RO120977B1 - Utilaj şi procedeu de fermentare în stare solidă - Google Patents

Abstract

Invenţia se referă la un utilaj şi un procedeude fermentare în stare solidă, în special, pentru volume mari. Scopul prezentei invenţii este realizarea unei instalaţii de fermentare în staresolidă, pentru volume mari, şi a unui procedeu pentru aplicarea economicoasă a fermentaţiei înstare solidă, în cazul microorganismelor cu competitivitate mică, în instalaţii de capacităţi mari. Utilajul de fermentare în stare solidă, conform invenţiei, este format printr-un recipient de fermentaţie modular, cuprinzând cel puţindouă baze modulare (4), permeabile la aer şi apă, aranjate una peste alta şi conectate cu peretele vasului, astfel încât nici aerul, nici apa nu pot trece lateral, precum şi dintr-un substratde cultivare (5) a microorganismelor de cultivat,plasat pe bazele modulare (4),şi un dispozitiv de răcire (6) sub fiecare bază modulară (4), vasul fiind închis cu un capac (1).

Description

Orice persoană interesată are dreptul să formuleze în scris și motivat, la OSIM, o cerere de revocare a hotărârii de acordare a brevetului de invenție, în termen de 6 luni de la publicarea mențiunii acesteia

RO 120977 Β1

Invenția se referă la un utilaj și un procedeu de fermentare în stare solidă, în special, în cazul unor volume mari.

Fermentarea în stare cufundată sau solidă se folosește pentru cultura în masă a microorganismelor, în scopul izolării acestora, a produsului metabolic sau a unui substrat microbian alterat (de exemplu, în industria alimentară). întrucât în prezent dispozitivele de fermentare cufundate (adică dispozitivele cu un substrat nutritiv lichid) sunt construite pentru a avea capacități de până la 200000 I, nu s-a reușit încă fabricarea unor dispozitive de fermentare în stare solidă (având un substrat de alimentare în stare solidă) cu volume eficiente economic, care să fie menținute în afara contaminării cu microorganisme străine, perioade lungi de timp, care să permită, în același timp, un regim optim de cultivare.Totuși, anumiți fungi filamentoși necesită structuri de suprafață în care să poată să se dezvolte și să se înmulțească. Cea mai mare instalație de fermentare pentru producția de fungi filamentoși, care evită total contaminarea exterioară, se află în Franța, la în INRA (Durând 1997, comunicare verbală) și are o capacitate de 501.Totuși, capacitatea acestui dispozitiv nu este deloc suficientă, pentru o producție economică de spori de fungi, care să poată fi folosiți, de exemplu, ca pesticide biologice agricole.

Fermentarea în stare solidă (SSF) se definește drept cultura microorganismelor, de regulă, fungi pe substraturi solide, într-o fază gazoasă definită, darfără o fază apoasă liberă. Fermentarea în stare solidă se folosea deja pentru producerea de alimente fermentate, de produse pe bază de enzime (Koji) sau de ciuperci comestibile, în anumite teritorii din Orient, în Asia și Africa, în timpul lumii antice. Eforturile făcute în țările vestice s-au concentrat asupra fermentării în stare cufundată, începând din 1940; în timp ce fermentarea în stare solidă s-a folosit numai pentru reprocesarea deșeurilor organice. Totuși multe institute și firme și-au manifestat recent interesul în fermentarea în stare solidă, ca urmare a unor avantaje certe față de fermentarea cufundată, cum ar fi:

- posibilitatea unei produceri efective de produse metabolice secundare precum enzime, substanțe aromatice, substanțe aromatice și coloranți ca și substanțe active farmaceutice;

- posibilitatea producerii de microorganisme ca agenți biologici în pesticide agricole;

- eliminarea toxinelor sau a altor substanțe adverse, din alimente sau nutrețuri, sau îmbogățirea cu proteine sau vitamine a acestor produse.

în esență, există 6 tipuri de dispozitive de fermentare în stare solidă:

1. Bioreactor cu tavă;

2. Bioreactor cu pat împachetat;

3. Bioreactor cu tobă rotativă;

4. Bioreactor balansor în stare solidă;

5. Bioreactor cu vas de agitare;

6. Bioreactor cu pat solid fluidizat cu aer.

Primul tip bioreactor cu tavă, în care substratul ce trebuie fermentat se împrăștie uniform într-un container special destinat acestui scop, incubat într-o cameră cu aer condiționat (Koji-Raum, Ramana Murthy, Μ. V; Karanth N.G.Raghava Rao, K.S.M.S.; Advance în Applied Microbiology 38 (1993), 99-147), poate fi utilizat pentru producția unor cantități mari de produs; totuși, nu se poate ignora o mică contaminare cu germeni exteriori în această metodă. în plus, reactorul și metoda sunt foarte intensive din punct de vedere al spațiului și muncii. Substratul fermentat trebuie deplasat manual înăuntrul containerului. Acest tip de dispozitiv nu este adecvat producerii unor cantități mari de spori de fungi din speciile mai puțin competitive.

