Ферментер для микробиологической трансформации стероидов

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (191 (11) (5 1 ) 5 С 1 2 М 1 40 1 / 0 2

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (46) 30.05.90. Бюл. ¹ 20 (21) 3538453/28 12 (22) Of.02.83 (71). Институт биохимии и физиологии микроорганизмов АН СССР (72) lO.В.Редикульцев, Л.А.Литвиненко, .К..А.Кощеенко, Е.А.Борман и Г.В.Суходольская, (53) 66.023(088.8) (56) 1.Патент Японии Ф 56-8580, кл. С 12 М 1/40, опублик. 24.02.81.

2. Патент Японии № 56-39875, кл. С 12 М !/40, опублик. 16.09.81. (54)(57) ФЕРМЕНТЕР ДЛЯ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКОЙ ТРАНСФОРМАЦИИ СТЕРОИДОВ, содеркащий цилиндрическую емкость,снабаенную крышкой и патрубками для подвода и отвода воздуха и готового продукта и разделенную горизонтальной сетчатой перегородкой на секции, в верхней из которых размещен иииобилизованньй биологический катализатор, отличающийся теи, что, с целью увеличения удельной производительности путем повышения исходной концентрации субстрата,в секциях емкости располокены прикрепленные к крышке и днищу последней сопла, выходные отверстия которых обращены к сетчатой перегородке, служащие для подвода реакционной рецнркулируемой аидкости соответственно на субстрат для его перемешивания,и псевдоокиаення иииобилизованного биологического катализатора и сообщенные с коллекторами реакционной жидкости, располохенными над крышкой и под днищем емкости, при зтом в нихней секции установлена отводная трубка для поддераания заданного уровня реакционной аидкости, связанная с коллектором пос". ледней,,располоаенным над крьиикой, а в верхней секции - поворотное сопловое устройство для смыва субстрата со стенок емкости и сопел.

1? 499

Изобретение относится к медицине, а именно, к производству лекарственных препаратов на основе микробиоло-. гической трансформации стероидов с использованием иммобилиэованных ферментов, ферментативных систем или клеток, и может быть использовано в микробиологической, химической, медицинской и пищевой промьппленности, а также в научно-исследовательской l0 практике.

Известен ферментер для микробиологической трансформации стероидов колонного типа, содержащий герметичный сосуд с аэратором, в который эагружа- 15 ют иммобилизованный объект и через него с определенной скоростью прокачивают субстрат. Выход продукта в такйх ферментах очень низкий, и, кроме того, получаемый продукт может 20 содержать остМточный субстрат, кото- . рый необходимо отделять от продукта ца стаДии очистки и возвращать на повторную переработку (1), Известен также ферментер для мик- 25 . робиологической трансформации стероидов, содержащий цилиндрическую емеость,. снабженную крышкой и патрубками для подвода и отвода воздуха и готового продукта и разделенную гори- 30 эонтальной сетчатой перегородкой на секции, в верхней из которых размещен иммобилизованный биологический катализатор (?) .

Процесс трансформации в таком фер- З ментере происходит за счет многократной прокачки субстрата через иммобилизованный объект,.который закрепляют в промежутках между сетчатыми перегородками, расположенными в вертикаль-40 ной плоскости ферментера на равном

Р расстоянии одна от другой.

Такой ферментер позволяет значительно улучшить условия транс формации и снизить процент остаточного субстрата в получаемом продукте, но он не лишен недостатков.. Они заключаются в том, что ферментер не йозволяет .производить процесс трансформации стероидов при высоких концентрациях 50 исходного субстрата. Это объясняется тем, что нерастворенный в жидкости субстрат, представляющий собой плотную гнгроскопичную суспенэию кристаллов стероида входит s плотный контакт 55 с носителем иммобилиэованных микроорганизмов, забивает кристаллами стероила поры этого носителя и ячей32 1 . ки сетчатой перегородки, в связи с чем резко снижается массообмен иммобилизованных микроорганизмов. В результате этого, процесс трансформа-, ции ведет к получению ненужного по" бочного продукта.

Цель изобретения — увеличение удельной производительности ферментера путем повышения исходной концентрации субстрата.

Для этого в предложенном ферменте ре для микробиологической трансформации стероидов, содержащем цилиндрическую емкость, снабженную крышкой и патрубками для, подвода и отвода воздуха и готового продукта и разделенную горизонтальной сетчатой перегородкой на секции, в верхней из которьм раз мещен иммобилизованный биологический катализатор, согласно изобретению в секциях емкости расположены прикрепленные к крышке и днищу последней сопла, выходные отверстия которых обращены к сетчатой перегородке, служа-. å для подвода реакционной рециркулируемой жидкости соответственно на субстрат для его перемешивания .нпсевдоожижения иммобилизованного биологи-. ческого катализатора и сообщенные с коллекторами реакционной жидкости, расположенными над крышкой и Под днищем емкости, при этом в. нижней секции установлена отводная трубка для поддержания. заданного уровня реакционной жидкости, связанная с коллектором последней, расположенным над крышкой, а в верхней секдии — поворотное сопловое устройство для смыва субстрата со стенок емкости и сопел.

На чертеже схематично изображен предложенный ферментер в продольном разрезе.

Ферментер .содержит цилиндрическую емкость- 1, снабженную крышкой 2 и патрубками 3 и 4 для подвода и отвода воздуха и разделенную горизонтальной сетчатой перегородкой 5 на секции 6 и 7, в верхней иэ которых размещен иммобнлиэованньпЪ биологический катализатор (не показан).

