[go: up one dir, main page]

RU2644193C1 - Method for management of aerobic microorganisms biomass production - Google Patents

Method for management of aerobic microorganisms biomass production Download PDF

Info

Publication number
RU2644193C1
RU2644193C1 RU2016149617A RU2016149617A RU2644193C1 RU 2644193 C1 RU2644193 C1 RU 2644193C1 RU 2016149617 A RU2016149617 A RU 2016149617A RU 2016149617 A RU2016149617 A RU 2016149617A RU 2644193 C1 RU2644193 C1 RU 2644193C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
temperature
culture
water
steam
cold
Prior art date
Application number
RU2016149617A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Анатольевич Шевцов
Ольга Сергеевна Корнеева
Инна Вячеславовна Мажулина
Татьяна Николаевна Тертычная
Анна Александровна Толкачева
Владислав Александрович Анненков
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный университет инженерных технологий" (ФГБОУ ВО "ВГУИТ")
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 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный университет инженерных технологий" (ФГБОУ ВО "ВГУИТ") filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный университет инженерных технологий" (ФГБОУ ВО "ВГУИТ")
Priority to RU2016149617A priority Critical patent/RU2644193C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2644193C1 publication Critical patent/RU2644193C1/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12MAPPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M1/00Apparatus for enzymology or microbiology
    • C12M1/02Apparatus for enzymology or microbiology with agitation means; with heat exchange means
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12MAPPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M1/00Apparatus for enzymology or microbiology
    • C12M1/36Apparatus for enzymology or microbiology including condition or time responsive control, e.g. automatically controlled fermentors
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N1/00Microorganisms, e.g. protozoa; Compositions thereof; Processes of propagating, maintaining or preserving microorganisms or compositions thereof; Processes of preparing or isolating a composition containing a microorganism; Culture media therefor
    • C12N1/20Bacteria; Culture media therefor
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12QMEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q3/00Condition responsive control processes

Landscapes

  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)

Abstract

FIELD: biotechnology.
SUBSTANCE: method for management of aerobic microorganisms' biomass production is proposed. The method includes setting the steam generator output at the ejector inlet, steam ejector refrigeration machine ejection rate, the measured values of inlet and outlet water temperatures of the cold receiver, coolant temperature in the cold receiver and the inlet water flow to the cold receiver are used to determine the value of the heat transfer coefficient from the coolant to water and control the temperature of cold water by influencing the heat transfer coefficient. If the temperature of cold water supplied to the inoculant cooling jacket and the finished culture collectors cooling system is higher than 10°C, the heat transfer coefficient is increased, and if the cold water temperature deviates below 7°C, the heat transfer coefficient is reduced, and the temperature of the warm water supplied from the condenser to the fermenter jacket is set and the concentration of the finished culture is stabilized according to the optical density of the finished culture.
EFFECT: increased accuracy and reliability of management of anaerobic microorganisms biomass production, reduced specific energy inputs and increased yield of the finished product.
1 dwg, 2 ex

Description

Изобретение относится к автоматизации технологических процессов и может быть использовано при автоматизации процесса аэробной глубинной ферментации при выращивании культур микроорганизмов и продуцентов ферментов в микробиологической, медицинской, фармацевтической и пищевой промышленности.The invention relates to the automation of technological processes and can be used to automate the process of aerobic deep fermentation when growing cultures of microorganisms and producers of enzymes in the microbiological, medical, pharmaceutical and food industries.

Известны различные способы производства биомассы аэробных микроорганизмов [Пат. РФ 2021351 C1, C12N 5/00, С12С 3/06; Пат. РФ 2021353 С1, C12N 5/00, С12С 3/06; Ферментационные аппараты для процессов микробиологического синтеза / А.Ю. Винаров, Л.С. Гордеев, А.А. Кухаренко, В.И. Панфилов // М.: ДеЛи принт, 2005. - 191 с., Пат. РФ 2322488 С2, C12N 1/00, С12М 1/00, опубл. 20.04.2008].There are various methods for the production of biomass of aerobic microorganisms [US Pat. RF 2021351 C1, C12N 5/00, C12C 3/06; Pat. RF 2021353 C1, C12N 5/00, C12C 3/06; Fermentation apparatus for microbiological synthesis processes / A.Yu. Vinarov, L.S. Gordeev, A.A. Kukharenko, V.I. Panfilov // M .: DeLi print, 2005 .-- 191 p., Pat. RF 2322488 C2, C12N 1/00, C12M 1/00, publ. 04/20/2008].

Общим недостатком известных способов является то, что они не предусматривают оперативного управления параметрами на всех этапах производства биомассы аэробных микроорганизмов, что не позволяет решать задачи энергосбережения при выращивании культур микроорганизмов с максимальной рекуперацией и утилизацией вторичных энергоресурсов в замкнутых термодинамических циклах по материальным и энергетическим потокам.A common disadvantage of the known methods is that they do not provide for the operational control of parameters at all stages of the production of biomass of aerobic microorganisms, which does not allow solving energy conservation problems when growing microorganism cultures with maximum recovery and utilization of secondary energy resources in closed thermodynamic cycles in material and energy flows.

Известен способ управления непрерывным процессом получения биомассы метанокисляющих микроорганизмов [Пат. РФ 2064016, C12N 1/00], осуществляемым в ферментере при регулируемом объеме, рН и температуре среды выращивания; регулируемой подаче всех компонентов питания микроорганизмов и технологической воды; регулируемом отборе суспензии, содержащей биомассу, из ферментера; регулировании давления в ферментере и потока подаваемой в ферментер отработанной среды после концентрирования биомассы; регулируемой величине газовых и жидкостных потоков, содержащих компоненты питания микроорганизмов с ограничениями, обусловленными условиями безопасности и эффективной энергетической утилизации отходящих газов; регулируемом соотношении потоков отбираемой из ферментера суспензии, содержащей биомассу, и возвращаемой в ферментер отработанной среды после концентрирования, добиваясь роста величины потока, стабилизирующего рН.A known method of controlling a continuous process for producing biomass of methane-oxidizing microorganisms [US Pat. RF 2064016, C12N 1/00], carried out in a fermenter with an adjustable volume, pH and temperature of the growing medium; regulated supply of all components of the nutrition of microorganisms and process water; controlled selection of a suspension containing biomass from the fermenter; regulating the pressure in the fermenter and the flow of the spent medium supplied to the fermenter after concentration of the biomass; the regulated amount of gas and liquid flows containing components of microorganism nutrition with restrictions due to safety conditions and efficient energy utilization of exhaust gases; adjustable flow ratio of a biomass-containing suspension taken from the fermenter and returned to the fermenter of the spent medium after concentration, achieving an increase in the pH stabilizing flux.