RO 120977 Β1 în bioreactorul cu pat împachetat, un substrat granular, umezit, amplasat într-un 1 container închis, se inoculează cu un microorganism, care se dezvoltă în acesta, fără ca substratul să fie mișcat. în acest scop, substratul trebuie să fie perfuzat în mod constant cu 3 aer. în această a doua procedură și dispozitiv, se întâmpină două dificultăți, care nu permit folosirea unor cantități mari de substrat de la început. 5

1. Microorganismul produce căldură (300 KJ pe kg produs uscat și oră,

Saucedo-Castaneda, G.; Gutierrez-Rojas, M. Bacquet G.; Raimbault, M.; Viginiegra- 7 Gonzales, G., Biotechnologie and Bioengineering 35 (1990), 802-808), care poate fi evacuată prin peretele exterior al containerului, fie prin circulație de aer intensificată (răcire prin 9 evaporare). Această procedură nu este posibilă în cazul când containerele au volume mari. Microorganismele își încetinesc creșterea odată cu intensificarea căldurii și în final mor. 11

2. O aerare constantă usucă substratul. Astfel, pierderea determinată de această operație creează canale de aer, existența lor neputând garanta, în continuare, o aerisire uni- 13 formă a substratului. Uscarea graduală a substratului conduce, de asemenea, la deteriorări ale creșterii microorganismului. 15

Bioreactorul cu tobă rotativa constă dintr-un container cilindric, care este montat orizontal și pivotat. Containerul se umple până la cel mult o treime din volumul său, cu un 17 substrat de cultivare granular, în care se cresc microorganismele. Căldura produsă de creșterea microorganismelor poate fi evacuată, într-o mare proporție, prin carcasa containerului, 19 parțial răcită. Această evacuare se produce în timpul rotației ușoare a containerului, care conduce la un contact repetat al substratului cu carcasă, cedându-i căldura. Totuși, această 21 metodă are dezavantajul că forțele de forfecare au efect în substratul mobil, care conduce la distrugerea structurilor fungice în dezvoltare (micelium, sporangium, corp de fructificație). 23 în acest fel, pentru mulți fungi, nu este posibil, de la început, să ajungă la performanța unui randament mare în spori. Problema uscării se rezolvă la acest tip de dispozitiv, într-o mare 25 măsură, printr-o aerare cu aer umed, întrucât nu este necesară evaporarea apei din substrat (răcirea prin evaporare nu este necesară). în plus, duzele de pulverizare ar putea realiza o 27 umezire a substratului, asigurând, totodată, o distribuție bună a apei libere, prin mișcare.

Totuși, cantitățile mari de substrat de cultivare conduc la alte probleme legate de acest tip 29 de fermentator:

1. Proiectarea unor dispozitive mari de fermentație este foarte costisitoare.31

2. Mișcarea continuă a dispozitivului poate produce o aglomerare a substratului umezit.33

3. Interfețele spre exterior (intrarea și ieșirea aerului, alimentarea cu apă) pot deveni ușor surse de contaminare din exterior, la rotația dispozitivului.35

Un tip de dispozitiv similar cu bioreactorul cu tobă rotativă este bioreactorul oscilant (balansor), cu singura diferență că amestecarea substanței nu este provocată de mișcarea 37 rotativă, ci de o mișcare de scuturare. Pe de altă parte, și în acest caz, există aceleași dezavantaje menționate deja. Totuși, o limitare suplimentară a volumului, la acest ultim tip de 39 dispozitiv, este cauzată de construcția mecanismului complicat de scuturare, care cu greu permite o greutate mai mare de 100 kg, pentru containerul încărcat. 41

Bioreactorul cu vas de agitare poate fi descris ca un recipient închis, având înăuntru un agitator. 43

Problemele legate de folosirea unor cantități mari de substrat sunt inevitabile la acest tip de reactor, întrucât aceste cantități nu pot fi mișcate fără deteriorări în structura substan- 45 țelor.

