CC BY
45
УДК 676.024.45
О ПРОИЗВОДСТВЕ АКТИНОМИЦЕТОВ ДЛЯ ЛЕСОВОССТАНОВЛЕНИЯ
© П.П. Кормилец , З.Н. Власенко, С.Н. Мартыновская, А.П. Руденко
Сибирский государственный технологический университет, пр. Мира, 82, Красноярск, 660049 (Россия) E-mail: sibstu@sibstu.kts.ru
В работе приведены результаты модернизации емкостного аппарата с ротором геликоидного типа с целью решения задачи по достижению требуемой производительности, обеспечивая при этом определенные гарантии получения качественных актиномицетов. Экспериментальные исследования подтвердили надежную и эффективную работу емкостного аппарата после модернизации как ферментера для производства качественных актиномицетов.
Ключевые слова: актиномицеты, биопрепараты, гомогенность, геликоид, зондирование, корпус, концентрации, культивирование, морфология, модернизация, планка, профилирование, полость, ротор, субстрат, суспензия, траектория, ферментер.
Введение
Рациональное использование и сбережение лесов, являясь актуальнейшей проблемой для нашей страны, пока, к сожалению, далеко от благополучного разрешения. В то же время древесная зелень - один из основных отходов лесозаготовительных предприятий - содержит достаточно большое количество биологически активных и эргопластических веществ, которые находят широкое использование в различных отраслях промышленного производства России.
Следует отметить и такой немаловажный факт, что это один из самых доступных и, что не менее существенно, дешевых субстратов. используя максимально положительные моменты именно такой ситуации, вполне приемлемым и необходимым является разработка технологии и оборудования, позволяющих реализовать производство биопрепаратов, а именно актиномицетов, в таких количествах, которые всемерно способствовали бы более полному удовлетворению все возрастающих запросов, в том числе и сферы лесовосстановления как в нашей стране, так и за рубежом [1].
В этой связи возникает необходимость поиска наиболее перспективных технических решений, позволяющих достаточно эффективно провести исследования по созданию биопрепарата защиты растений на субстрате древесной зелени. используемые до настоящего момента серийно выпускаемые ферментеры, как показали наши исследования, не позволяют эффективно выполнить, в силу присущих им конструктивных недоработок, решение задачи по достижению требуемой производительности, обеспечивая при этом определенные гарантии получения качественных актиномицетов.
Данная задача может быть решена только при условии наличия состояния гомогенности рабочей среды в проточной полости ферментера, что может быть достигнуто посредством создания гидродинамической картины, обеспечивающей высокую степень циркуляции рабочей суспензии в процессе ее перемешивания.
Экспериментальня часть и обсуждение результатов
Принимая во внимание упомянутое выше условие, для проведения лабораторных исследований использовался емкостной аппарат новой конструкции [2], в котором в качестве перемешивающего органа применялся ротор шнекового типа, причем пространственная геометрия его представляет собой косой геликоид.
* Автор, с которым следует вести переписку.
Экспериментальные исследования показали, что данный аппарат с успехом может быть использован в качестве ферментера, но после внесения в его конструкцию определенных изменений.
Для использования данного емкостного аппарата в качестве ферментера нами была осуществлена модернизация, заключающаяся в том, что корпус был выполнен разъемным, состоящим из двух частей с внутренними направляющими планками. Направляющие планки в нижней части установлены стационарно, а в верхней части - выполнены с возможностью изменения профилирующей формы путем изгиба планок по их длине в вертикальной плоскости в направлении вращения ротора.
В ходе проведения экспериментальных исследований было выявлено, что перемешивание субстрата древесной зелени в емкостном аппарате, конструкция которого претерпела указанную выше модернизацию, происходит равномерно и качественно.
В емкостном аппарате, в котором перемешивающее устройство, как было указано выше, выполнено в виде ротора геликоидного типа, имеет место определенная, только в данном случае присутствующая гидродинамическая картина движения суспензии. Траектория движения суспензии в меридиональной плоскости включает следующие друг за другом снизу вверх участки: нижняя часть лопастей ротора - нижняя часть корпуса со стационарно установленными направляющими планками - верхняя часть корпуса с направляющими планками с изменяемой профилированной формой - входная часть лопаток ротора - тело ротора.
В верхней части аппарата поток суспензии направляется в зону, определяемую блоком направляющих пластин, где при необходимости динамическая корректировка их движения реализуется поворотом верхней части пластин на требуемый угол в сторону вращения ротора в вертикальной плоскости.
