Laboratorní fermentor GRYF Magic bioSTAR 1

Laboratorní fermentor GRYF Magic bioSTAR je určen pro bakteriální fermentace malých objemů v laboratorních podmínkách. Obsahuje všechny komponenty a prvky potřebné ke správné funkci. Fermentor je řízen osvědčeným softwarem Magic XBC.

Fermentor se skládá z několika základních částí:

Sterilní nádoba fermentoru vč. příslušenství
Systém temperace pro topení a chlazení
Míchadlo z pohonnou jednotkou
Dva ovládací panely s čerpadly a dalším příslušenstvím
Kompresor
PC vč. řídícího sofrwaru
Měřicí systém

Spolehlivost

Biologický fermentor Magic bioSTAR je určen pro vědecké a výzkumné účely, pro kultivaci
malých objemů. Jeho konstrukce vychází ze zkušeností s konstrukcí obdobných
jednoúčelových zařízení. Využívá časem prověřené materiály a postupy doplněné o nové
moderní prvky, především software pro řízení, záznam a zpracování měřených dat který je
rozšířenou verzí měřicího systému MAGIC XBC. Fermentor je stavebnicový systém.
Všechny prvky použité na výrobu byly vybrány s velkou pečlivostí a snahou o zajištění
maximální spolehlivosti, dlouhé životnosti a jednoduché obsluhy. Všechny použité konstrukční
prvky , jejich funkce, vč. funkce kompletního zařízen,í prochází přísnou kontrolou.

Přehlednost

Zapojení fermentoru Magic bioSTAR je jednoduché a přehledné. Všechny průchody do
fermentoru jsou v poklopu, propojovací kabely jsou nejkratší cestou zapojeny do panelu
fermentoru a nebrání uživateli v obsluze. Kdykoliv lze vyjmout nádobu fermentoru bez
nutnosti odstrojení příslušenství. Dávkovací čerpadla jsou součástí ovládacích panelů (bez
vnějších připojovacích kabelů). Propojení čerpadel s nádobou fermentoru a zásobníky
reagencií je provedeno silikonovými sterilizovatelnými a aoutoklávovatelnými hadičkami.
Propojení počítače s panelem fermentoru je provedeno jedním signálním kabelem (RS485 +
USB)

Všestranné využití

Jako většina výrobků GRYF je i fermentor MAGIC bioSTAR stavebnicový systém.
Je možné:
- libovolně měnit počet kombinovaných průchodů za jiné vč. změny průměrů
- přidat další dávkovací čerpadla, kombinovat jejich výkony (objem/čas, velikost dávky)
- měřit další elektrochemické nebo fyzikální veličiny, vč. složení výstupních plynů
- měnit aerační prvky a elementy zajišťující homogenizaci (míchání)
- změnit z rotačního systému homogenizace na lineární s nastavitelným zdvihem,
výměnou míchadla za aktuátor (šetrná homogenizace)
- měření hladiny fermentoru kapacitním snímačem umístěným vně nádoby
Fermentor lze využít pro vsádkový i kontinuální režim kultivace.
Zkušenosti firmy GRYF s vývojem speciálních jednoúčelových zařízení otvírá nové možnosti
pro zvýšení užitné hodnoty fermentoru a to na vysoké technické úrovni.

Komfort obsluhy

Všechny procesy je možné ovládat přímo z PC buď v automatickém nebo manuálním režimu.
Proces fermentace je možné sledovat i mimo pracoviště v rámci místní počítačové sítě nebo
internetu. Na základě požadavků lze doplnit stávající systém o další funkce nadstavbou
hardwaru i softwaru. Některé funkce jako např. odvzdušnění a natažení kapaliny do
dávkovacího čerpadla lze provést manuálně v předem nastavitelném režimu.