RO 120977 Β1

Substratul de cultivare a microorganismelor este menținut constant într-un pat fluidizat în bioreactorul cu pat fluidizat cu aer, care necesită volum mare pentru camera reactorului. Aerul necesar pentru menținerea patului fluidizat în stare bună este condus prin circulație. Aerul trebuie să fie ținut cu un conținut de umezeală calculat exact. Această procedură necesită multă energie, pentru menținerea patului fluidizat. S-ar putea demonstra întrun proiect AiF, deja realizat (Bahr, D.; Menner, M., BioforumflS (1990), 10-21) că o cultivare a celulelor de drojdie de bere este posibilă într-un pat fluidizat.

Totuși, aceasta se realizează numai la o scară relativ redusă și la volume mici, în comparație cu fermentația în stare scufundată. O cultivare a filamentelor de fungi pe cantități mari de substrat de cultivare granular (peste 100 kg pe o încărcătură), mai multe săptămâni prin acest procedeu, este posibilă la costuri înalte, relativ inaccesibile.

Alte fermentatoare existente sunt prea mici, pentru obținerea unei cantități profitabile economic de spori fungicizi (EP A1 0683815 și FR 8508556), sau nu au posibilitatea excluderii, la o capacitate suficientă, a contaminării substratului de cultivare, cu germeni exteriori, o perioadă prea lungă de timp (DE 4406632 C1).

Astfel, problema pe care o rezolvă prezenta invenție este de a oferi un dispozitiv de fermentație în stare solidă, pentru volume mari de produse, precum și un procedeu economicos de fermentație în stare solidă a microorganismelor mai puțin competitive în aparate de mare capacitate.

Utilajul de fermentare în stare solidă, conform invenției, se prezintă sub forma unui fermentator modular, care are cel puțin două baze modulare, permeabile la aer și apă, aranjate una peste alta, și astfel conectate la peretele vasului, încât nici apa nici aerul nu pot trece prin părțile laterale, un substrat de cultivare, amplasat pe bazele modulare, pentru microorganismele ce urmează a fi cultivate, un dispozitiv de răcire, montat sub fiecare bază modulară și un capac de închidere a fermentatorului.

Procedeul conform invenției constă în aceea că un substrat de cultivare, ce este pe mai multe baze modulare, în fermentator, este inoculat uniform, traversat complet de către un volum de flux de aer scăzut, a cărui temperatură optimă se ajustează cu ajutorul unui sistem de răcire, adecvat procedurii respective de cultivare.

Prin aplicarea invenției, se obțin următoarele avantaje:

1. evitarea contaminării din exterior a dispozitivului de fermentație (cu menținerea condițiilor sterile în timpul întregului proces de fermentație);

2. evacuarea căldurii cauzate de metabolismul microorganismelor, fără uscarea substratului (printr-un flux intensificat de aer și folosirea răcirii prin evaporare);

3. evitarea apariției forțelor de forfecare în dispozitiv (fără mișcarea substratului de cultivare) și

4. garantarea unei aerisiri uniforme (evitând uscarea) și controlul temperaturii substratului.

în continuare, invenția va fi descrisă în detaliu, cu referire și la fig. 1...4, care reprezintă:

- fig. 1, ilustrare schematică, principială, a instalației de fermentare în stare solidă, conform invenției;

- fig. 2, dispozitivul de răcire a instalației, prevăzut cu plăci termoconductive;

-fig. 3, secțiune verticală, parțială, printr-o instalație de fermentație, în prima variantă constructivă;

- fig. 4, secțiune printr-o instalație de fermentație, conform invenției, în a doua variantă constructivă.

RO 120977 Β1

Lista reperelor instalației:1

-1 capac;

- 2 ieșirea aerului;3

- 3 orificiu de inoculare;

- 4 baza modulară, permeabilă la aer;5

- 5 substrat de cultivare;

- 6 dispozitiv de răcire;7

- 7 intrare aer;

- 8 alimentare cu apă;9

- 9 descărcare apă;

-10 garnitura termorezistentă;11

-11 dispozitiv de sprijin pentru baza modulară;

-12 marginea bazei modulare;13

-13 cuplaj rapid;

-14 țeava pentru introducerea și ieșirea lichidului de răcire;15

-15 garnitura termorezistentă;

-16 inel exterior;17

-17 cuplaj.

Invenția rezolvă problema, prin realizarea unei instalații modulare de fermentație, cu 19 o capacitate de cel puțin 50 I, de preferință 500...1000 I sau chiar mai mult. Construcția instalației constă dintr-un vas cilindric sau oval, conform fig. 1, care poate fi echipat, dacă 21 este necesar, cu o ieșire a aerului 2, precum și cu un orificiu 3 pentru inocularea recipientului respectiv. 23

Vasul, construit ca o carcasă impermeabilă la aer și apă, conține niște baze modulare

4, ce sunt aranjate în rânduri suprapuse, permeabile la aer și vapori, care preiau un substrat 25 de cultivare 5 pentru microorganisme ce urmează a fi dezvoltate.