Однако в способе не реализованы основные принципы энергосбережения, связанные с рециркуляцией теплоносителей в замкнутых термодинамических циклах при их многократном использовании; не созданы условия для повышения тепловой эффективности, поскольку не предусмотрена подготовка холодной и теплой воды для реализации процесса производства биомассы аэробных микроорганизмов с применением теплонасосных технологий, в частности пароэжекторной холодильной машины, работающей в режиме теплового насоса; исключена возможность максимальной рекуперации и утилизации вторичных энергоресурсов.However, the method does not implement the basic principles of energy conservation associated with the recirculation of coolants in closed thermodynamic cycles during their repeated use; no conditions have been created for increasing thermal efficiency, since cold and warm water is not provided for the implementation of the process of biomass production of aerobic microorganisms using heat pump technologies, in particular a steam ejector refrigeration machine operating in the heat pump mode; the possibility of maximum recovery and utilization of secondary energy resources is excluded.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому является способ производства биомассы аэробных микроорганизмов [Пат. 2484129, Российская Федерация, МПК7 С12М 1/00, C12N 1/00, С12М 1/36. Способ производства биомассы аэробных микроорганизмов [Текст] / Корнеева О.С., Шевцов А.А., Черемушкина И.В., Мажулина И.В., Черенков Д.А.; заявитель и патентообладатель Воронеж. гос. универ. инженерных технол. - №2012118115/10; заявл. 03.05.2012; опубл. 10.06.2013; Бюл. №16], предусматривающий приготовление жидкой посевной культуры в инокуляторе с охлаждающей рубашкой; выращивание культуры микроорганизма в ферментере с обогревающей рубашкой; хранение готовой культуры микроорганизма в сборниках готовой культуры с системой охлаждения; подготовку холодной воды с температурой 7…10°С и теплой воды с температурой 27…47°С в пароэжекторной холодильной машине, состоящей из эжектора, испарителя, холодоприемника, конденсатора, терморегулирующего вентиля, сборника отработанной воды, парогенератора с электронагревательными элементами и предохранительным клапаном, насоса подачи воды в парогенератор, насоса рециркуляции хладагента через холодоприемник, работающих по замкнутому термодинамическому циклу; использование части полученного в парогенераторе пара для предварительной стерилизации инокулятора, ферментера и сборников готовой культуры; подачу «холодной» воды в охлаждающую рубашку инокулятора и систему охлаждения сборников готовой культуры и «теплой» воды в обогревающую рубашку ферментера с образованием контуров рециркуляции по материальным и тепловым потокам.The closest in technical essence and the achieved effect to the proposed is a method for the production of biomass of aerobic microorganisms [Pat. 2484129, Russian Federation, IPC 7 С12М 1/00, C12N 1/00, С12М 1/36. Method for the production of biomass of aerobic microorganisms [Text] / Korneeva OS, Shevtsov AA, Cheremushkina IV, Mazhulina IV, Cherenkov D.A .; Applicant and patent holder Voronezh. state University. engineering technol. - No. 2012118115/10; declared 05/03/2012; publ. 06/10/2013; Bull. No. 16], providing for the preparation of a liquid seed culture in the inoculator with a cooling jacket; growing a microorganism culture in a heating jacket fermenter; storage of the finished culture of the microorganism in the collections of the finished culture with a cooling system; preparation of cold water with a temperature of 7 ... 10 ° C and warm water with a temperature of 27 ... 47 ° C in a steam ejector chiller consisting of an ejector, an evaporator, a cold receiver, a condenser, a thermostatic valve, a waste water collector, a steam generator with electric heating elements and a safety valve, a pump for supplying water to a steam generator, a refrigerant recirculation pump through a cold receiver, operating in a closed thermodynamic cycle; the use of a portion of the steam obtained in the steam generator for pre-sterilization of the inoculator, fermenter and collections of the finished culture; the supply of “cold” water to the cooling jacket of the inoculator and the cooling system of the collections of the finished culture and “warm” water to the heating jacket of the fermenter with the formation of recirculation circuits for material and heat flows.

Известный способ не обеспечивает точность и надежность управления технологическими параметрами, не позволяет увеличить выход готовой биомассы с максимальной активностью из-за отсутствия системы стабилизации абиотических факторов, и, прежде всего, концентрации получаемой микробной биомассы в условиях случайных возмущений, обусловленных возможным неравномерным распределением газовой фазы по всей массе культуры в ферментере и технологическими сбоями в работе вспомогательного оборудования.The known method does not provide accuracy and reliability of control of technological parameters, does not allow to increase the yield of finished biomass with maximum activity due to the lack of a stabilization system for abiotic factors, and, first of all, the concentration of the resulting microbial biomass under random disturbances caused by a possible uneven distribution of the gas phase over the whole mass of culture in the fermenter and technological malfunctions in the work of auxiliary equipment.

В способе не предусмотрено использование оперативной информации с объекта управления для регулирования температурных режимов непрерывного аэробного культивировании биомассы в ферментере, стабилизации режимов хранения готовой культуры в сборниках для хранения, а также для подготовки теплоносителей разного температурного потенциала в пароэжекторной холодильной машине, работающей в режиме теплового насоса, что не гарантирует изменение параметров в пределах заданных значений и не создает оптимальных условий роста и размножения микроорганизмов с минимальными энергетическими затратами.The method does not provide for the use of operational information from the control object for regulating the temperature conditions of continuous aerobic cultivation of biomass in the fermenter, stabilizing the storage conditions of the finished culture in storage tanks, as well as for preparing coolants of different temperature potentials in a steam ejector refrigeration machine operating in the heat pump mode, which does not guarantee a change in the parameters within the specified values and does not create optimal conditions for the growth and reproduction of microns organisms with minimal energy consumption.

Технической задачей изобретения является повышение точности и надежности управления процессом производства биомассы аэробных микроорганизмов, снижение удельных энергозатрат и повышение выхода готовой культуры.An object of the invention is to increase the accuracy and reliability of controlling the process of biomass production of aerobic microorganisms, reducing specific energy consumption and increasing the yield of the finished culture.

Для решения технической задачи изобретения в способе управления процессом производства биомассы аэробных микроорганизмов, предусматривающем приготовление жидкой посевной культуры в инокуляторе с охлаждающей рубашкой и мешалкой; выращивание культуры микроорганизма в ферментере с обогревающей рубашкой и мешалкой; хранение готовой культуры микроорганизма в сборниках готовой культуры с системой охлаждения; подготовку холодной воды с температурой 7…10°С и теплой воды с температурой 27…47°С в пароэжекторной холодильной машине, состоящей из эжектора, испарителя, холодоприемника, конденсатора, терморегулирующего вентиля, сборника отработанной воды, парогенератора с электронагревательными элементами и предохранительным клапаном, насоса подачи воды в парогенератор, насоса рециркуляции хладагента через холодоприемник, работающих по замкнутому термодинамическому циклу; использование части полученного в парогенераторе пара для предварительной стерилизации инокулятора, ферментера и сборников готовой культуры; подачу холодной воды в охлаждающую рубашку инокулятора и систему охлаждения сборников готовой культуры и теплой воды в обогревающую рубашку ферментера с образованием контуров рециркуляции по материальным и тепловым потокам, новым является то, что измеряют температуру приготовления жидкой посевной культуры в инокуляторе; температуру выращивания культуры микроорганизма в ферментере; паропроизводительность парогенератора; расход пара из парогенератора на предварительную стерилизацию инокулятора, ферментера и сборников готовой культуры; оптическую плотность готовой культуры; расход рабочего пара в эжектор; величину разрежения в испарителе и расход эжектируемого пара из испарителя, уровень и температуру хладагента в испарителе, уровень и давление воды в парогенераторе; температуру холодной воды до и после холодоприемника; расход воды, подаваемой в охлаждающую рубашку инокулятора и систему охлаждения сборников готовой культуры; температуру смеси рабочего и эжектируемого паров до и после конденсатора; температуру теплой воды, подаваемой в рубашку ферментера; устанавливают заданную паропроизводительность парогенератора на входе в эжектор воздействием на мощность электронагревательных элементов парогенератора и коэффициент эжекции пароэжекторной холодильной машины воздействием на соотношение расходов рабочего и эжектируемого пара путем изменения расхода эжектируемого пара; по измеренным значениям температуры воды на входе и выходе из холодоприемника, температуры хладагента в холодоприемнике, а также расходу холодной воды, подаваемой в охлаждающую рубашку инокулятора и систему охлаждения сборников готовой культуры, определяют значение коэффициента теплопередачи от хладагента к воде через охлаждающую поверхность холодоприемника и осуществляют регулирование температуры холодной воды воздействием на коэффициент теплопередачи; причем при отклонении температуры холодной воды, подаваемой в охлаждающую рубашку инокулятора и систему охлаждения сборников готовой культуры, выше 10°С увеличивают коэффициент теплопередачи воздействием на увеличение расхода хладагента в контуре рециркуляции из испарителя через холодоприемник в испаритель, а при отклонении температуры холодной воды ниже 7°С уменьшают коэффициент теплопередачи воздействием на уменьшение расхода хладагента в контуре рециркуляции из испарителя через холодоприемник в испаритель; устанавливают температуру теплой воды, подаваемой в рубашку ферментера из конденсатора, воздействием на коэффициент эжекции путем изменения расхода рабочего пара на входе в эжектор с коррекцией по температуре выращивания культуры микроорганизма в ферментере; и стабилизируют концентрацию готовой культуры по оптической плотности готовой культуры воздействием на частоту вращения мешалки ферментера.To solve the technical problem of the invention, in a method for controlling the process of biomass production of aerobic microorganisms, the preparation of a liquid seed culture in an inoculator with a cooling jacket and mixer; growing a microorganism culture in a fermenter with a heating jacket and stirrer; storage of the finished culture of the microorganism in the collections of the finished culture with a cooling system; preparation of cold water with a temperature of 7 ... 10 ° C and warm water with a temperature of 27 ... 47 ° C in a steam ejector chiller, consisting of an ejector, an evaporator, a cold receiver, a condenser, a thermostatic valve, a waste water collector, a steam generator with electric heating elements and a safety valve, a pump for supplying water to a steam generator, a refrigerant recirculation pump through a cold receiver, operating in a closed thermodynamic cycle; the use of a portion of the steam obtained in the steam generator for pre-sterilization of the inoculator, fermenter and collections of the finished culture; the supply of cold water to the cooling jacket of the inoculator and the cooling system of the collections of the finished culture and warm water to the heating jacket of the fermenter with the formation of recirculation circuits for material and heat flows, new is that the temperature of preparation of the liquid seed culture in the inoculator is measured; the temperature of the culture of the microorganism in the fermenter; steam output of a steam generator; steam consumption from the steam generator for preliminary sterilization of the inoculator, fermenter and ready-made culture collectors; optical density of the finished culture; working steam consumption in the ejector; the amount of vacuum in the evaporator and the flow rate of the ejected steam from the evaporator, the level and temperature of the refrigerant in the evaporator, the level and pressure of water in the steam generator; cold water temperature before and after the cold receiver; the flow rate of water supplied to the cooling jacket of the inoculator and the cooling system of the collections of the finished culture; temperature of the mixture of working and ejected vapors before and after the condenser; the temperature of the warm water supplied to the jacket of the fermenter; set the desired steam capacity of the steam generator at the inlet of the ejector by affecting the power of the electric heating elements of the steam generator and the ejection coefficient of the steam ejector chiller by affecting the ratio of the working and ejected steam by changing the flow rate of the ejected steam; From the measured values of the temperature of the water entering and leaving the cold receiver, the temperature of the refrigerant in the cold receiver, as well as the flow rate of cold water supplied to the inoculator cooling jacket and the cooling system of the finished culture collectors, the value of the heat transfer coefficient from the refrigerant to the water through the cooling surface of the cold receiver is determined and the regulation cold water temperature effect on the heat transfer coefficient; moreover, when the temperature of the cold water supplied to the inoculator cooling jacket and the cooling system of the finished culture tanks deviates above 10 ° C, the heat transfer coefficient is increased by influencing the increase in the refrigerant flow in the recirculation circuit from the evaporator through the cold receiver to the evaporator, and when the temperature of the cold water deviates below 7 ° C reduce the heat transfer coefficient by affecting the decrease in the flow of refrigerant in the recirculation loop from the evaporator through the cold receiver to the evaporator; set the temperature of warm water supplied to the fermenter jacket from the condenser by affecting the ejection coefficient by changing the flow rate of the working steam at the inlet of the ejector with a correction for the temperature of growing the microorganism culture in the fermenter; and stabilize the concentration of the finished culture by the optical density of the finished culture by affecting the frequency of rotation of the stirrer of the fermenter.

