Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Аналитический обзор литературы и состояние вопроса 6
1.1. О производстве кормовых дрожжей 6
і .2. Характери етика кормовых дрожжей и условия построения клеток 10
1.3. Обзор существующих конструкций ферментаторов 15
1.4 Анализ конструкций мешалок 36
1.5.Анализ методов культивирования 38
ВЫВОДЫ 43
1.6.Цель и задачи исследований 44
ГЛАВА 2. Теоретические предпосылки к обоснованию процесса непрерывного роста и выхода кормовых дрожжей в аэробных условиях в ферментаторе 45
2.1. Обоснование технологической схемы получения кормовых дрожжей 45
2.2. Зависимость роста микробных клеток от концентрации биомассы 49
2.3.Математическая модель скорости роста микроорганизмов 51
2.4.Математическая модель проникновения кислорода в клетку 55
2.5. Критериальная зависимость определения
производительности ферментатора 57
ГЛАВА 3. Программа и методика исследований 65
3.1 .Программа исследований 65
3.2. Методика лабораторных и производственных исследований 65
3.2.1. Описание технологической схемы и экспериментальной установки 66
3.2.2. Материалы, методы и средства исследований 76
3.2.2.1. Использованные материалы и сырьё 76
3.2.2.2, Методы контроля микробиологического процесса 78
3.2.2.2.1. Микроскопия физиологического состояния клеток 78
3.2.2.2.2. Определение количества мёртвых клеток 78
3.2.2.2.3. Определение бактериальной микрофлоры 78
3.2.2.2.4. Определение количества живых клеток в камере Горяева 79
3.2.2.2.5. Определение биомассы дрожжей 79
3.2.2.2.6. Определение концентрации биомассы весовым методом 80
3.2.2.2.7. Определение Сахаров по методу Бертрана 81
3.2.2.2.8. Определение дыхательной активности 82
ГЛАВА 4. Экспериментальные и производственные исследования 83
4.1. Получение посевного материала, подготовка питательной среды и культивирование кормовых дрожжей по предлагаемым схемам 83
4.2. Результаты и их обсуждение 91
4.3. Вывод критериальной зависимости определения производител ы юсти 95
ГЛАВА 5. Методика расчета (масштабирования)
Основных параметров установки 103
ГЛАВА 6. Расчёты экономической эффективности... 109
Общие выводы и предложения из список принятых обозначений 115
Список использованных источников 117
Приложения 133
- О производстве кормовых дрожжей
- Обзор существующих конструкций ферментаторов
- Зависимость роста микробных клеток от концентрации биомассы
- Методика лабораторных и производственных исследований
Введение к работе
Актуальность темы. Дефицит полноценного белкового питания
в скармливании животных сельскохозяйственного назначения
заставляет изыскивать дополнительные источники питания в виде
биологических активных веществ (БАВ) и биологически активных
добавок (БАД). Острая необходимость преодоления белкового
дефицита стимулирует дальнейшие исследования по увеличению
ресурсов белка с помощью белкового синтеза. При сбраживании
растительных гидролизатов получаются микробные биомассы,
содержащие большое количество белковых веществ, витаминов,
ферментов, намного превосходящие по питательной ценности
растительные корма. Кормовые дрожжи при обеспечении условий
выращивания растут с высокой скоростью накопления биомассы.
Кормовые дрожжи можно получать на любых отходах
сахаросодержащего сырья, включая отходы целлюлозного
производства, разных отраслей пищевой промышленности, сельского хозяйства и др.
Исключительная приспосабливаемость к различным условиям
обмена веществ, возможность получения практически любого
микроорганизма и на любой питательной среде позволили провести
дальнейшие исследования по выращиванию кормовых дрожжей с
использованием картофеля местных сортов в ферментаторе новой
конструкции. Многими разработчиками доказана возможность
получения кормовых дрожжей на отходах
картофелеперерабатывающей отрасли.