Substratul de cultivare constă din diferite materiale, în funcție de necesitățile nutrițio- 27 nale ale microorganismului de cultivat. Aceste materiale, de preferință, au o structură granulară, pentru a garanta permeabilitatea la aer. Acestea pot consta, de exemplu, din 29 cereale, pelete din tărâțe sau alte produse reziduale organice, reziduuri rezultate din producția de zahăr sau produse granulate umezite cu soluție nutritivă. 31

Numărul de rânduri depinde de cerințele cultivării microorganismului respectiv ca și de deservirea ușoară a instalației. Prea multe rânduri pot perturba aprovizionarea nece- 33 sarului de oxigen pentru creșterea microorganismului (conform celor ce urmează) în straturile superioare ale substratului de cultivare. De asemenea, foarte multe straturi deteriorează de- 35 servirea corespunzătoare a vasului de fermentație. Totuși, potrivit invenției, în vasul de fermentație, pot fi montate 20 sau mai multe rânduri suprapuse. 37

Bazele modulare sunt conectate la pereții vasului într-un astfel de mod, încât nici apa nici aerul nu pot trece lateral peste acestea. Distanța dintre bazele modulare depinde de 39 grosimea optimă a substratului de cultivare, care este determinată, pe de altă parte, de particularitățile microorganismului ce urmează a fi cultivat. 41

Sub bazele modulare se află niște dispozitive de răcire 6, care pot fi concretizate fie prin niște bucle de răcire sau platouri de răcire. Acestea permit evacuarea căldurii de reacție 43 din substratul de cultivare. într-o variantă preferată, conform fig. 2, niște plăci metalice cu o conductibilitate termică înaltă pot ajunge în substratul de cultivare al unei anumite baze 45 modulare, din fiecare dispozitiv de răcire. Acest montaj poate ușura evacuarea căldurii. După terminarea procesului de fermentație, dispozitivul de răcire este tras, împreună cu plăcile de 47 răcire în jos, față de baza modulară, pentru evacuarea unui substrat de cultivare. în final, este posibilă extragerea substratului de cultivare, cu microorganismul crescut, fără 49 interferența cu plăcile de răcire.

RO 120977 Β1

Este, de asemenea, posibil să se monteze dispozitivele de răcire la o anumită distanță, deasupra bazelor modulare. în acest caz, acestea trebuie instalate în așa fel, încât să se afle în mijlocul stratului aferent din substratul de cultivare. Instalarea dispozitivelor de răcire în straturile de substrat (paralel față de bazele modulare) se folosește îndeosebi în cazul când se produc cantități mari de căldură, în timpul procesului de fermentație.

Baza vasului de fermentație conține o intrare a aerului 7, prin care aerul steril și umezit este în suflat în recipientul respectiv. Aerul circulă prin toate straturile substratului și iese printr-o deschidere de ieșire 2, montată pe capac.

Interstițiile plasate între module, care mai găzduiesc, de asemenea, dispozitivele de răcire, asigură o distribuție uniformă a aerului prin întreaga instalație de fermentare. Dacă nu este disponibil aer umed, pentru aerarea instalației, acesta poate fi umezit înăuntrul acesteia. Operația respectivă se realizează prin lăsarea liberă de substrat de cultivare, cel puțin a bazei modulare interioare, care este, în acest caz, acoperită cu un material granular ce poate absorbi apa, circulată mai întâi prin aerul insuflat, înaintea pătrunderii acestuia, în continuare, în vasul de fermentare. Cantitatea de aer ce urmează a fi insuflată depinde de necesarul de oxigen al microorganismului de cultivat. Aceasta poate varia între 1 și 1001 pe oră și litrul de substrat de cultivare.

Vasul de fermentație se umple cu apa sterilă până la stratul superior al substratului de cultivare, pentru inocularea substratului cu microorganismul de cultivat, după sterilizarea conținutului acestuia. în acest scop, instalația este prevăzută cu o intrare a apei 8, prevăzută cu un filtru steril. Totuși această intrare a apei poate fi instalată într-un alt punct al vasului de fermentare (de exemplu, pe capac). După umplere, inoculantul se introduce printr-un orificiu 3, în capac, special destinat acestui scop. Astfel de orificii 3 de inoculare a vasului de fermentație pot fi de asemenea montate între bazele modulare, atunci când acestea sunt în număr foarte mare. în primul caz, distribuția inoculantului în vasul de fermentație se realizează exclusiv prin evacuarea apei printr-un orificiu 9 din fundul vasului, destinat special acestui scop.

