CZ17639U1 - Zařízení pro kultivaci mixotrofních mikroorganismů - Google Patents

Description

Oblast techniky

Technické řešení se týká zařízení pro kultivaci mixotrofních mikroorganismů, jako např. řas a sinic, určených k využití v potravinářském, krmivářském a farmaceutickém průmyslu.

Dosavadní stav techniky

Zařízení pro kultivaci mixotrofních mikroorganismů, označované také jako rasové kultivátory, umožňují ovlivňování kultivačních podmínek tak, aby se mikroorganismy vypěstované na agaru zmnožily v živném médiu v kultivátoru, a přitom dosáhly požadovaného množství vybrané biologicky účinné látky. Samotné zpracování řas nebo sinic na produkty' určené pro potravinářský.

ío krmivářský a farmaceutický průmysl probíhá následně mimo kultivátor.

V současnosti jsou např. mikroskopické rasy kultivovány uměle především pro produkci biomasy, která obsahuje některé důležité komponenty (pigmenty, polysacharidy, nenasycené mastné kyseliny, vitamíny) důležité pro lidskou výživu. Biomasa se užívá např, jako přídavek do krmivá hospodářských a domácích zvířat nebo jako surovina ve farmaceutickém a kosmetickém prů15 myslu. Rasy na rozdíl od jiných mikroorganismů nejsou nutričně náročné, protože jejich hlavním zdrojem uhlíku je oxid uhličitý. Fotosyntetický proces však vyžaduje stálý zdroj světla. V případě venkovních kultivací je to Slunce, které představuje nejlevnější energetický zdroj.

Pro kultivaci ras jsou využívány nej různější postupy a zařízení. Nejjednodušší systém představují mělké venkovní nádrže. Tyto otevřené systémy se však snadno kontaminují ostatními mikroorga2u nismy, prachem, hmyzem a polutanty prostředí a dávají minimální možnost kontroly kultivačních podmínek - světla, teploty, obsahu živin a znečištění. Pěstování vybraných kmenů řas za stanovených podmínek pro produkci určité látky vedlo k vývoji uzavřených cirkulačních systémů, které umožňují dobrou ochranu před kontaminací a řízení kultivačních podmínek (viz např. dokumenty: Closed photobioreactor WO 91/07080, Hoeksema Douglas, 30,5.1991; Closed circuit photo25 bioreactor WO 99/61577, Ventura Gregorini, 2.12,1999; Photobioreactor WO 00/61719, Tróschl Walter, 19.10.2000; Photobioreactor WO 00/12673, Burbidge Michael). Řasy se v těchto zařízeních kultivují v průsvitných trubicích tvořících uzavřený cirkulační systém s návazností na termoregulační systém, kde jsou trubice ozařovány fotosynteticky aktivním zářením, např. pomocí zářivek nebo přímým slunečním zářením. Součástí známého stavu techniky jsou i regulační a tněri30 cí prvky pro sycení rasové suspenze CO?, měření teploty, měření ptl, měření koncentrace O? apod.

Nevýhodou známých zařízení pracujících se slunečním zářením je jejich obtížná regulovatelnost a nepravidelnost záření, neboť denní světlo je nepravidelné, má malou intenzitu a je obtížné regulovatelné. Proto řada známých kultivátorů řas pracuje s umělým osvětlením pomocí zářivek, a jej ich podstatná nevýhoda spočívá ve vysoké energetické náročnosti.

Z užitného vzoru CZ 13496 je známo zařízení pro kultivaci řas, které sestává ze soustavy transparentních kultivačních trubic spojených v cirkulačním okruhu s nuceným oběhem rasové suspenze, dále z výměníku tepla pro chlazení a ohřev rasové suspenze, a z alespoň jednoho z regulačních a měřicích prvků pro sycení rasové suspenze CO> měření teploty, měření pil, měření koncentrace

O> nebo měření turbidity suspenze. Podstata zařízení spočívá v tom, že je opatřeno soustavou lineárních rastrových čoček pro koncentraci slunečního záření do ohniskových pásů soustřeďujících záření do oblasti kultivačních trubic, které jsou uspořádány na pohyblivém nosném rámu.

