Обладнання для культивування мікроорганізмів на твердих поживних середовищах

НАЦІОНАЛЬНИЙ  АВІАЦІЙНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Інститут  екологічної безпеки

Кафедра біотехнології

 

 

 

 

 

 

 

КУРСОВА РОБОТА

(ПОЯСНЮВАЛЬНА  ЗАПИСКА)

з дисципліни «Методи аналізу біотехнологічних виробництв»

 

 

 

Тема: Обладнання для культивування мікроорганізмів на твердих поживних середовищах.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Київ 2013

 

НАЦІОНАЛЬНИЙ АВІАЦІЙНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ІНСТИТУТ ЕКОЛОГІЧНОЇ БЕЗПЕКИ

 

Кафедра: біотехнології

Дисципліна: Методи аналізу біотехнологічних виробництв

Спеціальність: Біотехнологія

Курс ____________ Група ________________ Семестр ________________

 

 

 

 

ЗАВДАННЯ

1. Тема проекту (роботи): Обладнання для культивування мікроорганізмів на твердих поживних середовищах

2. Строк здачі студентом закінченого проекту (роботи): „30” серпня 2013р.

3. Зміст розрахунково-пояснювальної записки (перелік питань, які підлягають розробці):

      В теоретичній частині розглядаються конструкції апаратів для культивування мікроорганізмів на твердих поживних середовищах.

А в розрахунковій частині відбувся розрахунок ростильної камери, тобто кількості конденсованого повітря і вологи в ній.

 

 

РЕФЕРАТ

Пояснювальна  записка  до  курсової  роботи

«Обладнання для культивування мікроорганізмів на твердих поживних середовищах»: 28 ст., 6 малюнків, 9 літературних  джерел. 

Об’єкт дослідження – обладнання для культивування мікроорганізмів на твердих поживних середовищах

Мета  роботи - дослідити та вивчити конструкцію обладнання для культивування мікроорганізмів на твердих поживних середовищах, яке використовується на підприємствах у біотехнологічній промисловості .

Метод дослідження – літературний пошук по темі, аналіз матеріалу, систематичний підхід до роботи, схеми конструкцій апаратів.

 

 

 

 

КАМЕРНІ РОСТИЛЬНІ  УСТАНОВКИ, МЕХАНІЗОВАНІ РОСТИЛЬНІ  УСТАНОВКИ, УСТАНОВКИ КОЛОННОГО  ТИПУ, УСТАНОВКИ БАРАБАННОГО ТИПУ, РОСТИЛЬНІ КАМЕРИ  
Зміст

Завдання на курсовий проект………………………………………………………...2

Реферат………………………………………………………………………………...4

Вступ…………………………………………………………………………………..6

1.Теоретична частина………………………………………………………………...8

1.1 Класифікація обладнання для культивування мікроорганізмів……………….8

1.2 Камерні ростильні установки з горизонтально розміщеними перфорованими кюветами……………………………………………………………………………..9

1.3 Механізовані ростильні установки з вертикально розташованими кюветами……………………………………………………………………………..10

1.4 Установки для статично – динамічного вирощування культур……………...14

1.5 Вібраційні ростильні установки………………………………………………..17

1.6 Установки колонного типу……………………………………………………...20

1.7 Ростильні установки барабанного типу………………………………………..24

2.Умови безпечної експлуатації обладнання………………………………………25

Висновок……………………………………………………………………………..27

Список використаної літератури…………………………………………………...28

 

 

Вступ

Культивування мікроорганізмів є одним із найважливіших  процесів у біотехнологічній промисловості. Тому для його перебігу необхідно  використовувати спеціальне обладнання, яке допомагає збільшувати вихід продукту, покращувати умови вирощування, забезпечити стерильність. Так як тема даної курсової роботи «Обладнання для культивування мікроорганізмів на твердих поживних середовищах», то тут розглянуто процес отримання поживних середовищ та вирощування на них мікроорганізмів.

Культивування мікроорганізмів на твердих поживних середовищах, порівняно з культивуванням на рідких поживних середовищах, має швидкість біосинтезу ферментів в 5-8 разів вищу, крім того, отримана культура має вологість у два рази менша, що дає можливість економити значні енергоресурси при сушці. Однак до сьогоднішнього часу спосіб культивування мікроорганізмів на твердих поживних середовищах не знайшов широкого промислового застосування через відсутність достатньо надійних механізованих ростильних установок.