Технический результат изобретения заключается в повышении точности и надежности управления процессом производства биомассы аэробных микроорганизмов, снижении удельных энергозатрат и повышении выхода готовой культуры.The technical result of the invention is to increase the accuracy and reliability of controlling the process of biomass production of aerobic microorganisms, reduce specific energy consumption and increase the yield of the finished culture.

На фиг.1 представлена схема, реализующая предлагаемый способ управления.Figure 1 presents a diagram that implements the proposed control method.

Схема содержит ферментер 1 с обогревающей рубашкой 2, устройствами перемешивания 3 и аэрации 4; инокулятор 5 с охлаждающей рубашкой 6, устройствами перемешивания 7 и аэрации 8; сборники готовой культуры 9 с системой охлаждения 10; сборник отработанной воды и конденсата 11; парогенератор 12 с электронагревательными элементами 13 и предохранительным клапаном 14; эжектор 15; конденсатор 16; терморегулирующий вентиль 17; испаритель 18; холодоприемник 19; насосы 20, 21, 22, 23, 24; микропроцессор 25; линии материальных потоков: 0.1 - стерильного воздуха; 0.2 - выхлопа отработанного стерильного воздуха; 1.0 - холодной воды; 1.1 - отработанной воды; 1.2 - воды в холодоприемник; 1.3 - рециркуляции хладагента через холодоприемник; 1.4 - воды в конденсатор; 1.5 - теплой воды в ферментер; 2.0 - рабочего пара; 2.1 - пара в инокулятор и ферментер; 2.2 - эжектируемого пара хладагента; 2.3 - смеси рабочего и эжектируемого паров; 2.4 - конденсата; 2.5 - сброса давления; 3.1 - питательной среды; 3.2 - посевного материала; 3.3 - передавливания жидкой посевной культуры; 3.4 - готовой культуры микроорганизмов; датчики: ТЕ - температуры, FE - расхода; ρЕ - оптической плотности; РЕ - давления, разрежения; И - исполнительные механизмы.The circuit contains a fermenter 1 with a heating jacket 2, mixing devices 3 and aeration 4; inoculator 5 with a cooling jacket 6, mixing devices 7 and aeration 8; collections of finished culture 9 with a cooling system 10; a collection of waste water and condensate 11; a steam generator 12 with electric heating elements 13 and a safety valve 14; ejector 15; capacitor 16; thermostatic valve 17; evaporator 18; cold receiver 19; pumps 20, 21, 22, 23, 24; microprocessor 25; material flow lines: 0.1 - sterile air; 0.2 - exhaust exhaust sterile air; 1.0 - cold water; 1.1 - waste water; 1.2 - water in the cold receiver; 1.3 - refrigerant recirculation through a cold receiver; 1.4 - water to the condenser; 1.5 - warm water in the fermenter; 2.0 - working steam; 2.1 - a pair of inoculator and fermenter; 2.2 - ejected refrigerant vapor; 2.3 - a mixture of working and ejected vapor; 2.4 - condensate; 2.5 - pressure relief; 3.1 - nutrient medium; 3.2 - seed; 3.3 - squeezing liquid sowing culture; 3.4 - finished culture of microorganisms; sensors: TE - temperature, FE - flow; ρЕ - optical density; RE - pressure, vacuum; And - actuators.

Производство биомассы аэробных микроорганизмов начинают с приготовления жидкой посевной культуры в инокуляторе 5 с охлаждающей рубашкой 6, устройствами перемешивания 7 и аэрации 8.The production of biomass of aerobic microorganisms begins with the preparation of a liquid seed culture in the inoculator 5 with a cooling jacket 6, mixing devices 7 and aeration 8.

Образовавшуюся жидкую посевную культуру в инокуляторе 5 культивируют при рН 4,2…4,5 и температуре 31…32°С до достижения фазы экспоненциального роста в течение 12…36 час, обеспечивая ее однородность посредством перемешивающего устройства 7.The resulting liquid seed culture in the inoculator 5 is cultivated at a pH of 4.2 ... 4.5 and a temperature of 31 ... 32 ° C until the exponential growth phase is reached within 12 ... 36 hours, ensuring its uniformity by means of a mixing device 7.

По истечении времени культивирования жидкую посевную культуру передавливают стерильным воздухом через линию передавливания 3.3 из инокулятора 5 в предварительно стерилизованный ферментер 1 в количестве 3…10% от количества питательной среды, которой заполняют 7/10 его объема.After the cultivation time, the liquid seed culture is pushed with sterile air through the transfer line 3.3 from the inoculator 5 to the pre-sterilized fermenter 1 in the amount of 3 ... 10% of the amount of nutrient medium, which is filled with 7/10 of its volume.

В ферментере 1 осуществляют выращивание культуры микроорганизма с температурой ферментации 28…40°С в течение 96…120 часов при непрерывной аэрации стерильным воздухом через устройство аэрации 3, механическом перемешивании с помощью перемешивающего устройства 4 и подаче «теплой» воды по линии 1.3 в обогревающую рубашку 2.In the fermenter 1, a microorganism culture is grown with a fermentation temperature of 28 ... 40 ° C for 96 ... 120 hours with continuous aeration with sterile air through an aeration device 3, mechanical stirring with a stirring device 4 and the supply of “warm” water through line 1.3 to the heating jacket 2.

После ферментации готовую культуру микроорганизма из ферментера с помощью насоса 20 подают по линии 3.4 в предварительно стерилизованные сборники готовой культуры 9 с системой охлаждения 10, где поддерживают температуру культуры на уровне 8…12°С.After fermentation, the finished culture of the microorganism from the fermenter using a pump 20 is fed through line 3.4 to pre-sterilized collections of the finished culture 9 with a cooling system 10, where the culture temperature is maintained at the level of 8 ... 12 ° С.