Solární koncentrátory tvořené lineárními rastrovými čočkami umožňují několikanásobné zvýšení intenzity světla, a také zajišťují koncentrované působení světla v oblasti ohniskových pásů. kde

4? se v místě maximálního ozáření nacházejí kultivační trubice. Tím je dosaženo zlepšení výtěžnosti. růstové rychlosti a dalších faktorů, takže optická soustava čočka - kultivační trubice poskytují při koncetrovaném ozáření lepší podmínky pro kultivaci autotrofních mikroorganismů (ras nebo sinic), než jakých je dosaženo za ambientních podmínek.

Pohyblivý nosný rám s kultivačními trubicemi se může pohybovat po trajektorii sledující pohyb Slunce, čímž je dosaženo optimálního využití denního slunečního záření.

Nevýhoda tohoto zařízení spočívá v tom. že je koncipováno pro kultivaci velkého množství bíomasy na základě intenzivního ozáření slunečním světlem, a proto není vhodné pro kultivaci spe5 ciálních mikroorganismů a ovlivňování vybraných biologicky účinných látek jako např. cenných látek obsažených v rasové biomase, jejichž konečné využití jc koncipováno do specifických farmaceutických produktů.

Dále jsou známy tzv. anulární kultivátory, což jsou válcové nádoby s průsvitnou stěnou, s plnicím uzávěrem v horní části a s vypouštěcím kohoutem ve spodní oblasti plochého dna. Válec je ío naplněn živným médiem, ve kterém se za působení světla kultivují rasy nebo sinice. Mohou být opatřeny čeřícím nebo míchacím zařízením.

Nevýhoda těchto kultivátorů spočívá v tom, že v oblasti plochého dna sc rasová kultura špatně promíchává, a dochází zde k jejímu usazování jak při kultivaci tak i při vypouštění, fyto kultivátory také neumožňují ozařování mikroorganismů monochromatickým světlem požadované vlnové délky, k čemuž je nutno používat různé světelné zdroje s požadovanou barvou světla. Nakonec tylo kultivátory neumožňují ani regulaci tepelného působení na kultivované mikroorganismy. což je v mnoha případech potřebné k vyvolání reakcí potřebných pro tvorbu biologicky účinné látky.

Úkolem technického řešení je proto nalezení takového zařízení pro kultivaci mixotrofních mikro2o organismů, které by odstraňovalo výše uvedené nedostatky,

Podstata technického řešeni

Výše uvedené nedostatky do značné míry' odstraňuje zařízení pro kultivaci mixotrofních mikroorganismů podle tohoto technického řešení. Zařízení sestává známým způsobem z. válcového kultivačního zásobníku s průsvitným pláštěm, ze zářivkového panelu ozařujícího tento zásobník.

a z potřebných měřicích přístrojů.

Jeho podstata spočívá v tom, že válcový zásobník sestává z vnitřního pláště a z vnějšího pláště uspořádaného souose kolem vnitřního pláště, kde pláště jsou spolu navzájem rozebíratelně a vodotěsně spojeny prostřednictvím podstavy a uzavíracího víka. Prostor mezi plášti je naplněn teplosměnným médiem, a v podstavě je uvnitř vnitřního válce vytvořeno kuželovité vybrání svažu30 jící se do vyprazdňovacího otvoru. Pomocí teplosměnného média lze chladit nebo ohřívat kultivované mikroorganismy, a vytvářet tak potřebné tepelné podmínky pro tvorbu žádoucích látek. Kuželovité vybrání zabraňuje usazování mikroorganismů v oblasti dna.