Однако этими исследованиями до конца не доказана эффективная технологическая схема получения кормовых дрожжей повышенной биомассы и с высокой вкусовой ценностью. Все исследования проводились на стандартном оборудовании. До конца не исследованы конструктивные особенности оборудования, в частности, ферментатора, на характер микробиологического процесса.
Изысканию более совершенной технологии и технического средства по выращиванию кормовых дрожжей сельскохозяйственного назначения посвящена данная работа.
Исследования, составившие основу диссертации, выполнены автором по планам научно-исследовательских и госбюджетных работ в Восточно-Сибирском государственном технологическом университете (Гос. регистрация темы работы №01. 200. 205. 744).
Цель и задачи исследования. В связи с вышеизложенным, целью настоящего исследования явилась разработка технологии получения повышенной биомассы и с высокой вкусовой ценностью В ферментаторе новой конструкции. В соответствии с поставленной целью и состоянием изучаемого вопроса сформулированы следующие задачи исследования:
-разработать технологическую схему получения кормовых дрожжей на отходах картофеля местных сортов с использованием винных дрожжей «Sacharomyces Vini Muscat»;
-исследовать влияние конструктивных особенностей перемешивающего устройства на качество и выход биомассы;
-исследовать влияние нового способа подвода аэрирующего воздуха на качество и выход биомассы;
-обосновать конструктивные и режимные параметры ферментатора в условиях глубинного культивирования с обеспечением повышенного выхода биомассы с высокой вкусовой и фармакологической ценностью.
Научная новизна работы.
-новая технология получения кормовых дрожжей с
использованием нового инокулята на основе шиповника;
-математические модели роста клеток;
-математические модели проникновения кислорода в клетку;
-критериальная зависимость по определению
производительности ферментатора в зависимости от параметров, оказывающих на неё влияние;
-впервые разработан ферментатор с поярусно расположенными верхней, центральной и нижней мешалками и полым валом для нагнетания воздуха (по патентам РФ №№47888 и 2006117/560).
Практическая ценность.
- разработана технология получения кормовых дрожжей с использованием винных дрожжей Sacharomyces Vini Muscat и штамма Candida Utilis, предусматривающей две стадии размножения клеток (патент №2006117/585);
-методика расчёта основных параметров ферментатора, включая критериальную зависимость производительности ферментатора от определяющих параметров с применением теории подобия и размерностей.
Реализация результатов исследований.
-технология получения кормовых дрожжей с использованием новых питательных смесей используется при приготовлении кормов для вскармливания сельскохозяйственных животных в колхозе «Дружба» Могойтуйского района Читинской области, ФГУП Учхозе «Байкал» БГСХА, ОАО «Верхнеудинское пиво» г.Улан-Удэ.
-ферментатор с новыми рабочими органами внедрен в колхозе «Дружба» Могойтуйского района Читинской области, ФГУП Учхозе «Байкал» БГСХА, ОАО «Верхнеудинское пиво» г.Улан-Удэ.
-разработанный с новыми рабочими деталями ферментатор и методика расчета основных параметров используется в учебном процессе и научных исследованиях в лабораториях Восточно-Сибирского государственного технологического университета.
Апробация работы. Основные положения диссертационной
работы доложены, обсуждены и одобрены на научно-практической
конференции «Состояние и перспективы развития Агропромышленного
комплекса Забайкалья» (г. Улан-Удэ, 2003), II Международной научно-
технической конференции, посвященной 100-летию Заслуженного
деятеля науки и техники РСФСР, профессора В.И. Попова
«Прогрессивные технологии и оборудование для пищевой
промышленности» (г. Воронеж, 2004), научно-практической
конференции «Технологии и средства механизации в АПК» (г. Улан-
Удэ, 2004), Всероссийской научно-практической конференции
«Перспективы развития пищевой промышленности России» (г.