Накопичення великої кількості сільськогосподарських  відходів, таких, як солома, бавовняна  та соняшникова шелуха, кукурудзяна кочережка, богасса; відходи від переробки картоплі, цукрового буряка та ін. дає можливість використовувати їх для отримання кормового білка як дешевого джерела целюлози та крохмалю.

Однак, для  вирощування мікроорганізмів з  метою  біосинтезу білка не можна  використовувати звичайні ростильні камери, які застосовуються для культивування мікроскопічних грибів на твердих поживних середовищах, оскільки висота шару середовища не перевищує 3-5 см.

Вихід та активність біологічно активних речовин, тривалість процесу культивування  в значній мірі залежать від штаму  мікроорганізму, компонентного складу поживного середовища, кількості  та якості посівного матеріалу, температури  культивування, ступеня аерації  культури, що росте, інтенсивності перемішування, ваго- та теплообміну. Також в процесі вирощування регулюючими параметрами є температура, вологість середовища та повітря, вміст СО₂ та О₂ у газовій фазі. Отже, дуже важливе значення має вибір ростильної установки та допоміжного обладнання.

 

1. Теоретична частина

Ростильні установки – це обладнання, яке використовують для культивування мікроорганізмів – продуцентів біологічно активних речовин на твердих поживних середовищах.

Культивування мікроорганізмів на твердих середовищах має ряд переваг порівняно з культивуванням на рідких поживних середовищах. Так, швидкість біосинтезу ферментів в 5-8 разів вища, крім того, отримана культура має вологість 40-50% (у глибинній культурі – 80-95%), що дає можливість економити значні енергоресурси при висушуванні. Однак до сьогоднішнього часу спосіб культивування мікроорганізмів на твердих поживних середовищах не знайшов широкого промислового застосування через відсутність достатньо надійних механізованих ростильних установок.

Вихід та активність біологічно активних речовин, тривалість процесу культивування  в значній мірі залежать від штаму  мікроорганізму, компонентного складу поживного середовища, кількості  та якості посівного матеріалу, температури  культивування, ступеня аерації  культури, що росте, інтенсивності перемішування, ваго- та теплообміну.

Досить  важливе значення має вибір типу ростильної установки та допоміжного обладнання для забезпечення всіх технологічних вимог.[1]

1.1 Класифікація обладнання для культивування мікроорганізмів на твердих поживних середовищах

Для вирощування  мікроорганізмів на твердих поживних середовищах застосовуються наступні конструкції ростильних установок:

1. камерні ростильні установки з горизонтально розміщеними перфорованими кюветами;
2. механізовані ростильні установки з вертикально розміщеними перфорованими кюветами;
3. стрічково-конвеєрні установки циклічної та безперервної дії;
4. вібраційні установки;
5. установки колонного типу;
6. ростильні установки барабанного типу.

Перші ферментні  заводи в нашій країні були обладнані  камерними ростильними установками з горизонтально розміщеними перфорованими кюветами. На деяких підприємствах ці установки ще досі застосовуються. Їх недоліками є велика затрата праці на виконання операцій, низький рівень механізації технологічних процесів та неминучість контакту робочого персоналу з культурою мікроорганізму, що вирощується.

З перелічених  конструкцій в промисловості  використовуються механізовані ростильні установки з вертикально розміщеними кюветами типу  
4Г-КСК, а також установки колонного та барабанного типів. Для великотоннажного виробництва перспективними є установки колонного та барабанного типів.[2]

1.2 Камерні ростильні установки з горизонтально розміщеними перфорованими кюветами

У виробничих умовах для поверхневого вирощування  культур грибів в кюветах застосовуються ростильні камери, кількість яких залежить від добової продуктивності підприємства по сухій культурі гриба. Наприклад, при продуктивності 1 т/добу необхідно 3-4 ростильні камери. Для заводів продуктивністю 10 т/добу кількість ростильних камер становить 30-40.

Ростильна камера являє собою прямокутне герметизоване приміщення з розмірами 10000 × 2800 × 2100 мм з двома дверима, одні з яких з’єднані з завантажувальним, а інші – з розвантажувальним коридором. Всередині камери з однієї сторони є повітропроводи, а з іншої – повітропроводи для видалення відпрацьованого повітря. Площа камери розрахована на одночасне завантаження 18-20 етажерок з 9-10 кюветами на кожну сторону, що в перерахунку на повітряно-сухі висівки становить 700 кг. Відстань між полицями приймається рівною 80-100 мм. Етажерки встановлюють у камері широкою стороною так, щоб між ними був вільний прохід для обслуговування шириною 1000-2000 мм та відстань від стінок дорівнювала 300-200 мм.