Ve výhodném provedení technického řízení je vnější plášť a/nebo vnitřní plášť vyroben z probarveného průsvitného plastu neboje opatřen nalepovaeí barevnou průsvitnou fólií, což umožňuje volbu požadované části světelného spektra, aniž by bylo nutné měnit zářivkové panely. Vnější plášť i vnitřní plášť jsou snadno vyměnitelné, proto je s výhodou podstava opatřena osazením pro vnitrní plášť a drážkou pro vnější plášť, a uzavírací víko je upevnitelné pomocí šroubů v průchozích otvorech k přírubě vnějšího pláště v jeho horní části, přičemž mezi vnějším pláštěm a vnitřním pláštěm je v horní části uspořádán mezikroužek. Před zahájením kultivace proto mohou být do kultivátoru jednoduše osazeny pláště příslušné barvy. Pro zabránění usazování a zároveň snadné vypouštění kultivovaných mikroorganismů,

Je výhodné, když úhel sklonu kuželovitého vybrání leží v rozmezí od 7° do 12°, což je optimální pro vířeni a snadné vypouštění kultivovaných mikroorganismů.

Z hlediska snadné montáže a demontáže je také výhodné, když k vnitřnímu válci je ve spodní části připojeno dno, které spolu s vnitřním válcem zapadá do osazení v podstavě, a je opatřeno kuželovitým vybráním svažujícím se do průchozího válcovitého vybráni, které jc opatřeno závitem a ukončeno vyprazdňovacím otvorem. Upevnění celé spodní části zásobníku se pak provádí dutým šroubem, který· prochází do závitu skrz vyprazdňovací otvor z venkovní strany dna.

CZ 17639 Ul

V dalším výhodném provedení technického řešení je na boku vnějšího pláště uspořádán napouštěcí otvor a vypouštěcí otvor pro teplosměnné médium, což je praktické pro připojení hadic k ohřívacímu (chladicímu) zařízení.

Rovněž je dále výhodné, když uzavírací víko je opatřeno průchodkami pro čeřící trubici a mícha5 cí hřídel, které jsou uspořádány uvnitř vnitřního pláště, a jsou připojeny na venkovní vzduchové a pohonné jednotky.

Nakonec je výhodné, když válcový kultivační zásobník je uspořádán na podvozku s koly, kde jc uspořádán také alespoň jeden zářivkový panel a měřicí přístroj. Celé zařízení je tak mobilní a samostatné, a lze jej přemisťovat podle potřeby do různých částí provozu.

ío Výhody zařízení pro kultivaci mixotrofních mikroorganismů lze spatřovat především v tom, že umožňuje současné ovlivnění ozařování mikroorganismů monochromatickým světlem požadované vlnové délky, s jediným zářivkovým zdrojem, a ovlivňováni teploty kultivovaných mikroorganismů, takže lze cíleně vyvolávat kombinované světelné a tepelné reakce potřebné pro tvorbu biologicky účinných látek. Zařízení zabraňuje usazování mikroorganismů při kultivaci, a je mobilní. Vyznačuje se také snadnou montáží a demontáží.

Přehled obrázků na výkresech

Zařízení bud blíže osvětleno pomocí výkresů, na nichž znázorňují obr. 1 pohled na válcový kultivační zásobník, obr. 2 vertikální řez válcovým kultivačním zásobníkem, obr. 3 půdorys válcového kultivačního zásobníku s nasazeným uzavíracím víkem. obr. 4 půdorys válcového kultivač?o ního zásobníku se sejmutým uzavíracím víkem, obr. 5 řez dnem s kuželovitým vybráním, obr. 6 půdorys dna. obr. 7 bokorys mezikroužku, obr, 8 půdorys mezikroužku, obr. 9 řez podstavou, obr. 10 půdorys podstavy, obr. 11 boční pohled na podvozek se zařízením podle technického řešení, obr. 12 půdorys podvozku se zařízením podle technického řešení.

Příklady provedení technického řešení

Rozumí se, že dále popsané a zobrazené konkrétní příklady uskutečnění technického řešení jsou představovány pro ilustraci, nikoli jako omezení příkladů provedení technického řešení na uvedené případy. Odborníci znalí stavu techniky najdou nebo budou schopni zjistit za použití rutinního experimentování větší či menší počet ekvivalentů ke specifickým uskutečněním technického řešení, která jsou zde speciálně popsána. I tyto ekvivalenty budou zahrnuty v rozsahu následující) cích nároků na ochranu.