Оренбург, 2005), Всероссийской научно-практической конференции
«Технология и техника агропромышленного комплекса» (г. Улан-Удэ,
2005), Международной научно-практической конференции
«Агроинженерная наука: Проблемы и перспективы развития» (г. Улан-Удэ, 2005), научной конференции «Научный и инновационный потенциал Байкальского региона глазами молодёжи» (г. Улан-Удэ, 2003...2006 гг.), региональной научно-практической конференции «Пищевая технология, качество и безопасность продуктов» (г. Иркутск, 2006).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 печатных работ, включая 3 патента.
Структура и объём работы. Диссертация изложена на 150 страницах машинописного текста, состоит из введения, обзора литературы, теоретической части, программы и методики исследований, экспериментальной части, методики расчёта (масштабирования),
экономической эффективности, основных выводов, библиографического указателя из 139 наименований, в том числе 45 иностранных источников, содержит 11 таблиц, 35 рисунков и приложений на 10 страницах.
Объекты и методы исследований. В качестве объектов исследования были выбраны питательные среды из соков шиповника и картофеля местных сортов и два штамма микроскопических грибов Candida Utilis, Sacharomyces Vini Muscat. Культивирование грибов производили глубинным способом в лабораторном ферментаторе Ф-3-1 с новым перемешивающим устройством в виде трехъярусной конструкции, состоящей из верхней, центральной и нижней мешалок (по патенту №48889), новым способом подвода аэрируемого воздуха в культуральную смесь через полый вал и перфорированные отверстия в нижней мешалке (по патенту №2006117/585).
Наблюдение, изучение роста и размножение кормовых дрожжей осуществляли с помощью методов микробиологического контроля:
-физиологического состояния клеток;
-определения бактериальной микрофлоры;
-подсчета живых и мертвых клеток в камере Горяева;
-измерения светопоглощения клеточной суспензии;
-весового метода определения биомассы и концентрации клеток;
-определения содержания Сахаров по Бертрану;
-определения дыхательной активности.
Повторность опытов была 3... 5-кратной.
На защиту выносятся:
-новая технология выращивания кормовых дрожжей с использованием нового инокулята - сока шиповника;
-математические модели роста клеток;
-математические модели проникновения кислорода в клетку;
-критериальная зависимость по определению производительности ферментатора в зависимости от параметров, оказывающих на неё влияние.
О производстве кормовых дрожжей
Острая необходимость преодоления белкового дефицита в кормлении сельскохозяйственных животных стимулирует дальнейшие исследования по расширению и увеличению ресурсов белка как традиционными, так и новыми способами, среди которых важное место занимает перспективный микробный синтез.
В результате микробного синтеза при сбраживании растительных гидролизатов получаются микробные биомассы, содержащие большое количество белковых веществ, витаминов, ферментов, намного превосходящие по питательной ценности растительные корма. К 1950 году Ж.Моно (Франция) разработал теоретические основы непрерывного управляемого культивирования микробов, В 50-ые годы вопросами практического применения непрерывного культивирования занимались МСтефенсон, И.Малек, Н.Д.Иерусалимский и др. Первую питательную среду в 1859 году приготовил Л.Пастер, Метод выращивания грибов на желатине предложил О.Брефельд в 1864 г. Ж.Ролен в 1870 году сообщил о жидких средах для выращивания нитчатых грибов. Р.Коху в 1876 году удалось вырастить бациллы сибирской язвы в капле водянистой влаги, извлеченной из глаза погибшей коровы. Современные разработки базируются на фундаментальных исследованиях выдающихся ученых-микробиологов 18-19 столетия.
Микроорганизмы обладают высокой скоростью накопления биомассы, которая в 500...5000 раз выше, чем у растений или животных. Микробные клетки способны накапливать очень большое количество белка (дрожжей до 60%, бактерий до 70% по массе). Процесс биосинтеза протекает в мягких условиях при t=30...45C, рН=3.,.6 и Р=0,1 мПа, он менее трудоёмок по сравнению с получением сельскохозяйственной продукции и органическим синтезом белков /9, 48, 57, 90, 98, 130/.
