Parallel Bioreactor Systems
SU1655980A1 (en) Method of producing biomass of microorganisms
Kumara Behera et al. Upstream processes
Vlaev et al. Rheology and oxygen transfer in starch suspensions during high temperature (35° C) α-amylase fermentation
EP3031896A1 (en) Coupled systems of heat exchange and droplet formation for single-use bioreactors
CN2512786Y (en) Animal micro ecological bactria cultivation bionic device