Zařízení 1 pro kultivaci mixotrofních mikroorganismů, zejména řas a sinic, může být vyrobeno i jako stacionární, ale s výhodou je umístěno na podvozku 21 opatřeným koly 22 a nosným rámem 27, na kterém je uspořádán válcový kultivační zásobník 2, zářivkový panel 23 a potřebné měřicí přístroje 24. Výhoda mobilního provedení spočívá v tom zeje možno kultivátor snadno převézt do jiného prostředí, např. k jinému zdroji spektrálního nebo monochromatického světla.

Hlavní částí zařízení I podle technického řešení je válcový kultivační zásobník 2, který sestává ze dvou souose uspořádaných plášťů 3. 4. a to z vnitřního pláště 3 a z vnějšího pláště 4. Prostor mezi plášti 3, 4 je vodotěsně uzavřen, a naplněn kultivačním médiem 29, které se plní plnicím otvorem 8 a vyprazdňuje se uzavíratelným vyprazdňovacím otvorem 6.

V prostoru mezi vnitřním pláštěm 3 a vnějším pláštěm 4, který jc rovněž vodotěsně uzavřen, je napuštěno teplosměnné médium JJ, které se napouští, popř. mů/e cirkulovat, prostřednictvím napouštěeího otvoru 9 a vypouštěcího otvoru J_0 na boku vnějšího pláště 4. Pomocí ohřívaného nebo naopak ochlazeného média JJ je možné regulovat tepelné podmínky pro kultivaci mikroorganismů v kultivačním médiu 29 ve vnitřním válci 3,

Vnější plášť 4 a/nebo vnitřní plášť 3 jsou vyrobeny z barevného průsvitného plastu a tak při ozáření kultivačního média 29 zářivkovým panelem 2J se propouští dovnitř jen příslušná část světelného spektra, která je vhodná pro kultivaci příslušného mikroorganismu resp. pro vyvolání jeho žádoucího biologického stavu. Zařízení 1 přitom není jednoúčelové.

“I

Konstrukce válcového kultivačního zásobníku 2 je vyřešena tak, aby umožnila jednak důkladné čeření, promíchání, a vyprazdňování kultivačního média 29 ve všech částech zásobníku 2, a jednak snadnou demontáž všech částí při čištění a při výměně různobarevných vnějších plášťů 4 popř. i vnitřních plášťů 3. Praktické je použití čirého průsvitného vnitřního pláště 3 a barevného vnějšího pláště 4.

Spojení celého zásobníku 2 je řešeno pomocí uzavíracího víka 5 a podstavy 7, které jsou vyrobeny z nerezové oceli. Vnější plášť 4 je v horní části opatřen přírubou £4 s průchozími otvory 26. Na tu dosedá shora uzavírací víko 5 s těsněním, opatřené rovněž průchozími otvory 26 ve stejných roztečích jako příruba £4. Pomocí nezobrazených šroubů se uzavírací víko 5 přitáhne k příío rubě £4. Poloha vnitřního pláště 3 je přitom vymezena pomocí rnezikroužku 15 vloženého mezi vnitřním pláštěm 3_ a vnějším pláštěm 4.

Ve spodní části zásobníku 2 je vnější plášť 4 i vnitřní plášť 3 zasazen přes těsnění do kruhové podstavy 7, která je opatřena drážkou £3 pro vnější plášť 4, a osazením JJ pro vnitřní plášť 3. Do osazení 12 zapadá i dno J_6, které je upevněno ke spodní části vnitřního pláště 3. Dno £6 je vyro15 heno také z nerezové oceli, a je v něm vytvořeno kuželovité vy brání 25, které má úhel sklonu u 7°, a které zabraňuje usazování kultivovaných mikroorganismů v oblasti kolem vyprazdňovacího otvoru 6. Dno 16 je ve středu kuželovitého vybrání 25 opatřeno průchozím válcovitým vybráním J7 se závitem, který je uspořádán proti vyprazdňovaeímu otvoru 6 v podstavě 7. Z vnější strany podstavy 7 do něj prochází dutý šroub 30, kterým se stahuje celá spodní část zásobníku 2. Na dutý šroub 30 je napojen uzavírací ventil 28.