Все эти преимущества и предопределили быстрое развитие технологии получения микробного белка, которая является самой крупнотоннажной отраслью биотехнологии, открывает возможность промышленного производства с помощью микроорганизмов важнейших кормовых добавок для животноводства и птицеводства с высокой кормовой ценностью и в необходимом количестве. Кормовые дрожжи в качестве биодобавки исключительно богатыми микроэлементами включаются в состав кормов для животных, птицы и рыбы /11, 18,20,40/.
Исследованиями ряда авторов Н.Г. Первовым, А.С. Образцовой и И.Н. Тереховым, Арсеньевой и Г.П. Бабайловой, И.В.Посталовым, Е.А. Петуховой, В.В. Щегловым, H.Wittman, /38,55/ и др. отмечено, что кормовые дрожжи заменяют витаминные группы в комбикормах на 50%, а в кормосмесях восполняют полностью витамины Д2 (после облучения дрожжей), а также синтетический препарат витамин Р. Наблюдается повышение веса у животных на 11...19%, причём затраты кормов на единицу привеса снижаются на 14% /10,16, 17,44,47/.
Получение кормовых дрожжей - продуцентов биологически активных веществ, предназначенных в качестве биодобавки в рационе кормов для сельскохозяйственных животных является сложным и тонким процессом. Производство кормовых дрожжей для нужд животноводства широко развернулось после разработки метода гидролиза древесных и сельскохозяйственных отходов с использованием сульфитных и спиртовых щелоков.
Идею о гидролизе древесины и соломы впервые выдвинул русский ученый Фогель в 1820 - 1822 гг. /39, 44, 53/, а в 1872 году профессор Н.П.Червинский /1, 3, 50, 81/ произвёл слабо кислотный гидролиз растительного сырья.
Дальше метод совершенствовался, уже к 30-м годам 20-го столетия определились 2 направления - гидролиз сельскохозяйственных и гидролиз древесных отходов. Под гидролизом понимается метод воздействия высоких температур и кислот на сложные высокомолекулярные неусвояемые вещества- полисахариды, в результате чего получаются простые легкоусвояемые дрожжами моносахариды (глюкоза, фруктоза, манноза, галактоза).
Сырьём для гидролиза могут служить различные зерновые культуры, как солома, хлопковая шелуха, разные виды лузги, отходы пищевой промышленности, торфяные залежи, дикорастущий камыш, тростник, отходы целлюлозной промышленности (щепки, опилки) /7, 8, 22, 33, 67/ и т.д. В зависимости от вида растительного материала, степени разрушения, концентрации кислоты, температуры и продолжительности гидролиза можно получить от 5 до 20% различных Сахаров, усвояемых дрожжевыми культурами /33/.
Промышленное производство кормовых дрожжей началось в 1937 г. на Безенчукском опытном гидролизно-дрожжевом заводе с содержанием сырого протеина - 43,3%, жира - 1,4%, золы - 9,36% /28, 35, 41, 58/. Таким образом, начало получения белковых масс, богатых белками было налажено.
Позднее были начаты работы по получению активных комбинированных культур путём использования смеси нескольких рас дрожжей /39,41,84/. В Германии при производстве спирта использовались 5 разных рас культур/46, 57, 76/.
Обзор существующих конструкций ферментаторов
Биосинтез продуцируемых микроорганизмов биологически активных веществ зависит от множества факторов, сопровождающих биотехнологический процесс, как температура стерилизации и культивирования, рН, еН, р02, рС02, скорость вращения мешалки, давление, расход воздуха и газов на аэрацию, пенообразование, длительность культивирования /26, 50,51, 59,61/.
Перспективным методом выращивания кормовых дрожжей считается метод глубинного культивирования в аппаратах, называемых ферментаторами. Основное назначение ферментаторов - обеспечение оптимальных условий для роста микроорганизмов в заданных условиях. В ферментаторах механизм биопроцесса заключается во взамодействии восходящего потока газожидкостной смеси и нисходящего потока культуральной жидкости вследствие интенсивного перемешивания и аэрации. Аэрирование культуры в ферментаторе происходит в результате подачи подогретого до необходимой температуры стерильного воздуха, а также благодаря перемешиванию культуральной жидкости различного типа мешалками.