Inoculantul (suspensia de microorganism) curge prin toate straturile substratului de cultivare și rămâne cu o cantitate suficientă de apă aderentă. Dacă sunt prea multe straturi ce urmează a fi circulate, se poate produce un efect de diluție, în funcție de construcția substratului de cultivare. Aceasta înseamnă că microorganismul va fi filtrat prin substratul de cultivare, prin care trebuie să circule. Astfel, concentrația acestora în apă scade, cu cât sunt mai jos. Pentru prevenirea acestei situații, orificiile prin care inoculantul pătrunde în vasul de fermentație se pot monta între bazele modulare, într-o altă variantă. Inoculantul poate deja să fie introdus prin folosirea acestuia în timpul umplerii vasului cu apă, distribuită prin fluxul de apă, dirijat în sus sau în jos.

Inoculantul utilizat pentru fermentare în vasul de fermentație constă dintr-o suspensie de concentrație înaltă, cu unități germinative mici (preferabil, spori, conidiospori sau germeni bacterieni) ale microorganismului de cultivat.

în condițiile unei inoculări uniforme și suficiente a vasului de inoculare, cursul cultivării (durata cultivării și cantitatea de produs) ca și calitatea produsului cultivării (de exemplu, spori fungicizi) depind, în primul rând, de parametrii operației de cultivare, care constau în special în fluxul de aer umezit și controlul temperaturii. Volumul de aer trebuie să fie ajustat în funcție de capacitatea filtrului de aer steril. Controlul temperaturii în instalația de fermentare se asigură prin folosirea dispozitivelor de răcire, instalații în vasul de fermentație. Capacitatea de răcire trebuie astfel proiectată, încât să fie posibilă evacuarea întregii cantități de căldură de reacție din substratul de cultivare și menținerea unei temperaturi optime, pentru cultivarea microorganismului. Capacitatea necesară de răcire mai depinde de

RO 120977 Β1 grosimea stratului și astfel de volumul substratului de cultivare. Cu cât volumul disponibil de 1 substrat de cultivare, pentru creșterea microorganismului, este mai mare, cu atât se produce mai multă căldură de reacție. Din această cauză, cei doi parametri trebuie să fie optimizați. 3 Obiectivul constă într-o dezvoltare cât de rapidă posibil a microorganismului, cât și o cantitate mare de produs, în funcție de scopul fermentării, sporii de fungi, celulele bacteriene, 5 enzimele, antibioticele, substanțele colorante sau alte tipuri de substanțe.

Instalația conform invenției se prezintă în două variante. 7 într-o primă variantă, conform fig. 3, instalația conform invenției constă dintr-un cilindru sau o prismă, care sunt închise strâns la fund. Cilindrul (de regulă, un cilindru 9 circular) sau prisma pot avea un diametru de 1 m sau mai mult. înălțimea acestora este limitată de deservirea tehnică ușoară, ca și de posibilitatea menținerii condițiilor optime, 11 pentru microorganismele ce urmează a fi cultivate. Este posibilă realizarea unor înălțimi de 2 m sau mai mult. 13

Vasul de fermentație este închis ermetic, la capătul de sus, cu un capac 1. Acesta este conceput ca un vas de presiune și poate fi sterilizat, din această cauză, prin antrenarea 15 de vapori fierbinți, aflați sub presiune. De aceea, nu este necesar să se utilizeze o autoclavă.

într-o a doua variantă, conform fig. 4, instalația de fermentare, conform invenției, 17 constă din mai mulți cilindri sau prisme, în toate cazurile de înălțime mică (de preferință, circa

7...30 cm), care pot avea o bază circulară, ovală, dreptunghiulară sau altă formă unghiulară. 19 în toți cilindrii sau toate prismele, se montează un fund impermeabil la aer și apă. Dispozitivul de răcire este amplasat sub fund, iar pe fund este substratul de cultivare a microorganis- 21 melor. Cilindrii sau prismele se folosesc ca niște module 4 pentru fermentatorul compozit.