V uzavíracím víku 5 jsou upraveny průchodky £8 pro čeřící trubicí £9 a míchací hřídel 20, Čeřící trubice £9 je napojena na nezobrazený přívod tlakového vzduchu, a je opatřena otvory, kterými vzduch probublává do kultivačního média 29 a čeří jej. Míchací hřídel 20 je opatřena lopatkami 3£, a je napojena na nezobrazený elektromotor, který otáčí hřídelí 20 a ta lopatkami 3£ promí25 chává kultivační médium 29. Ve většině případů při kultivaci postačí čeřící trubice JJ.

Průmyslová využitelnost

Zařízení podle technického řešení lze využít ke kultivaci rnixotrofních mikroorganismů, zejména řas a sinic, určených k dalšímu zpracováni a k využití v potravinářském, krmivářském a farmaceutickém průmyslu.

Claims (7)

1. jo NÁROKY NA OCHRANU

   1. Zařízení (1) pro kultivaci rnixotrofních mikroorganismů, zejména řas a sinic. zahrnuje alespoň jeden zářivkový panel (23), měřicí přístroj (24) a válcový kultivační zásobník (
2. 2) s průsvitným pláštěm (3, 4), opatřený v homí částí uzavíracím víkem (5) a plnicím otvorem (8), a ve spodní částí podstavou (7) s uzavíratelným vyprazdňovacím otvorem (6), vyznačující se

   J5 tím. že válcový zásobník (2) sestává z vnitřního pláště (3) a z vnějšího pláště (4) uspořádaného souose kolem vnitřního pláště (3), kde pláště (3, 4) jsou spolu navzájem rozebíratelně a vodotěsně spojeny prostřednictvím podstavy (7) a uzavíracího víka (5), přičemž prostor mezi plášti (3. 4) je naplněn teplosměnným médiem (11), a v podstavě (7) je uvnitř vnitřního válce (3) vytvořeno kuželovité vybrání (25) svažující se do vyprazdňovacího otvoru (6).

   to 2. Zařízení podle nároku I. vyznačující se tím. že vnější plášť (4) a/nebo vnitřní plášť (3) je vyroben z přebarveného průsvitného plastu nebo je opatřen nalepovací barevnou průsvitnou fólií.
3. 3. Zařízení podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že podstava (7) je opatřena osazením (12) pro vnitrní plášť (3) a drážkou (13) pro vnější plášť (4), a uzavírací víko (5) je

   45 upevnitelné pomocí šroubů v průchozích otvorech (26) k přírubě (14) vnějšího pláště (4) v jeho

   -4LZ l/WV Ul horní části, přičemž mezi vnějším pláštěm (4) a vnitřním pláštěm (3) je v horní části uspořádán mezi krou žek (15).
4. 4. Zařízení podle alespoň jednoho z nároků I až 3, vyznačující s c tím, že úhel (a) sklonu kuželovitého vybrání (25) leží v rozmezí od 7° do 12°.

   ?
5. 5. Zařízení podle nároků I. 3 a 4, vyznačující sc tím, že k vnitřnímu válci (3) je ve spodní části připojeno dno (16), které spolu s vnitřním válcem (3) zapadá do osazení (12) v podstavě (7), aje opatřeno kuželovitým vybráním (25) svažujícím se do průchozího válcovitého vybrání (17), které je opatřeno záv item a ukončeno vy prazdňovat tm otvorem (6).
6. 6. Zařízení podle alespoň jednoho z nároků 1 až 5, v y z n a č u j í c í s c t í m , že na boku

   10 vnějšího pláště (4) je uspořádán napouštěcí otvor (9) a vypouštěcí otvor (10) pro teplosměnné médium (11).
7. 7. Zařízení podle alespoň jednoho z nároků 1 až 6, vyznačující se tím, že uzavírací víko (5) je opatřeno průchodkami (18) pro čeřící trubici (19) a míchací hřídel (20), které jsou uspořádány uvnitř vnitřního pláště (3).

   15 8. Zařízení podle alespoň jednoho z nároků l až 7, v y z n a Č uj í c í se t í m , že válcový kultivační zásobník (2) je uspořádán na podvozku (21) s koly (22), kde je uspořádán také alespoň jeden zářivkový panel (23) a měřicí přístroj (24).