Для подготовки холодной и теплой воды используют пароэжекторную холодильную машину, работающую в режиме теплового насоса, состоящую из эжектора 15; испарителя 18; холодоприемника 19; конденсатора 16; терморегулирующего вентиля 17; сборника отработанной воды 11, парогенератора 12 с теплонагревательными элементами 13 и предохранительным клапаном 14; насоса подачи воды в парогенератор 22; насоса рециркуляции хладагента через холодоприемник 23, работающих по замкнутому термодинамическому циклу.To prepare cold and warm water, a steam ejector refrigeration machine is used, operating in the heat pump mode, consisting of an ejector 15; evaporator 18; cold receiver 19; capacitor 16; thermostatic valve 17; a waste water collector 11, a steam generator 12 with heat elements 13 and a safety valve 14; a pump for supplying water to the steam generator 22; refrigerant recirculation pump through a cold receiver 23 operating in a closed thermodynamic cycle.

При этом в парогенераторе 12 посредством электронагревательных элементов 13 получают острый пар, одну часть которого в качестве рабочего пара под давлением 0,05…0,06 МПа по линии 2.0 подают в сопло эжектора 15, вовлекая по линии 2.2 эжектируемые пары хладагента, в качестве которого используют воду, из испарителя 18 и создают в нем пониженное давление 0,0009…0,001 МПа с температурой кипения хладагента 4…7°С. За счет рецируляции хладагента по линии 1.3 через холодоприемник 19 получают холодную воду с температурой 1…10°С путем рекуперативного теплообмена между хладагентом и водой, подаваемой по линии 1.3 в холодоприемник 19 из сборника 11 с помощью насоса 22.At the same time, in the steam generator 12, by means of electric heating elements 13, sharp steam is obtained, one part of which as a working steam under pressure 0.05 ... 0.06 MPa is fed through line 2.0 to the ejector nozzle 15, involving ejected refrigerant vapors along line 2.2, as which they use water from the evaporator 18 and create a reduced pressure in it of 0.0009 ... 0.001 MPa with a boiling point of refrigerant of 4 ... 7 ° С. Due to the recirculation of the refrigerant along line 1.3, cold water with a temperature of 1 ... 10 ° C is obtained through the cold receiver 19 by means of recuperative heat exchange between the refrigerant and the water supplied through line 1.3 to the cold receiver 19 from the collector 11 using a pump 22.

Полученную холодную воду из холодоприемника 19 по линии 1.0 подают в охлаждающую рубашку 6 инокулятора 5 и систему охлаждения 10 сборников готовой культуры 9.Received cold water from the cold receiver 19 through line 1.0 is fed into the cooling jacket 6 of the inoculator 5 and the cooling system 10 of the collections of the finished culture 9.

Образовавшуюся после эжектора 15 смесь паров хладагента и рабочего пара по линии 2.3 направляют в конденсатор 16. Процесс конденсации сопровождается выделением теплоты, при этом теплоту конденсации в конденсаторе 16 используют для получения «теплой» воды посредством рекуперативного теплообмена между водой, подаваемой из сборника 11 насосом 24 по линии 1.4 в конденсатор 16, и конденсирующими парами смеси в конденсаторе 16. Нагретую до температуры 27…47°С воду подают по линии 1.5 в обогревающую рубашку 2 ферментера 1.The mixture of refrigerant vapor and working steam formed after the ejector 15 is sent to the condenser 16 through line 2.3. The condensation process is accompanied by the release of heat, while the condensation heat in the condenser 16 is used to produce “warm” water through the regenerative heat exchange between the water supplied from the collector 11 by the pump 24 through line 1.4 to the condenser 16, and the condensing vapors of the mixture in the condenser 16. The water heated to a temperature of 27 ... 47 ° C is fed through line 1.5 to the heating jacket 2 of the fermenter 1.

Часть образовавшегося после конденсатора 16 водяного конденсата направляют через терморегулирующий вентиль 17 по линии 2.4 в испаритель 18 для пополнения в нем убыли воды, а другую избыточную часть конденсата выводят из замкнутого цикла пароэжекторной холодильной машины и вместе с отработанной водой после инокулятора 5, ферментера 1 и сборников готовой культуры 9 подают по линиям 1.1 в сборник отработанной воды 11, из которого одну часть воды направляют по линии 1.2 на пополнение убыли воды в парогенераторе 12, а другую ее часть по двум потокам 1.3 и 1.4 с помощью насоса 24 подают в холодоприемник 19 и конденсатор 16 пароэжекторной холодильной машины с образованием замкнутого цикла. При увеличении давления пара в парогенераторе срабатывает предохранительный клапан, осуществляющий сброс давления.A part of the water condensate formed after the condenser 16 is sent through a thermostatic valve 17 via line 2.4 to the evaporator 18 to replenish the water loss in it, and the other excess part of the condensate is removed from the closed cycle of the steam ejector refrigeration machine and together with the waste water after inoculator 5, fermenter 1 and collectors the finished culture 9 is fed through lines 1.1 to the waste water collector 11, from which one part of the water is sent via line 1.2 to replenish the loss of water in the steam generator 12, and the other part along two streams 1.3 and 1.4 using a pump 24 serves in the cold receiver 19 and the condenser 16 of the steam ejector refrigeration machine with the formation of a closed cycle. With increasing steam pressure in the steam generator, a safety valve is activated, which relieves pressure.

Информация о ходе приготовления жидкой посевной культуры в инокуляторе 5, о ходе выращивания культуры микроорганизма в ферментере 1, а также о подготовке холодной и теплой воды в пароэжекторной холодильной машине, работающей в режиме теплового насоса, с помощью датчиков передается в микропроцессор 18, который по заложенному в него программно-логическому алгоритму осуществляет оперативное управление технологическими параметрами посредством исполнительных механизмов с учетом накладываемых на них ограничений, обусловленных как высоким выходом готовой культуры, так и экономической целесообразностью.Information on the preparation of the liquid seed culture in the inoculator 5, on the growth of the culture of the microorganism in the fermenter 1, as well as on the preparation of cold and warm water in the steam ejector chiller operating in the heat pump mode, is transmitted using sensors to microprocessor 18, which in it, the program-logic algorithm provides operational control of technological parameters by means of actuators, taking into account the restrictions imposed on them, due to how high Exit ready culture, and economic feasibility.

Фактическую паропроизводительность парогенератора 12 устанавливает микропроцессор 25 воздействием на мощность электронагревательных элементов 13 из расчета необходимого количества пара для предварительной стерилизации инокулятора 5, ферментера 1 и сборников готовой культуры 9, а также на подготовку рабочего пара, подаваемого по линии 2.0 в эжектор 15 пароэжекторной холодильной машины для получения теплой и холодной воды в соответствии с балансовыми соотношениями из условия выполнения заданной производительности по готовой биомассе.The actual steam production of the steam generator 12 is established by the microprocessor 25 by affecting the power of the electric heating elements 13 based on the required amount of steam for preliminary sterilization of the inoculator 5, fermenter 1 and finished culture collectors 9, as well as on the preparation of working steam supplied via line 2.0 to the ejector 15 of the steam ejector refrigeration machine for obtaining warm and cold water in accordance with the balance ratios from the conditions for the performance of a given capacity for the finished biomass.

При этом микропроцессор 25 устанавливает коэффициент эжекции пароэжекторной холодильной машины воздействием на соотношение расходов рабочего пара, подаваемого в сопло эжектора по линии 2.0, и эжектируемого из испарителя по линии 2.2, путем изменения расхода рабочего пара и осуществляет контроль величины разрежения и температуры хладагента в испарителе 18.In this case, the microprocessor 25 sets the coefficient of ejection of the steam ejector chiller by influencing the ratio of the flow rate of the working steam supplied to the ejector nozzle through line 2.0 and that ejected from the evaporator through line 2.2 by changing the flow rate of the working steam and controls the rarefaction and temperature of the refrigerant in the evaporator 18.