Для эффективной работы данного аппарата, как показали экспериментальные исследования, необходимо соблюдение следующих обязательных условий, а именно:
а) наличие минимальных сопротивлений движению суспензии по траектории движения, что предопределяет тем самым минимальные затраты при эксплуатации емкостного аппарата;
б) получение наибольшей степени циркуляции суспензии по траектории движения, что обеспечивает достижение в минимальные промежутки времени гомогенного состояния относительно концентрации и степени обработки твердых ингредиентов суспензии.
Соблюдению условия «а», т. е. наличие минимальных сопротивлений движению суспензии по траектории движения в емкостном аппарате, призвано содействовать то, что корпус выполнен из двух частей, причем верхняя часть представляет тело вращения с образующей дугой радиуса, равного диаметру ротора, а сопрягаемая с ней симметрично нижняя часть в виде тела вращения с образующей в виде отрезка параболы канонического вида х2=2Ру. Данное условие выполняется в конструкции аппарата, используемого в качестве базового [2].
Соблюдение условия «б» становится реально достижимым, если части корпуса выполнены разъемными с внутренними направляющими планками, причем направляющие планки в нижней части установлены стационарно, а в верхней части - выполнены с возможностью изменения профилирующей формы путем изгиба планок по их длине в вертикальной плоскости в направлении вращения ротора. Это условие выполняется в конструкции модернизированного емкостного аппарата.
Следует указать, что при запуске предлагаемого аппарата в работу производилось его гидродинамическое зондирование на стенде, включающее определение оптимальной частоты вращения ротора и степени деформации планок в верхней части корпуса аппарата.
Таким образом, выполнение настройки аппарата перед его эксплуатацией, как показали выполненные нами экспериментальные исследования, позволяет обеспечить безотрывный характер движения потока суспензии при сходе его из лопаток ротора в нижней части корпуса и создание оптимального угла атаки при входе потока на лопатки ротора в верхней части корпуса. Это позволяет получить наибольшую степень циркуляции суспензии по траектории движения, достигая в минимальные промежутки времени гомогенного состояния относительно концентрации и степени обработки рабочей суспензии.
Правомерно отметить, что в процессе модернизации емкостного аппарата с ротором геликоидного типа использован, разработанный авторами, графоаналитический метод совместного профилирования конструкции ротора и составляющих элементов корпуса аппарата [3].
В данном случае, это позволяет создать оптимальные условия обработки, обеспечивающие посредством интенсификации процесса достижение повышения производительности и снижения удельных затрат электроэнергии.
При выращивании микроорганизмов в емкостном аппарате с ротором геликоидного типа не наблюдается задержки роста актиномицетов $1тер1отусе8 \ateritius 19/97-М. Рост актиномицетов до стационарной формы
достигается с 24 до 48 ч глубинного культивирования. В корпусе емкостного аппарата практически отсутствуют застойные зоны, что способствует равномерному распределению твердой составляющей суспензии в жидкой фазе в проточной полости аппарата.
Об эффективности перемешивания практически можно судить по морфологии штамма 19/97-М Б^ерО тусе^' \ateritius 22-часового глубинного культивирования в серийно выпускаемом ферментере (рис. А) и в емкостном аппарате, прошедшем модернизацию (рис. В).
Анализ экспериментальных данных показал, что рост актиномицетов увеличился почти в три раза по сравнению с результатами, которые были получены при использовании серийного ферментера, и почти в полтора раза - в случае применения емкостного аппарата в конструктивном исполнении до модернизации.
Морфология штамма 19/97М Бtreptomyces \ateritius после 22 ч глубинного культивирования: (А) - в ферментере с лопастной мешалкой и (В) - в ферментере с ротором геликоидного типа
1. В модернизированном емкостном аппарате обеспечивается оптимальная степень циркуляции суспензии по траектории движения, что способствует достижению в минимальные промежутки времени в проточной полости гомогенного состояния относительно концентрации и степени обработки рабочей суспензии.
2. Использование в качестве ферментера емкостного модернизированного аппарата позволяет существенно повысить выпуск актиномицетов, обеспечивая при этом их требуемое качество.
Список литературы
1. Аскарова С. Актиномицеты-антагонисты фитопатогенных микроорганизмов и их роль в устойчивости хлопчатника к вертициллезному вилту: автореф. дис. ... д-ра биол. наук, Ташкент, 1970. 45 с.
2. Патент 2235584 (РФ) Емкостной аппарат непрерывного действия / А.П. Руденко, В.В. Еременко // БИ. 2004. №25.
3. Теоретические основы профилирования основных функциональных элементов аппарата емкостного типа / Деп.
Выводы
ВИНИТИ 12.05.03, №900.
Поступило в редакцию 20 февраля 2008 г.