Acestea sunt aranjate unul pe capătul celuilalt și etanșate unul față de altul prin niște 23 garnituri termorezistente 15, amplasate pe margini. Primul modul se amplasează pe fundul instalației, sub acesta, iar ultimul modul se închide la vârf de către capacul instalației 25 respective. în acest fel, instalația poate fi asamblată, de preferință din 10 sau mai multe module. întrucât este dificil să se proiecteze o astfel de instalație compozită, ca un vas de 27 presiune, sterilizarea acesteia și a substratului de cultivare înăuntru se realizează prin autoclavizare. în acest fel, înălțimea vasului este în primul rând dependentă de capacitatea 29 disponibilă a autoclavei. Ca urmare, aceasta trebuie limitată, în cele mai multe cazuri, la un volum de 500...1000 I. în timpul autoclavizării, vasul de fermentație este deschis, ceea ce 31 înseamnă că modulele sunt ușor ridicate unul față de altul (aproximativ 5 mm). Aceasta permite o încărcare bună cu vapori fierbinți, a interiorului vasului de fermentație, ceea ce 33 determină sterilizarea. Acest vas se închide strâns după autoclavizare.

Fiecare modul se echipează cu un inel exterior 16, care este proiectat pentru a aco- 35 peri golul dintre module, atunci când instalația este deschisă, pentru a evita contaminarea acesteia cu germeni exteriori, după autoclavizare și înainte de închidere, adică atunci când 37 instalația este preluată din autoclavă.

După ce vasul de fermentație se închide, dispozitivele de răcire 6, amplasate sub 39 bazele modulare, se conectează printr-un manșon 17, cu niște conducte 14 utilizate pentru alimentarea și drenarea lichidului de răcire. 41 într-o variantă preferată de proiectare, un substrat granular de cultivare, unde urmează a se dezvolta microorganismele, constă dintr-un strat cu grosimea de 5...6 cm. Un 43 număr de până la 10 astfel de straturi se așază unul peste altul. Substratul granular de cultivare, aranjat în straturi, este pus de fiecare dată pe un fund perforat și astfel pe un fund 45 permeabil la aer, sub care se află un inel (din conducta de cupru înfășurată), utilizat pentru evacuarea căldurii rezultate din substrat. Alimentarea cu aer sterilizat filtrat provine de jos. 47

RO 120977 Β1

Aerul este forțat să circule prin toate modulele (straturile substratului de cultivare), în mod uniform, datorită izolației laterale ermetice, înainte de a putea părăsi vasul din nou pe la capătul superior. La cel mai de jos modul, se află un strat saturat cu apă, de preferință, un SERAMIS granular, prin care aerul trece, pentru a fi astfel umezit.

Sterilizarea instalației, împreună cu substratul de cultivare deja introdus, se face de regulă cu vapori care se încălzesc până la 121 °C, de preferință, în autoclave, unde modulele separate sunt ridicate ușor unul față de altul, permițând aburului fierbinte să le penetreze.

Alte date utile:

- volumul..................................................... 500 I;

- cantitate de substrat de cultivare................................. 2501;

- volumul fluxului de aer...................................... 1500 l/h;

- puterea sistemului de răcire...................................2,5 KW.

în mod diferit de tipurile folosite până acum (dispozitiv de fermentare oscilant în stare solidă sau dispozitiv rotativ), unde trebuie să fie realizată o răsucire constantă a substratului de cultivare în vederea eliminării căldurii, o aerisire și o alimentare cu apă, nu mai este necesară micșorarea substratului prin folosirea metodei conform invenției. Depozitarea substratului de cultivare în rânduri de straturi, care sunt încorporate ca un tot de către o carcasă închisă, asigură următoarele avantaje:

- greutatea proprie a substratului de cultivare nu conduce la o densificare, și ca rezultat al acestui fapt, la o reducere a permeabilității la aer;

- instalarea unui dispozitiv de răcire sub fiecare modul permite o evacuare ușoară a căldurii;

- datorită grosimii relativ mici a modulelor ca și a spațiilor dintre module, se garantează o aerare uniformă a stratelor de substrat;

- întrucât aerarea substratului este folosită numai pentru alimentarea cu oxigen ca și pentru evacuarea gazelor generate și nu pentru răcirea substratului, este posibil să se lucreze cu un volum foarte scăzut al fluxului de aer, fapt ce nu mai conduce la o uscare a substratului pe măsură ce aerul se umezește;

- nemafiind necesară mișcarea substratului, distrugerea mecanică a structurilor fungice (sporangium, corp de fructificație etc.) poate fi evitată;

Se dă, mai jos, un exemplu de realizare a invenției.

Exemplu. Cultivarea în masă a speciei Beauveria brongniartii, în scopul obținerii conidiei fungice.