Микропроцессор непрерывно определяет текущее значение коэффициента теплопередачи от хладагента к воде через охлаждающую поверхность холодоприемника 19 по формуле:The microprocessor continuously determines the current value of the heat transfer coefficient from the refrigerant to the water through the cooling surface of the cold receiver 19 according to the formula:

Figure 00000001
Figure 00000001

где Q=Vcρ(t1-t2) - количество теплоты, подаваемой потоком воды из сборника конденсата 11 насосом 24 в холодоприемник по линии 1.2, кДж/ч; с, ρ - средние значения теплоемкости, кДж/(кг⋅К), плотности, кг/м3 воды; V - объемный расход воды, подаваемой в холодоприемник, м3/ч; F - площадь теплообменной поверхности холодоприемника, м2; Δtcp=(t1-t2)/ln[(t1-t3)/(t2-t3)] - среднелогарифмический температурный напор, °С; t1, t2 - температура воды в линии 1.2 на входе и выходе в линии 1.0 из холодоприемника, °С; t3 - температура хладагента в холодоприемнике, °С,where Q = Vcρ (t 1 -t 2 ) is the amount of heat supplied by the flow of water from the condensate collector 11 by pump 24 to the cold receiver along line 1.2, kJ / h; s, ρ - average values of heat capacity, kJ / (kg⋅K), density, kg / m 3 of water; V is the volumetric flow rate of water supplied to the cold receiver, m 3 / h; F is the area of the heat exchange surface of the cold receiver, m 2 ; Δt cp = (t 1 -t 2 ) / ln [(t 1 -t 3 ) / (t 2 -t 3 )] - logarithmic temperature head, ° С; t 1, t 2 - the water temperature in the line 1.2 at the inlet and outlet line of 1.0 holodopriemnika, ° C; t 3 - temperature of the refrigerant in the cold receiver, ° C,

и осуществляет контроль температуры холодной воды на выходе из холодоприемника 19 в линии 1.0, причем при отклонении температуры холодной воды, подаваемой в охлаждающую рубашку 6 инокулятора 5 и систему охлаждения 10 сборников готовой культуры 9, выше 10°С микропроцессор 25 увеличивает коэффициент теплопередачи от хладагента к воде через охлаждающую поверхность холодоприемника 19 путем увеличения расхода хладагента в контуре рециркуляции 1.3 из испарителя 18 через холодоприемник 19 в испаритель 18 воздействием на увеличение мощности управляемого привода насоса 23, а при отклонении температуры холодной воды ниже 7°С микропроцессор 25 уменьшает коэффициент теплопередачи воздействием на уменьшение расхода хладагента в контуре рециркуляции 1.3 из испарителя 18 через холодоприемник 19 в испаритель 18.and monitors the temperature of cold water at the outlet of the cold receptacle 19 in line 1.0, and when the temperature of the cold water supplied to the cooling jacket 6 of the inoculator 5 and the cooling system 10 of the finished culture collector 9 deviates above 10 ° C, the microprocessor 25 increases the heat transfer coefficient from the refrigerant to water through the cooling surface of the cold receiver 19 by increasing the flow rate of the refrigerant in the recirculation circuit 1.3 from the evaporator 18 through the cold receiver 19 to the evaporator 18 by influencing the increase in the power controlled about the drive of the pump 23, and when the temperature of the cold water deviates below 7 ° C, the microprocessor 25 reduces the heat transfer coefficient by affecting the decrease in the flow of refrigerant in the recirculation loop 1.3 from the evaporator 18 through the cold receiver 19 to the evaporator 18.

Микропроцессор 25 устанавливает температуру теплой воды, подаваемой в рубашку 2 ферментера 1 из конденсатора 16 по линии 1.5, нагревание которой осуществляется посредством рекуперативного теплообмена между водой, подаваемой по линии 1.4, и конденсирующимися парами хладагента в линии 2.3. Изменяя коэффициент эжекции пароэжекторной холодильной машины путем изменения расхода рабочего пара в линии 2.0 на входе в эжектор 15, микропроцессор обеспечивает необходимое значение температуры «теплой» воды в линии 1.5. При этом температура теплой воды непрерывно корректируется по температуре выращивания культуры микроорганизма в ферментере 1. При отклонении температуры выращивания культуры микроорганизма в ферментере 1 как в сторону уменьшения, так и в сторону увеличения из-за возможных случайных возмущений микропроцессор воздействует на коэффициент эжекции, обеспечивая изменение температуры теплой воды в рубашку ферментера, и стабилизирует температуру ферментации в ферментере 1 в области заданных значений.The microprocessor 25 sets the temperature of the warm water supplied to the jacket 2 of the fermenter 1 from the condenser 16 via line 1.5, which is heated by means of regenerative heat exchange between the water supplied through line 1.4 and the condensing refrigerant vapors in line 2.3. By changing the coefficient of ejection of the steam ejector chiller by changing the flow rate of working steam in line 2.0 at the inlet to the ejector 15, the microprocessor provides the necessary value of the temperature of the “warm” water in line 1.5. In this case, the temperature of warm water is continuously adjusted according to the temperature of growing the culture of the microorganism in the fermenter 1. When the temperature of the growth of the culture of the microorganism in the fermenter 1 deviates both downward and upward due to possible random disturbances, the microprocessor affects the ejection coefficient, providing a temperature change warm water in the jacket of the fermenter, and stabilizes the fermentation temperature in the fermenter 1 in the set value region.

С целью эффективного перемешивания при непрерывном культивировании, обеспечивающего полную ликвидацию застойных зон в ферментере, микропроцессор непрерывно контролирует концентрацию готовой культуры в линии 3.4 по ее оптической плотности и создает оптимальные условия роста микроорганизмов. Стабилизация оптической плотности готовой культуры воздействием на частоту вращения мешалки ферментера 1 обеспечивает достаточный контакт между кислородом воздуха и жидкой средой и наилучшие дыхательные характеристики клеток популяции, что ведет к увеличению выхода биомассы.In order to effectively mix during continuous cultivation, which ensures the complete elimination of stagnant zones in the fermenter, the microprocessor continuously monitors the concentration of the finished culture in line 3.4 by its optical density and creates optimal conditions for the growth of microorganisms. The stabilization of the optical density of the finished culture by influencing the speed of the stirrer of the fermenter 1 provides sufficient contact between the oxygen of the air and the liquid medium and the best respiratory characteristics of the population cells, which leads to an increase in the biomass yield.

Информация о текущем значении уровня хладагента в испарителе 18 непрерывно передается в микропроцессор. При уменьшении уровня хладагента микропроцессор вырабатывает сигнал на увеличение расхода конденсата в испаритель 10 через терморегулирующий вентиль 17 в линии 2.4 и уменьшает расход конденсата при достижении уровня хладагента верхнего заданного значения.Information about the current value of the level of refrigerant in the evaporator 18 is continuously transmitted to the microprocessor. When the refrigerant level decreases, the microprocessor generates a signal to increase the condensate flow rate to the evaporator 10 through the thermostatic valve 17 in line 2.4 and reduces the condensate flow rate when the refrigerant level reaches the upper preset value.

Информация о текущем значении уровня конденсата в парогенераторе 12 передается в микропроцессор. При изменении уровня конденсата микропроцессор осуществляет двухпозиционное регулирование приводом питающего насоса 22, включает питающий насос при достижении уровня конденсата в парогенераторе нижнего заданного значения, осуществляя подачу воды из сборника конденсата по линии 1.2, и отключает его при достижении верхнего заданного значения.Information about the current value of the level of condensate in the steam generator 12 is transmitted to the microprocessor. When the condensate level changes, the microprocessor performs on-off control by the drive of the feed pump 22, turns on the feed pump when the condensate level in the steam generator reaches the lower set value, delivers water from the condensate collector along line 1.2, and turns it off when the upper set value is reached.

При увеличении давления насыщенного водяного пара в рабочем объеме парогенератора 12 выше допустимого микропроцессор осуществляет аварийный сброс давления по линии 2.5 через предохранительный клапан 14.When the pressure of saturated water vapor in the working volume of the steam generator 12 is increased above the permissible value, the microprocessor performs an emergency pressure relief via line 2.5 through the safety valve 14.