Большое разнообразие конструкций ферментаторов позволяет разделить их на ряд групп по следующим признакам /53, 59,66, 96/: - конструктивным - на ферментаторы с диффузором и турбиной, с вращающимися аэраторами, с механическими мешалками, с наружным и внутренним циркуляционным контуром, со струйной и эжекционной системой аэрации, барботажные, трубчатые и т.д. - способом ввода энергии и организации перемешивания и аэрации -на аппараты с подводом энергии к газовой фазе, к жидкой фазе, комбинированные.
Развитие биотехнологического периода началось с 1933 года, когда А.Клюивер и Л. Перкин изложили основные технические приемы по конструкции технологического оборудования, используемого при глубинном культивировании микроорганизмов. С тех пор к оборудованию предъявляются следующие требования: -конструктивное совершенство и универсальность; . -инертность, или коррозионная стойкость материалов изготовления; -эксплуатационная надежность; -доступность, эстетичность и легкость сборки и разборки. С точки зрения конструкционного совершенства и универсальности ферментаторы должны иметь систему автоматического регулирования заданных параметров и должны быть многофункциональными по части реализации биотехнологических процессов, основанных на использовании разных биообъектов (бактерий, грибов, клеток растений и млекопитающих). В процессе эксплуатации ферментаторы подвергаются химической, физической (электрохимической), биологической коррозии.
Коррозия (от лат,corrosion-разъедание) - это процесс молекулярного разрушения материала под воздействием внешних факторов. Химическая коррозия индуциируется сухими газами и жидкостями, неспособными проводить электрический ток. Физическая (электрохимическая) коррозия имеет место в случаях возникновения местных электрических токов -гальванокоррозия, имеющей место при контакте металлов с разными электродными потенциалами. Биологическая коррозия обусловливается биологическими объектами (бактериями, микромицетами и другими организмами). Биокоррозия иногда сопрягается с биоповреждением. Биоповреждение - понятие более широкое, чем биокоррозия. На рис. 1.2 приведена классификация биоповреждений по двум группам коррозии. Интенсивность коррозийных процессов оценивают массовым (Км) и глубинным (D) показателями /46, 121/. Массовый показатель рассчитывают в случаях неравномерной коррозии /46,121/:
Зависимость роста микробных клеток от концентрации биомассы
Известно, что рост микробных клеток зависит от качества питательной среды и её проникающей способности в клетку. Избыток или недостаток питательных веществ отрицательно влияет на размножение микроорганизмов. Избыточный поток субстрата может вызвать ряд осложнений в процессе гликолиза. При высоком уровне глюкозы возникает состояние, называемое «фосфатной ловушкой» /1,42, 79/.
При «фосфатной ловушке» наблюдается снижение свободного фосфата, снижение адениловых нуклеотидов и накопление продуктов распада (инозина, гипоксантина, мочевой кислоты или алантона). Мерой борьбы с «фосфатной ловушкой» является ограничение избыточного потока субстрата в клетку с поддержанием внутриклеточного рН, аденил три фосфатных реакций в клетке, усилием переноса фосфата через мембрану.
При избыточном переносе субстрата возможно накопление в среде органических кислот, таких как, ацетон, лактат, пируват, сукцинат, пропинат, изобутират. Накопление органических кислот в среде способствует внутриклеточному закисленню, при котором останавливается рост микробных клеток. По этим признакам и СО2 относится к этой группе веществ.