Utilajul de fermentare pentru cultivarea speciei Beauveria brongniartiiare o capacitate de circa 50 I. Vasul are un diametru de 30 cm și o înălțime de 70 cm. Carcasa exterioară este confecționată din sticlă termorezistentă. în utilaj se montează 8 module, ale căror funduri sunt confecționate din oțel inoxidabil, cu o deschidere de 3 mm. Distanța dintre bazele modulare este de 8 cm. Fundul inferior se umple cu un strat gros de 6 cm, din SERAMIS granular, iar cele 7 module de deasupra conțin ca substrat de cultivare grăunțe de orz sfărâmate. Grosimea stratului din substratul de cultură este de aproximativ 6 cm. Se folosesc în total 30 I de substrat de cultivare.

Vasul de fermentație se sterilizează cu o autoclavă. în acest scop, conținutul acestuia se încălzește cu vapori fierbinți la 12ΓΟ, timp de o jumătate de oră. Capacul vasului se deschide ușor, în timpul procesului de autoclavizare, în scopul accesului vaporilor în interiorul acestuia. Acesta se închide imediat după autoclavizare.

Utilajul de fermentare se umple până la stratul cel mai de sus al substratului de cultivare, cu apă sterilă de inoculare. în acest scop, se folosește o capsulă de 500 cm³, de tipul S+S-EXELON PES 20/5 HC (Schleicher und Schnell, Dassel). Ulterior, inoculantul se introduce printr-un orificiu, în capacul destinat operației respective. Inocularea instalației se

RO 120977 Β1 produce sub o cutie laminară. Inoculantul constă într-o suspensie de 100 ml de conidium cu 1 1x10³ conidii pe ml. După introducerea inoculantului peste stratul superior al substratului de cultivare, apa se drenează printr-o supapă, în fundul vasului. Toate straturile substratului se 3 contaminează uniform, cu conidii fungicide.

După inocularea vasului de fermentație, acesta se inoculează într-o cameră la o tem- 5 peratură de 20°C. Urmează o legătură cu alimentarea de aer ca și cu sistemul de răcire.

Fluxul de aer folosit pe tot parcursul procesului de fermentație este de 150 I pe oră. Drept 7 lichid de răcire, se folosește apa la o temperatură de alimentare de 17’C. Controlul răcirii se ajustează astfel încât lichidul de răcire se pompează prin inelul de răcire dacă se depășesc 9 22“C în substratul de cultivare și se continuă până răcirea se face din nou la 20°C. în această manieră se poate menține o temperatură medie a substratului de 21 °C, în timpul întregului 11 proces de cultivare.

Scopul cultivării este obținerea unui număr cât de mare posibil de conidii fungice. 13 Peretele din sticlă al instalației de fermentare permite o foarte bună observare a mersului cultivării, întregul substrat de cultivare se acoperă cu un micelium alb, în circa 10 zile. 15

Acest micelium își schimbă aspectul de la ziua a 13-a, ca urmare a creării de conidii și de conidiofori. acesta s-a transformat într-o structură pulverulentă. Vasul de fermentare 17 prezintă o descreștere clară a activității metabolice, după circa 19 zile. Evoluția căldurii este descendentă ceea ce reduce în mod clarfrecvența răcirii. Substratul de cultivare este preluat 19 după 21 zile după inocularea fermentatorului, iar conidiile se extrag printr-o tehnică de filtrare specială, din substratul de cultivare, care ulterior se crește complet cu Beauveria brogniartii. 21

Din fermentatorul modular s-ar putea extrage o cantitate totală de 3,3x10¹³ conidii.

Claims (15)

1. Revendicări

   1. Utilaj de fermentare în stare solidă, caracterizat prin aceea că se prezintă sub forma unui fermentator modular, care are cel puțin două baze modulare (4), permeabile la 27 aer și apă, aranjate una peste alta, și astfel conectate la peretele vasului, încât nici apa, nici aerul nu pot trece prin părțile laterale, un substrat de cultivare (5), amplasat pe bazele 29 modulare pentru microorganismele ce urmează a fi cultivate, un dispozitiv de răcire (6), montat sub fiecare bază modulară și un capac de închidere a fermentatorului (1). 31
2. 2. Utilaj de fermentare, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că fermentatorul se prezintă ca un container sub formă cilindrică, ovală, dreptunghiulară sau altă confi- 33 gurație unghiulară, cu cel puțin un orificiu (3) pentru inoculum.
3. 3. Utilaj de fermentare, conform revendicării 1 sau 2, caracterizat prin aceea că este 35 prevăzut cu niște placi metalice, având o conductibilitate termică mare, care pătrund din dispozitivul de răcire prin bazele modulare (4), în substratul de cultivare (5). 37
4. 4. Utilaj conform oricăreia din revendicările de la 1 la 3, caracterizat prin aceea că este prevăzut cu o aducție de apă (8) pe fermentator, o aducție de aer (7) și o evacuare de 39 apă (9) pe fundul vasului de fermentare, ca și un orificiu pe capac (1), pentru ieșirea aerului (2), niște baze modulare (4), umplute cu substrat de cultivare (5), plasate una peste alta, 41 pentru care, în interiorul fermentatorului, se montează niște inele sau dispozitive de diferite forme (11), pentru sprijinirea bazelor modulare (4), echipate cu o garnitură termorezistentă 43 (10), bazele modulare (4) având o margine (12) a cărei înălțime depinde de grosimea stratului din substratul de cultivare, ca și niște dispozitive de răcire (6), conectate la un racord 45 rapid (13), la niște conducte (14) pentru descărcarea și încărcarea cu lichid de răcire, amplasate în afara fermentatorului. 47