Примеры реализации способа управления процессом производства биомассы аэробных микроорганизмовExamples of the implementation of the method of controlling the process of biomass production of aerobic microorganisms

Способ управления процессом производства биомассы аэробных предусматривал подготовку жидкой посевной культуры в инокуляторе в следующем производственном цикле (в ч):The method of controlling the process of production of aerobic biomass provided for the preparation of a liquid seed culture in the inoculator in the following production cycle (in h):

Мойка и осмотр аппаратаCleaning and inspection 1,0-1,51.0-1.5 Проверка на герметичностьLeak test 0,5-1,00.5-1.0 Проверка давления и стерилизацияPressure check and sterilization 2,52.5 Загрузка питательной средойNutrient loading 0,50.5 Стерилизация питательной средыCulture Sterilization 1,51,5 Охлаждение и засев среды посевной культуройCrop cooling and inoculation 2,0-3,02.0-3.0 Выращивание жидкой посевной культурыGrowing liquid seed crops 12-3612-36 Передача посевной культуры в ферментерTransfer of the crop to the fermenter 0,50.5

Контроль и управление процессом выращивания культур микроорганизмов в ферментере аэробной глубинной ферментации с комбинированным подводом энергии: к газовой фазе для аэрации стерильным воздухом с помощью барботера и к жидкой фазе перемешиванием с помощью механической мешалки, обеспечивал дозированную подачу потоков питательной среды, инокулята (посевного материала), стерильного воздуха, «теплой» воды в обогревающую рубашку и высокую интенсивность массо- и энергообмена микробных клеток инокулята с питательной средой за счет стабилизации параметров процесса на уровне, требуемом для оптимального развития продуцента и образования целевого продукта. Из ферментера отводили отработанный воздух, отработанную воду и готовую культуру микроорганизмов в виде смеси, содержащей клетки, внеклеточные метобалиты и биомассу с остаточной концентрацией целевого продукта.Monitoring and control of the process of growing microbial cultures in an aerobic deep fermentation fermenter with a combined supply of energy: to the gas phase for aeration with sterile air using a bubbler and to the liquid phase by mixing with a mechanical stirrer, it provides a metered flow of nutrient medium, inoculum (seed), sterile air, “warm” water into the heating jacket and high intensity of mass and energy exchange of the inoculum microbial cells with the nutrient medium due to the stable tion process parameters on the level required for optimum development and producing the target product. The exhaust air, waste water and the finished culture of microorganisms were removed from the fermenter in the form of a mixture containing cells, extracellular metabolites and biomass with a residual concentration of the target product.

Производственный цикл ферментера составлял:The production cycle of the fermenter was:

Мойка и осмотр аппаратаCleaning and inspection 1,0-1,51.0-1.5 Проверка на герметичностьLeak test 0,5-1,00.5-1.0 Проверка давления и стерилизацияPressure check and sterilization 1,5-2.01.5-2.0 Заполнение питательной средойNutrient filling 4,0-4,54.0-4.5 ФерментацияFermentation 96-12096-120 Передача готовой культуры в расходные емкостиTransfer of finished culture to consumables 0,5-1.00.5-1.0

Процесс ферментации осуществлялся в вертикальном ферментере фирмы «Sartorius Stedim Biotech» серии BIOSTAT с рабочим объемом 100 л, предназначенным для выращивания микроорганизмов или культур клеток. Контроль над параметрами процесса осуществлялся с помощью микропроцессорной системы управления DCU (Digital Control Unit). Для стабилизации температурных режимов при приготовлении жидкой посевной культуры в инокуляторе, непосредственном выращивании культуры микроорганизмов в ферментере и охлаждении готовой культуры в приемных сборниках осуществляли подготовку «теплой» и «холодной» воды с использованием пароэжекторной холодильной машины, работающей в режиме теплового насоса, с технической характеристикой:The fermentation process was carried out in a vertical fermenter company "Sartorius Stedim Biotech" BIOSTAT series with a working volume of 100 l, intended for growing microorganisms or cell cultures. Control over process parameters was carried out using a microprocessor control system DCU (Digital Control Unit). To stabilize the temperature regimes when preparing a liquid seed culture in an inoculator, directly growing a culture of microorganisms in a fermenter and cooling the finished culture in receiving tanks, the preparation of “warm” and “cold” water was carried out using a steam ejector chiller operating in the heat pump mode with a technical characteristic :

Холодопроизводительность, кВтCooling capacity, kW 20-2520-25 Температура кипения:Boiling temperature: в испарителе, °Сin the evaporator, ° С 4-64-6 в парогенераторе, °Сin a steam generator, ° С 154-157154-157 Температура конденсации, °СCondensation temperature, ° С 127-130127-130 Температура воды на входеInlet water temperature в конденсатор, °Сto condenser, ° С 15-1815-18 Коэффициент эжекцииEjection coefficient 3,0-4,53.0-4.5 Площадь теплообменнойHeat Transfer Area поверхности холодоприемника, м2 the surface of the refrigerator, m 2 88 Коэффициент теплопередачиHeat transfer coefficient холодоприемника, Вт/м2⋅°Сcold receiver, W / m 2 ⋅ ° С 87-9387-93 Площадь теплообменнойHeat Transfer Area поверхности конденсатора, м2 capacitor surface, m 2 66 Коэффициент теплопередачиHeat transfer coefficient конденсатора, Вт/м2⋅°Сcondenser, W / m 2 ⋅ ° С 47-5147-51 ХладагентRefrigerant водаwater

Пример №1Example No. 1

В качестве объекта производства использован ферментный препарат инулиназы, полученный глубинным способом с использованием продуцента микромицета Aspergillus awamori 2250 [Шевцов А.А., Тертычная И.В., Тертычная Т.Н. Использование инулиназы в производстве диетических продуктов питания // Состояние, проблемы и перспективы производства и переработки сельскохозяйственной продукции: Материалы междунар. науч.-практ. конф., посвященной 10-летию факультета пищевых технологий, 29-30 марта 2011 г. - г. Уфа, 2011. - С. 355-357].The enzyme preparation of inulinase obtained by the in-depth method using the producer of micromycete Aspergillus awamori 2250 [Shevtsov A.A., Tertychnaya I.V., Tertychnaya T.N. The use of inulinase in the production of dietary food products // Status, problems and prospects of production and processing of agricultural products: Materials of the international. scientific-practical Conf., dedicated to the 10th anniversary of the faculty of food technology, March 29-30, 2011 - Ufa, 2011. - S. 355-357].

Инулиназа - фермент, гидролизующий инулин в топинамбуре, топин-подсолнечнике, одуванчике и цикории до фруктозы. Фруктоза в 1,73 раза слаще сахарозы, она менее кариогенна, и в этой связи находит все большее применение как сахаросодержащий компонент в диабетическом питании.Inulinase is an enzyme that hydrolyzes inulin in Jerusalem artichoke, Jerusalem artichoke, dandelion and chicory to fructose. Fructose is 1.73 times sweeter than sucrose, it is less karyogenous, and in this regard is increasingly used as a sugar-containing component in diabetic nutrition.

Максимальная активность целевого продукта достигалась при следующем режиме ферментации:The maximum activity of the target product was achieved in the following fermentation mode:

Состав питательной среды, %:The composition of the nutrient medium,%:

Концентрация мелассыMolasses concentration 5,05,0 Концентрация (NH4)2HPO4 Concentration (NH 4 ) 2 HPO 4 1,01,0 Концентрация MgSO4⋅7H2OConcentration MgSO 4 ⋅ 7H 2 O 0,050.05 Концентрация KH2PO4 Concentration KH 2 PO 4 0,10.1 Давление стерильного воздухаSterile air pressure при подаче в ферментатор, МПаwhen fed to the fermenter, MPa 0,02-0,030.02-0.03 Частота вращения мешалки, с-1 Mixer rotation frequency, s -1 3,5-3,63,5-3,6 рН жидкой фазыpH of the liquid phase 4,24.2 Температура ферментации, °СFermentation temperature, ° С 31±0,531 ± 0.5 Содержание СВ фильтрата культуральной жидкости, %The content of CB filtrate of the culture fluid,% 7,0±0,57.0 ± 0.5 Активность инулиназы, ед/см3 The activity of inulinase, units / cm 3 25±325 ± 3 Активность β-фруктофуранозидазы, ед/см3 The activity of β-fructofuranosidase, units / cm 3 100±5100 ± 5 Продолжительность ферментации, чDuration of fermentation, h 9696

Пример №2Example No. 2

Производили выращивание глюкоамилазы Aspergillus awamori ВУДТ-2, которая получила широкое применение в качестве осахаривающего фермента в спиртовом и пивоваренном производствах [Яковлев А.Н., Жеребцов Н.А., Григорав B.C., Шуваева Г.П. Амилаза термотолерантного микромицета A. awamori ВУДТ-2 препаративного получения // Биотехнология. - 1994. - №3. - С. 11-14; Яковлев А.Н., Тертычная Т.Н., Бакулин О.В. Подбор рациональной питательной среды для биосинтеза амилаз микромицетом A. awamori ВУДТ-2 // Тезисы докладов международной науч.-практ. Конф. «Научно-технический прогресс в бродильных производствах». - 29-31 мая 1997 г. - Воронеж, 1997. - С. 39].Glucoamylase Aspergillus awamori VUDT-2 was grown, which was widely used as a saccharifying enzyme in the alcohol and brewing industries [Yakovlev AN, Zherebtsov NA, Grigorav B.C., Shuvaeva GP Amylase of thermotolerant micromycete A. awamori VUDT-2 of preparative preparation // Biotechnology. - 1994. - No. 3. - S. 11-14; Yakovlev A.N., Tertychnaya T.N., Bakulin O.V. The selection of a rational nutrient medium for the biosynthesis of amylases by A. awamori VUDT-2 micromycete // Abstracts of international scientific and practical reports. Conf. "Scientific and technological progress in fermentation industries." - May 29-31, 1997 - Voronezh, 1997. - S. 39].