Другой группой, ингибирующей рост микробных клеток, являются жирные кислоты и спирты, считающиеся детергентами ( увеличивают неспецифическую проницаемость клетки). Если влияние на рост слабых кислот зависит от рН среды, то влияние детергентов зависит от концентрации дивилентных катионов (Са, Mq). Помимо всего, большие макроконцентрации Сахаров в среде также вызывают остановки роста клеток. Таким образом, должна существовать макрокинетическая взаимосвязь между удельной скоростью роста концентрацией насыщающего субстрата (питательной среды) и концентрацией биомассы х. Валовую общую скорость роста микробных клеток определяем по отношению абсолютного прироста биомассы за единицу времени: где Hv-скорость роста; Н -максимальная скорость роста, достигаемая при повышении концентрации питательного вещества; С-концентрация лимитирующего питательного вещества; Сі-величина, при которой Ну=1//,
Концентрацию биомассы выражают массой высушенных клеток или их числом в мл. Если продукт связан с ростом культуры, то его количество прямо пропорционально образованной биомассе. Образовавшаяся биомасса за определённое количество времени будет являться производительностью ферментёра, которая определяется как произведение удельной скорости роста и концентрации клеток.
Обеспечение культур микроорганизмов кислородом в промышленных условиях осуществляется пропусканием воздуха через культуральную жидкость с одновременным перемешиванием. Этот метод позволяет регулировать степень аэрации и учитывать её количество. Перемешивание культуральной жидкости способствует равномерному распределению питательных веществ и перемешиванию (транспорту) их к клеткам, способствует удалению от клеток микроорганизма продуктов обмена и лизиса, а также обеспечивает равномерное распределение кислорода в культуральной жидкости по всему объёму ферментатора. Транспорт кислорода зависит от растворимости газа в жидкой фазе, от мощности барботажа, размера пузырьков, скорости вращения вала и формы мешалки, химического состава питательной среды, температуры, толщины невозмущаемых слоев жидкости вокруг газового пузырька и клетки, от наличия и химического состава капсул, толщины и особенностей клеточной стенки и клеточной мембраны биообъекта и др.
С повышением концентрации субстрата появляется необходимость повышения аэрации среды. В зависимости от отношения микроорганизмов к молекулярному кислороду, их принято делить на облигатные аэробы, факультативные анаэробы и облигатные анаэробы /3, 59, 102/. Большинство микроорганизмов являются облигатными аэробами и для их роста обязательно необходим молекулярный кислород.
Известно, что растворимость кислорода в среде очень низка и она зависит от температуры t, давления Р, а также от концентрации растворенных компонентов п. При давлении 0,1 МПа и температуре 30С в 1 литре дистиллированной воды максимальное количество растворенного кислорода составляет 7,63 мг /56, 86/. В реальной питательной среде максимальная растворимость кислорода еще ниже и составляет 2...5 мг/л /1, 12/. С повышением в питательной среде концентрации питательных веществ, рН и температуры, растворимость кислорода уменьшается. Запасы кислорода в среде способны поддерживать жизнедеятельность микроорганизмов в течение 0,5...2 мин /3, 14/.
Микроорганизмы, нуждающиеся в кислороде для своей жизнедеятельности, активно реагируют на изменение его концентрации. Скорость роста микроорганизмов увеличивается при увеличении кислородосодержания в жидкости, повышает выход урожайности клеток /62,102/.
Известно, что в условиях аэробиоза при понижении концентрации растворённого в среде кислорода до 0,5...1 мг/л, считающейся критической, размножение дрожжей почти прекращается /1,42, 79/.
При установившемся стационарном режиме при соблюдении всех условий взаимодействия, удельная скорость роста микроорганизмов определяется по зависимости, выявленной Моно в 1942 году:
Методика лабораторных и производственных исследований
Программой исследований предусматривалось: - подготовка лабораторной установки, изготовление рабочих органов к ней; - подбор измерительной аппаратуры и разработка методики экспериментов; - подтверждение основных теоретических положений по выявлению процесса роста микроорганизмов и выходу биомассы продукта на ферментёре новой конструкции; - оценка влияния перемешивающего устройства на характер процесса, качество продукции (рост и выход биомассы).