   RO 120977 Β1
5. 5. Utilaj de fermentare, conform revendicării 4, caracterizat prin aceea că aducția de apă (8) se montează pe fundul sau pe capacul fermentatorului.
6. 6. Utilaj de fermentare, conform uneia din revendicările de la 1 la 5, caracterizat prin aceea că este prevăzut cu un orificiu pentru inoculum, practicat în capac, și dacă este necesar, cu alte orificii pentru inoculare, aranjate între bazele modulare.
7. 7. Utilaj conform oricăreia din revendicările de la 1 la 3, caracterizat prin aceea că acesta cuprinde mai multe containere cilindrice, ovale sau prismatice, care servesc drept module, aranjate unul peste altul, astfel încât primul container este sprijinit pe fundul fermentatorului, iar ultimul este închis cu capacul (1), containerele fiind etanșate, unul față de altul, cu niște garnituri termorezistente (15), echipate cu un inel exterior (16), fiecare dintre containere incluzând o bază (4) permeabilă la aer și apă, pe care substratul de cultivare (5) este amplasat și sub care se află dispozitivul de răcire (6), conectat printr-un manșon (17) cu conductele pentru încărcare și descărcare (14) ale lichidului de răcire, amplasate în afara fermentatorului.
8. 8. Utilaj de fermentare, conform uneia din revendicările de la 1 la 7, caracterizat prin aceea că substratul de cultivare este poros, granulat cu o soluție nutritivă adăugată sau materiale granulare naturale.
9. 9. Utilaj de fermentare, conform revendicării 6, caracterizat prin aceea că materialele granulare naturale sunt cerealele, peletele de tărâțe sau deșeurile din producția de zahăr.
10. 10. Utilaj de fermentare, conform uneia din revendicările de la 1 la 9, caracterizat prin aceea că are un strat de umezire, care se află cel puțin pe baza modulară cea mai de jos.
11. 11. Utilaj de fermentare, conform revendicării 10, caracterizat prin aceea că stratul de umezire este un material granular capabil să absoarbă apa, cu un volum poros extrem de mare.
12. 12. Utilaj de fermentare, conform oricăreia din revendicările precedente, caracterizat prin aceea că, în cazul producerii unei mari cantități de căldură în procesul de fermentare, dispozitivele de răcire (6) se pot monta la o anumită distanță deasupra bazelor modulare (4), paralel cu acestea, astfel încât respectivele dispozitive (6) să se afle în mijlocul stratului din substratul de cultivare (5).
13. 13. Procedeu de fermentare în stare solidă, folosind o instalație conform uneia din revendicările 1...12, caracterizat prin aceea că un substrat de cultivare ce este pe mai multe baze modulare în fermentator este inoculat uniform, traversat complet de către un volum de flux de aer, scăzut, a cărui temperatură optimă se ajustează cu ajutorul unui sistem de răcire adecvat procedurii respective de cultivare.
14. 14. Procedeu conform revendicării 13, caracterizat prin aceea că realizează inocularea cu microorganismul care urmează să se multiplice, prin umplerea cu apă a instalației de fermentare, la care se adaugă germeni într-o cantitate suficientă și într-o manieră prin care toate straturile sunt traversate și inoculate uniform, în timpul umplerii, cât și al descărcării.
15. 15. Procedeu conform uneia din revendicările de la 11 la 14, caracterizat prin aceea că se realizează o dimensionare a capacității de răcire în funcție de volumul substratului de cultivat, astfel încât întreaga cantitate de căldură de reacție provenind din substratul de cultivare să fie evacuată.