Фермент позволяет достаточно полно гидролизовать крахмал до глюкозы, необходимой для осуществления процесса сбраживания и повышения выхода этилового спирта. Максимальная активность целевого продукта в культуральной жидкости достигалась при следующем режиме ферментации:The enzyme allows you to fully hydrolyze starch to glucose, which is necessary for the process of fermentation and increase the yield of ethyl alcohol. The maximum activity of the target product in the culture fluid was achieved with the following fermentation mode:

Состав питательной среды, %:The composition of the nutrient medium,%:

Концентрация крахмалаStarch concentration 5,35.3 Концентрация (NH4)2HPO4 Concentration (NH 4 ) 2 HPO 4 1,11,1 Концентрация MgSO4⋅7H2OConcentration MgSO 4 ⋅ 7H 2 O 0,060.06 Концентрация KH2PO4 Concentration KH 2 PO 4 0,140.14 Давление стерильного воздухаSterile air pressure при подаче в ферментатор, МПаwhen fed to the fermenter, MPa 0,025±0,0050.025 ± 0.005 Частота вращения мешалки, с-1 Mixer rotation frequency, s -1 3,8±0,53.8 ± 0.5 рН жидкой фазыpH of the liquid phase 4,54,5 Температура ферментации, °СFermentation temperature, ° С 31±0,531 ± 0.5 Содержание СВ фильтрата культуральной жидкости, %The content of CB filtrate of the culture fluid,% 6,0±0,56.0 ± 0.5 Активность фермента, ед/см3 The activity of the enzyme, units / cm 3 195±5195 ± 5 Продолжительность ферментации, чDuration of fermentation, h 120120

Таким образом, предлагаемый способ управления позволяет обеспечить точность и надежность управления процессом производства биомассы аэробных микроорганизмов и создать условия для реализации энергоэффективной технологии в непрерывном режиме эксплуатации основного и вспомогательного оборудования.Thus, the proposed control method allows for the accuracy and reliability of controlling the process of biomass production of aerobic microorganisms and create conditions for the implementation of energy-efficient technology in the continuous operation of the main and auxiliary equipment.

Подключение пароэжекторной холодильной машины, работающей в режиме теплового насоса, к управлению тепловыми и материальными потоками в замкнутых термодинамических циклах позволяет реализовать предлагаемый способ управления как энергосберегающую и экологически безопасную биотехнологию с минимальной погрешностью при стабилизации абиотических факторов.Connecting a steam ejector chiller operating in the heat pump mode to control heat and material flows in closed thermodynamic cycles allows us to implement the proposed control method as an energy-saving and environmentally friendly biotechnology with minimal error in stabilizing abiotic factors.

Таким образом, предлагаемый способ имеет следующие преимущества по сравнению с прототипом:Thus, the proposed method has the following advantages compared with the prototype:

- обеспечивает стабилизацию параметров в области оптимальных значений, обеспечивающих максимальный выход готовой культуры за счет высокой точности и надежности управления (чисто биотехнологическая задача);- provides stabilization of parameters in the field of optimal values, ensuring the maximum yield of the finished culture due to high accuracy and reliability of control (a purely biotechnological task);

- предотвращает выброс отработанных теплоносителей в окружающую среду (экологическая задача);- prevents the release of waste coolants into the environment (environmental challenge);

- осуществляет рекуперацию теплоты конденсации отработанных паров после эжектора в конденсаторе для нагрева воды, а также рекуперативный теплообмен для подготовки холодной воды в холодоприемнике пароэжекторной холодильной машины (задача энергосбережения);- carries out the recovery of the heat of condensation of the exhaust vapors after the ejector in the condenser for heating water, as well as regenerative heat transfer for the preparation of cold water in the cold receiver of the steam ejector refrigeration machine (energy saving task);

- создает условия для снижения себестоимости получаемой биомассы и уменьшает удельные энергозатраты на 5…7% (задача экономической целесообразности);- creates the conditions for reducing the cost of biomass and reduces the specific energy consumption by 5 ... 7% (the task of economic feasibility);

- позволяет использовать теплоту низкотемпературного потенциала, в частности бросового тепла газотурбинных установок и котельных агрегатов (задача рационального использования тепло-энергетических ресурсов);- allows you to use the heat of low temperature potential, in particular waste heat of gas turbine plants and boiler units (the task of rational use of heat and energy resources);

- снижает эксплуатационные затраты на производство биомассы аэробных микроорганизмов за счет использования надежной пароэжекторной холодильной машины, работающей в режиме теплового насоса (задача экономии энергозатрат).- reduces operating costs for the production of biomass of aerobic microorganisms through the use of a reliable steam ejector refrigeration machine operating in the heat pump mode (the task of saving energy costs).

Claims (1)

Способ управления процессом производства биомассы аэробных микроорганизмов, предусматривающий приготовление жидкой посевной культуры в инокуляторе с охлаждающей рубашкой и мешалкой; выращивание культуры микроорганизма в ферментере с обогревающей рубашкой и мешалкой; хранение готовой культуры микроорганизма в сборниках готовой культуры с системой охлаждения; подготовку холодной воды с температурой 7…10°С и теплой воды с температурой 27…47°С в пароэжекторной холодильной машине, состоящей из эжектора, испарителя, холодоприемника, конденсатора, терморегулирующего вентиля, сборника отработанной воды, парогенератора с электронагревательными элементами и предохранительным клапаном, насоса подачи воды в парогенератор, насоса рециркуляции хладагента через холодоприемник, работающих по замкнутому термодинамическому циклу; использование части полученного в парогенераторе пара для предварительной стерилизации инокулятора, ферментера и сборников готовой культуры; подачу холодной воды в охлаждающую рубашку инокулятора и систему охлаждения сборников готовой культуры и теплой воды в обогревающую рубашку ферментера с образованием контуров рециркуляции по материальным и тепловым потокам, отличающийся тем, что измеряют температуру приготовления жидкой посевной культуры в инокуляторе; температуру выращивания культуры микроорганизма в ферментере; паропроизводительность парогенератора; расход пара из парогенератора на предварительную стерилизацию инокулятора, ферментера и сборников готовой культуры; оптическую плотность готовой культуры; расход рабочего пара в эжектор; величину разрежения в испарителе и расход эжектируемого пара из испарителя, уровень и температуру хладагента в испарителе, уровень и давление воды в парогенераторе; температуру холодной воды до и после холодоприемника; расход воды, подаваемой в охлаждающую рубашку инокулятора и систему охлаждения сборников готовой культуры; температуру смеси рабочего и эжектируемого паров до и после конденсатора; температуру теплой воды, подаваемой в рубашку ферментера; устанавливают заданную паропроизводительность парогенератора на входе в эжектор воздействием на мощность электронагревательных элементов парогенератора и коэффициент эжекции пароэжекторной холодильной машины воздействием на соотношение расходов рабочего и эжектируемого пара путем изменения расхода эжектируемого пара; по измеренным значениям температуры воды на входе и выходе из холодоприемника, температуры хладагента в холодоприемнике и расходу воды на входе в холодоприемник определяют значение коэффициента теплопередачи от хладагента к воде через охлаждающую поверхность холодоприемника и осуществляют регулирование температуры холодной воды воздействием на коэффициент теплопередачи, причем при отклонении температуры холодной воды, подаваемой в охлаждающую рубашку инокулятора и систему охлаждения сборников готовой культуры, выше 10°С увеличивают коэффициент теплопередачи воздействием на увеличение расхода хладагента в контуре рециркуляции из испарителя через холодоприемник в испаритель, а при отклонении температуры холодной воды ниже 7°С уменьшают коэффициент теплопередачи воздействием на уменьшение расхода хладагента в контуре рециркуляции из испарителя через холодоприемник в испаритель; устанавливают температуру теплой воды, подаваемой в рубашку ферментера из конденсатора, воздействием на коэффициент эжекции путем изменения расхода рабочего пара на входе в эжектор с коррекцией по температуре выращивания культуры микроорганизма в ферментере; и стабилизируют концентрацию готовой культуры по оптической плотности готовой культуры воздействием на частоту вращения мешалки ферментера.A method for controlling the biomass production process of aerobic microorganisms, comprising preparing a liquid seed culture in an inoculator with a cooling jacket and a stirrer; growing a microorganism culture in a fermenter with a heating jacket and stirrer; storage of the finished culture of the microorganism in the collections of the finished culture with a cooling system; preparation of cold water with a temperature of 7 ... 10 ° C and warm water with a temperature of 27 ... 47 ° C in a steam ejector chiller, consisting of an ejector, an evaporator, a cold receiver, a condenser, a thermostatic valve, a waste water collector, a steam generator with electric heating elements and a safety valve, a pump for supplying water to a steam generator, a refrigerant recirculation pump through a cold receiver, operating in a closed thermodynamic cycle; the use of a portion of the steam obtained in the steam generator for pre-sterilization of the inoculator, fermenter and collections of the finished culture; the supply of cold water to the cooling jacket of the inoculator and the cooling system of the collections of the finished culture and warm water to the heating jacket of the fermenter with the formation of recirculation circuits for material and heat flows, characterized in that they measure the temperature of preparation of the liquid seed culture in the inoculator; the temperature of the culture of the microorganism in the fermenter; steam output of a steam generator; steam consumption from the steam generator for preliminary sterilization of the inoculator, fermenter and ready-made culture collectors; optical density of the finished culture; working steam consumption in the ejector; the amount of vacuum in the evaporator and the flow rate of the ejected steam from the evaporator, the level and temperature of the refrigerant in the evaporator, the level and pressure of water in the steam generator; cold water temperature before and after the cold receiver; the flow rate of water supplied to the cooling jacket of the inoculator and the cooling system of the collections of the finished culture; temperature of the mixture of working and ejected vapors before and after the condenser; the temperature of the warm water supplied to the jacket of the fermenter; set the desired steam capacity of the steam generator at the inlet of the ejector by affecting the power of the electric heating elements of the steam generator and the ejection coefficient of the steam ejector chiller by affecting the ratio of the working and ejected steam by changing the flow rate of the ejected steam; the measured values of the temperature of the water at the inlet and outlet of the cold receiver, the temperature of the refrigerant in the cold receiver and the water flow at the inlet of the cold receiver determine the value of the heat transfer coefficient from the refrigerant to the water through the cooling surface of the cold receiver and control the temperature of the cold water by influencing the heat transfer coefficient, and when the temperature deviates of cold water supplied to the cooling jacket of the inoculator and the cooling system of the collections of the finished culture, increasing above 10 ° C dissolved heat transfer coefficient of the influence of the increase in the flow of refrigerant from the evaporator recirculation loop holodopriemnik through the evaporator, and cold water at a temperature deviation of less than 7 ° C heat transfer coefficient is reduced to reduce the influence of the coolant flow in the recirculation circuit from the evaporator to the evaporator through holodopriemnik; set the temperature of warm water supplied to the fermenter jacket from the condenser by affecting the ejection coefficient by changing the flow rate of the working steam at the inlet of the ejector with a correction for the temperature of growing the microorganism culture in the fermenter; and stabilize the concentration of the finished culture by the optical density of the finished culture by affecting the frequency of rotation of the stirrer of the fermenter.
RU2016149617A 2016-12-19 2016-12-19 Method for management of aerobic microorganisms biomass production RU2644193C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016149617A RU2644193C1 (en) 2016-12-19 2016-12-19 Method for management of aerobic microorganisms biomass production