Экспериментальные исследования проводились в научных лабораториях кафедр «Пищевая и аграрная инженерия» и «Биотехнология» Восточно-Сибирского государственного технологического университета (ВСГТУ) согласно технологической схеме (рис. 3.1) на лабораторном ферментаторе, общий вид и фотография которого представлены на рис 3.2. и 3.3.
Объектом исследований служили рабочие органы ферментатора, питательные среды (сок шиповника, картофельный сок) и посевной материал ( Sacharomyces vini Muscat и Candida utilis) согласно таблице Материалы и сырье, использованные для производства кормовых дрожжей.
Технологическая схема (рис 3.1.) включает в себя собственно ферментатор 1, состоящий из теплообменной рубашки 2, термостат 3, три насоса 4, пробоотборник 5, измерительную ячейку 6, баллон с кислородом 7, манометр 8, регулировочные краны 9, фильтры 10, дозаторы на питательную среду и субстрат 11 и 12, подпиточные ёмкости 13. Технологический процесс осуществляется и поддерживается с помощью вспомогательного оборудования, включая термостат, насосы, фильтры, дозаторы и др.
Для выращивания кормовых дрожжей используется ферментатор. Лабораторный ферментёр /рис.3.2./ представляет собой вертикальный аппарат, состоящий из корпуса 1, центрального вала 2, верхней 3, центральной 4, нижней 5 мешалок, теплообменной рубашки 6, выгрузного патрубка 7, питательного патрубка 8, патрубка для отработанного воздуха 9, электродвигателя 10, основания 11.
Установка работает следующим образом.
Питательная смесь вместе с дрожжевым автолизатом и с солями, необходимыми для культивирования кормовых дрожжей вносится через питательный патрубок 8. Одновременно с вращением мешалок, которые приходят в движение от работы электродвигателя, вводится воздух через полый вал 2. Засекается время культивирования. Производятся необходимые замеры. По окончании культивирования выключается электродвигатель, и останавливается работа ферментатора.
Выполнение верхней мешалки в виде перфорированного диска со сквозными отверстиями и с Т-образными лопатками (рис. 3.5.), позволяет исключить в существующих аппаратах такое устройство как пеногаситель и совместить его функции с перемешиванием в ферментаторе, что упрощает и облегчает конструкцию аппарата. Сквозные отверстия предназначены для выхода продуктов метаболизма. Т-образные лопатки расположены над верхней поверхностью перфорированного диска.
Действие по борьбе с пенообразованием происходит следующим образом. При вращении вала начинает вращаться и сама мешалка. По всей поверхности диска в радиальном направлении устроены Т-образные лопатки, которые при вращении перемешивающего устройства верхними козырьками разбивают внешнюю оболочку пенных пузырьков, обеспечивая её гашение. Одновременно Т-образные лопатки выполняют функцию перемешивания.
В результате интенсивного перемешивания частицы продукта легко поднимаются со дна аппарата и поднимаются в зону интенсивного перемешивания по всему объёму ферментатора.
Выполнение вертикального вала полым, на котором поярусно размещены три ряда мешалок (по патенту № 2006117/560) позволяет увеличить вместимость аппарата на 15...20%, так как в связи с такой разработкой убирается громоздкая аэрирующая система.
Воздух, подаваемый внутри полого вала, выходит через жалюзийные отверстия, кромки которых отогнуты вниз (см. рис. 3.8.). Большая часть воздуха нагнетается вниз и далее проходит в полую крестовину, откуда через щели выходит в питательную смесь, аэрируя ее снизу вверх.
Воздух предварительно простерилизованный нагнетается компрессором при давлении Р=0,1 мПа.
Если в целях создания равномерного давления, соответственно, равномерного потока воздуха, в центральной части вала имеется ограниченное количество выходных отверстий, то оно возрастает по мере приближения к концу выходной кромки вала. Диаметр отверстий переменного сечения, вначале меньшего, к концу большего размера. Благодаря такой разработке имеется возможность избавиться от громоздкой системы (аэрирующая труба и барботер) и увеличить вместимость ферментатора на 15...20%.