В секциях 6 и 7 емкости 1 располо." жены прикрепленные к крышке 2 и днищу 8 сопла 9 н 10, выходные отверстия 11 и 12 которых обращены к сетчатой перегородке 5, служащие для подвода реакционной рециркулируемой насосами 13, 14 и 15 жидкрсти соответственно на субстрат для, его перемеПо завершении трансформации полученный продукт сливают по патрубку 20, а в емкости 1 запивают воду из расче та полного заполнения коллектора 17.

С включением насосов 13, 14 и 15 эта вода в виде брызг из сопел 9 и 10 и поворотного соплового устройства 19 разлетается по всей полости емкости 1, промывает ее полость и иммобилизованный биологический катализатор, распо3 1249 шивання и псевдоожижения иммобилизо— ванного биологического катализатора и сообщенные с коллекторами 16 и 17 реакционной жидкости, расположенными над. крышкой 2 и под днищем 8 емкости 1. В нижней секции 7 установлена отводная трубка 18 для поддержания заданного уровня реакционной жидкос ти, связанная с коллектором 16 последней, расположенным над крышкой 2, 0 а в верхней секции 6 вЂ, поворотное сопловое устройство 19 для смыва субстрата со стенок емкости 1 и сопел 9 и 10. Полученный продукт сливают из аппарата по патрубку 20. Термостати- 15 руют ферментер посредством теплообменника 21. Измерительные электроды установлены через вводы 22.

Ферментер работает следующим об20 разом.

В исходном состоянии емкость 1. заполнена субстратом, на сетчатой перегородке 5 которой расположен иммобилизованный биологический катализа25 тор. По патрубку 3 подводят, а по патрубку 4 отводят воздух, необходимый для аэрации биологического ката- лизатора. Посредством теплообменника 21. осуществляют термостатнрование

emcости. С включением насоса 13 в емкости 1 возникает циркуляция реакционной жидкости,.которая забирается из нижней секции 7 и нагнетается в коллектор 17 и сопла 10 с образованием восходящих струй этой жидкости. 35

При этом над сетчатой перегородкой 5 образуется зона гсевдоожиженного слоя, в которой осуществляется интенсивное перемешивание иммобилизованного биологического катализатора и которая 40 препятствует его оседанию на перегородке 5., С включением насоса 14 реакционная жидкость забирается с нижней сек: ции 7 и нагнетается в коллектор 16 45 и сопла 9, из которых в виде падаю- щих струй вводится в субстрат и достигает иммобилизованного биологического катализатора. При движении струи реакционной жидкости происходит под- 50 сос .воздуха, имеющегося в верхней секции 6, и его гидродиспергирование в псевдоожиженный слой для осуществления аэрации иммобилиэованного биологического катализатора. Вместе с тем 55 этот воздух сорбируется иа гигроскопической поверхности не перешедшего в раствор субстрата.и образует вмес932 4 те с ним ионную суспензию, которая поднимается, стремясь занять все над- жидкостное пространство в емкости 1. . Пенная суспензия, достигнув уровня установки сопел 9, частично перекрывает доступ воздуха к истекающим из ннх струям, что снижает подсос этого воздуха в реакционную жидкость и останавливает пенообразование.

Таким образом, процесс взаимодействия иммобилизованного биологического катализатора с субстратом в емкости 1 происходит только через его растворенное состояние н исключает прямое их взаимодействие, что способствует улучшению качества получаемого продукта.

По мере трансформации субстрата в продукт концентрация субстрата в. растворе падает, освобождая место для дальнейшего раствореиия исходноrb субстрата, переходящего в раствор из ионной суспензии.

Нерастворенный в реакционной лп дкости воздух под действием струй, истекающих из сопел 9, может попадать. под сетчатую перегородку 5, откуда по отводной трубке 18 откачивается насосом !5 в виде газожидкостной смеси в коллектор 16 ° .

Жидкостный объем нижней секции 7 емкости .1 термостатирован посредством теплообменника 21. Нижняя секция 7,, кроме того, имеет вводы 22 для установки измерительных электродов.

Нерастворенный субстрат, находясь в наджидкостной части емкости 1 в. виде ионной суспензии, в силу своей гнроскопичности активно прилипает к стенкам емкости 1 и соплам 9. Для включения его в трансформацию часть реакционной жидкости, нагнетаемой насосами 13 и 14 в коллектор 16, отводится в поворотное сопловое устройство 19, истекая из которого в виде струй реакционной жидкости .последняя смыкает прилипший субстрат с сопел 9 и стенок емкости 1.

1249932

Составитель Г.Лошкарева

Техред И.Верес Корректор Е.Сирохм .

Редактор Л.Волкова

Заказ )538

Тираж 491 . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная, 4 ложенный на сетчатой перегородке 5.

После промывки воду сливают, а ферментер может быть использован для очередного процесса трансформации стероидов.

Предлагаемое устройство по сравнению с базовым позволяет повысить исходную концентрацию субстрата в десятки раз, что резко увеличивает выход конечного продукта с единицы объема ферментера при неизменных других затратах, а отсутствие при трансформации прямого контакта нераство- ., ренного субстрата с иммобипиэованным биологическим катализатором улучшает качество продукта и не допускает образования побочных трансформаций.

Данный ферментер обеспечивает проведение процессов трансформации етероидов с использованием как свободных, так и иммобилиэованных микроорганизмов и снижение затрат при очистке получаемого продукта за счет стабилизацйи пены в ферментере без при-, менения ПАВ.