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016149617A RU2644193C1 (en) 2016-12-19 2016-12-19 Method for management of aerobic microorganisms biomass production

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2644193C1 true RU2644193C1 (en) 2018-02-08

Family

ID=61173502

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016149617A RU2644193C1 (en) 2016-12-19 2016-12-19 Method for management of aerobic microorganisms biomass production

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2644193C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2724585C2 (en) * 2018-07-04 2020-06-25 Общество С Ограниченной Ответственностью "Валента - Интеллект" Probiotic composition for intestinal microflora restoration and for preventing the syndrome of excessive bacterial growth and diarrhea and a method for preparing it
CN113648435A (en) * 2021-09-02 2021-11-16 江苏天宇伟业科技有限公司 Multifunctional horizontal sterilizing kettle
RU2767400C2 (en) * 2018-07-05 2022-03-17 Общество С Ограниченной Ответственностью "Валента - Интеллект" Probiotic composition for restoring and maintaining a balanced intestinal microflora in children and infants and a method for production thereof

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2105059C1 (en) * 1991-11-21 1998-02-20 Карл Мюллер ГмбХ унд Ко. Biomass production method and apparatus
RU2322488C2 (en) * 2006-01-26 2008-04-20 Борис Алексеевич Зимин Method for production of aerobic microorganism biomass
WO2010131234A1 (en) * 2009-05-15 2010-11-18 Bioenergia S.R.L. Process for the biologic treatment of organic wastes and plant therefor
RU2484129C1 (en) * 2012-05-03 2013-06-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Воронежский государственный университет инженерных технологий (ФГБОУ ВПО ВГУИТ) Method to produce biomass of aerobic microorganisms

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2105059C1 (en) * 1991-11-21 1998-02-20 Карл Мюллер ГмбХ унд Ко. Biomass production method and apparatus
RU2322488C2 (en) * 2006-01-26 2008-04-20 Борис Алексеевич Зимин Method for production of aerobic microorganism biomass
WO2010131234A1 (en) * 2009-05-15 2010-11-18 Bioenergia S.R.L. Process for the biologic treatment of organic wastes and plant therefor
RU2484129C1 (en) * 2012-05-03 2013-06-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Воронежский государственный университет инженерных технологий (ФГБОУ ВПО ВГУИТ) Method to produce biomass of aerobic microorganisms

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2724585C2 (en) * 2018-07-04 2020-06-25 Общество С Ограниченной Ответственностью "Валента - Интеллект" Probiotic composition for intestinal microflora restoration and for preventing the syndrome of excessive bacterial growth and diarrhea and a method for preparing it
RU2767400C2 (en) * 2018-07-05 2022-03-17 Общество С Ограниченной Ответственностью "Валента - Интеллект" Probiotic composition for restoring and maintaining a balanced intestinal microflora in children and infants and a method for production thereof
CN113648435A (en) * 2021-09-02 2021-11-16 江苏天宇伟业科技有限公司 Multifunctional horizontal sterilizing kettle

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN201459102U (en) A kind of fermentation equipment of liquid fruit vinegar
RU2644193C1 (en) Method for management of aerobic microorganisms biomass production
EP3190170A1 (en) Bioreactor with separate co2 supply
CN101919489B (en) Method for producing high protein feed by utilizing yellow seriflux and waste molasses through fermentation
CN102071137B (en) Device and method for preparing stem cells through continuous perfusion bioreactor/tank (bag) system
CN102057836A (en) Method for quickly producing edible fungus liquid strain by utilizing primary-secondary type culture tank
CN103710286A (en) Processing method of viable clostridium butyricum preparation and culture medium composition
CN109971663A (en) A thermotolerant Yarrow lipolytica strain and its application
CN103290070A (en) Method for producing citric acid through continuous batch feeding fermentation
CN107760623A (en) The A Shi bacillus of one plant of neutral uncooked amylum enzyme of production
CN102533889A (en) Method for continuously fermenting lysine
Ichii et al. Development of a new commercial-scale airlift fermentor for rapid growth of yeast
JP2011092041A (en) Apparatus for continuously culturing and fermenting ethanol-producing microorganism
CN201878571U (en) Dual cultivation tank of liquid spawn of edible mushroom
CN108203710B (en) Method for inducing trichoderma reesei to produce cellulase by using pure straw solid material supplementing and material supplementing device used in method
CN104277978A (en) Aspergillus niger seed liquid preparation method and citric acid fermentation preparation method
CN102807950A (en) Filamentous fungus rhizopus chinensis immobilized liquid state fermentation device and use method thereof
RU2484129C1 (en) Method to produce biomass of aerobic microorganisms
KR101935688B1 (en) Effective Microorgani in the culture device
CN105420130A (en) Liquid-solid two-phase fermentation method for saccharomyces cerevisiae used for feed
CN202415569U (en) Tidal animal cell culture bioreactor
CN205590707U (en) Fermentation cylinder cooling back installation
CN114854664A (en) A kind of industrialized fermentation method for high-efficiency spore production of Bacillus velesi YH-18
CN104694405A (en) Bacterial strain for generating low-temperature acid alpha-amylase and industrial fermentation enzyme production method of bacterial strain
CN110358798B (en) Method for producing validamycin by fermentation

Legal Events

Date Code Title Description
QB4A Licence on use of patent

Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20190517

Effective date: 20190517

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20191220