Індивідуальні кондиціонери, розміщені над ростильними камерами, подають в камери повітря температурою 22-32˚С та відносною вологістю  
96-98%. Повітря рециркулює з додаванням 10% свіжого повітря від головного кондиціонера. Завантажувальні та розвантажувальні коридори ростильних камер повинні бути ізольовані від сусідніх приміщень. Це досягається за допомогою притічно-витяжної вентиляції при кратності обміну повітря до 8 та ретельній очистці повітря, яке видаляється, від спор.

Вирощування виробничої культури у ростильних камерах використовувалось на початкових етапах розвитку виробництва ферментних препаратів. Спроби створити механізовані ростильні установки з горизонтально розміщеними кюветами не дали позитивних результатів, так як вони мають малу ємність та малу продуктивність.[3]

1.3 Механізовані ростильні установки з вертикально розміщеними кюветами

До механізованих ростильних установок з вертикально розміщеними кюветами відносяться:

– ростильна камера з роз’ємними касетами та автоматичним вивантаженням;

–  ростильна установка Соловйова;

–  механізована лінія для вирощування культур грибів.

1.3.1 Ростильна установка конструкції Соловйова.

Камера  цієї установки являє собою прямокутну металічну ємність, закріплену на опорах за допомогою пружних зв’язків. Зверху вона закривається відкидною кришкою, а знизу – відкидним днищем. Всередині камери через кожні 50 мм розміщені вертикальні перфоровані касети з двома стінками, через які подається повітря. Комірки вертикального каналу, що утворюються між касетами, і є кюветами. Вони мають сітчасте днище, яке перешкоджає пересипанню середовища при завантаженні. Камера оснащена штуцерами для підводу пари, води та відводу конденсату. До камери прикріплений дебалансний вібратор для вивантаження культури гриба.

Контроль  та реєстрація температури ведуться за допомогою контактного термометра, встановленого в одному з ростильних каналів та з’єднаного з приводом вентилятора через пускове реле, яке автоматично вмикає та вимикає вентилятор.

Суттєвими конструктивними недоліками ростильних установок з вертикальними кюветами є мала продуктивність, деформація камер та труднощі при вивантаженні вирощеної культури гриба з кювет, недостатня герметизація при вивантаженні та великі витрати повітря на відведення фізіологічного тепла.[4]

1.3.2 Механізована лінія для вирощування культур грибів.

На основі ростильних камер з роз’ємними касетами розроблена, змонтована та експлуатується технологічна лінія для механізованого вирощування та отримання очищених ферментних препаратів потужністю 50- 300 умовних т на рік в залежності від типу препарату, що випускається.

1 – поворотний  круг; 2 – штовхач; 3 – розрівнювач; 4 – лоток завантаження; 5 – стіл завантаження; 6 – стерилізатор камер; 7 – штовхачі; 8 – мийка камер; 9 – стіл вивантаження; 10 – камера вирощування; 11 – кінцевий вимикач; 12 – транспортер; 13 – ростильна камера; 14 – болти кріплення; 15 – рейка.

Мал. 1. Відділення вирощування поверхневої культури

 

Лінія складається  з відділів підготовки поживного  середовища, вирощування, екстракції, осадження, виділення та сушки, стандартизації та фасування препарату із ступінню очистки П10х. Найбільш важливими стадіями технологічної лінії є підготовка поживного середовища та вирощування культури гриба, що складається з двох технологічно незалежних потоків (мал. 1). В кожному потоці є стерилізатор, змішувач, 9 ростильних камер, розміщених в закритому тунелі з рельсовою системою 15 для послідовного переміщення камер від однієї технологічної операції до іншої.

Після завантаження в стерилізатор відповідної кількості  води та розчину сульфату амонію середовище перемішують та виконують стерилізацію середовища у автоматичному режимі. Потім середовище передається до стерильного змішувача, куди потрапляють  стерильна суспензія посівної культури у кількості 0,1-0,8% від маси поживного середовища.

Після перемішування  протягом 3-5 хв. люк змішувача автоматично відчиняється та середовище перевантажується у підготовлену стерильну ростильну камеру 13 з роз’ємними касетами, що встановлена під змішувачем на столі завантаження 5 відділу вирощування. Середовище потрапляє в стерильну камеру через рухомий відкритий лоток конусоподібної форми, який розподіляє її по 28 касетам. Ущільнення середовища в каналах проходить при вібрації камери, після чого вона по рельсовому шляху автоматично транспортується в тунель камери вирощування 10 однієї з поточних ліній.