Popis fermentoru GRYF bioSTAR 1

Fermentor se skládá z několika základních částí:
· Sterilní nádoba fermentoru vč. příslušenství
· Systém temperace pro topení a chlazení
· Míchadlo z pohonnou jednotkou
· Dva ovládací panely s čerpadly a dalším příslušenstvím
· Kompresor
· PC vč. řídícího sofrwaru
· Měřicí systém
Na ovládacích panelech jsou z přední strany umístěny všechny potřebné ovládací prvky.
Na zadní straně ovládacích panelů jsou umístěny prvky měření a automatizace, přístupné pod
průhlednými dvířky (pouze pro servis). Ze zadní strany jsou přivedeny všechny přívody a
kabelové přípoje.
Nádoba fermentoru - výrobce Kavalier Sázava. Nádoba je vyrobena z borosilikátového
skla, válcového tvaru s rovným dnem se zaoblenými hranami. Rovné dno zajišťuje dostatečný
tepelný přechodu pro ohřev a chlazení fermentoru. Poklop je z nerez oceli, těsnění mezi
nádobou a nerez poklopem je silikon kaučukový O kroužek. Hermetické uzavření je zajištěno
originální sponou z materiálu nerez dodávanou výrobcem nádoby.
Velikost nádoby (objem nádoby fermentoru) je dán jeho základnou — průměrem 112 mm a
max. zástavnou výškou nádoby 280 mm. Základní verze využívá nádobu s využitelným
objemem 500 -1000 ml (čistý objem 1260 ml). Výška nádoby je 175 mm. Nádoba má
objemové značení po 250ml.
Poklop fermentoru je vybaven průchody z matriálu nerez nebo PVDF s těsnícím elementem
ze silikon kaučuku a převlečnou matkou pro utažení. V případě, že nejsou průchody osazeny
příslušenstvím jsou zaslepeny ucpávkami. Těsnost průchodů je zajištěna s velkou rezervou do
tlaku 8(nerez)/4(PVDF) barů. Všechny prvky průchodů je možné zatížit trvale do teploty
150°C.
Poklop fermentoru má celkem 6 průchodů.
3 samostatné průchody „A1, A2, A3“ pro osazení a upevnění příslušenství o průměr 12 mm,
- elektroda pro měření pH
- elektroda pro měření pO2
- sonda pro měření zákalu
Po vložení sondy a jejím usazení ve správné úrovni je její tělo zaaretováno převlečnou
matkou, která přitlačí silikonový těsnící element k sondě a hermeticky otvor uzavře.
1 průchod „B1“ pro průměr 8mm/6mm
- odvod plynů vracení kondenzátu
1 kombinovaný průchod „C1“ 6x 3,5 mm (5 nerezové kanily pro kapaliny, 1x aerace)
- příkrm
očkování
- sběr, odebírání vzorků
- dávkování přípravku antifoam
- aerace
1 kombinovaný průchod „C2“ 2x 5 (4)mm
- teplotní senzor
- 1x rezerva
Všechna vložená příslušenství se v průchodu zajistí utažením převlečné matky.
Uprostřed poklopu je umístěn dělicí element magnetické spojky, který zajišťuje hermetický
náhon míchadla.
Kompletní sestava nádoby vč. průchodů a dělicího elementu magnetické spojky je
atoklávovatelná.

Kanily

Jsou vyrobeny z nerezové tenkostěnné trubičky průměru 3-3,5 mm. Na konci jsou zakončeny
olivkou s převlečnou matkou pro připojení hadičky. Materiál nerez/plast odolný teplotě min.
135°C. Na požadavek uživatele můžou být rozměry kanil přizpůsobeny jeho potřebám.
Kanily jsou autoklávovatelné společně s nádobou fermentor.
K1 - nejdelší kanila končící u dna - odběr vzorků (sklízení)
K2 - kanila konec na úrovni hladiny - očkování
K3 - kanila konec nad hladinou - odpěňování
K4 - kanila konec ve spodní části - dávkování reagencie pro úpravu pH
K5 - volitelné - příkrm
K6 - volitelné - přívod aerace

Temperace

je zajištěna výkonným Peltierovým článkem. Možný teplotní rozsah 0 -70°C. Pracovní rozsah
regulace teploty 10-60°C, nastavení s rozlišením 0,1°C. Rozdíl teploty v oblasti chlazení
oproti okolní teplotě při plném výkonu je t max. 19°C. Při procesu chlazení je možné pro
urychlení temperace do ustálení teploty použít na nádobu fermentoru tepelně izolační
materiál (pěnový kruh). Přebytečné teplo vyráběné peltierovým článkem je odváděno
aktivním odvětráním zadní částí podstavce fermentoru. Teplotní senzor pro řízení temperace
je umístěn spolu s dalšími senzory uvnitř fementoru (průchod C2). Provední nerez.
Autoklávovatelný.
Nastavená i skutečná teplota je zobrazena na monitoru počítače.
Míchání — homogenizace obsahu fermentoru. Míchací zařízení je mechanické - nerezová
hřídel, na kterou je možé umístit turbínky s radiálním i axiálním tlakem na kapalinu.
Turbínky pracují v oblasti laminárním proudění. Typ turbínky a umístění závisí na rozhodnutí
uživatele. Na jednu hřídel, při plném objemu (1000ml), je možné umístit až tři turbínky.
Výkon motoru míchadla dodaný turbínce roste v závislosti na průměru a jeho otáčkách.
Empirický vzorec pro orientační výpočet příkonu míchadla pro laminární míchání kapalin:
N = A . d3 . n2 . η
N = příkon míchadla, A = součinitel typu míchadla, d = průměr míchadla, n = počet otáček,
η = viskozita kapaliny

Max. průměr při použití jedné turbínky (standartní geometrický tvar) při 200ot/min je 70
mm. Míchadlo je možno doplnit o nově uživatelsky navržené geometrické tvary turbínek
(laserem vyříznutelné i složité tvary)
Všechny díly týkající se míchání umístěné uvnitř fermentoru jsou autoklávovatelné.
Hnací jednotka míchadla je DC motor s planetovou převodovkou, řízený PWM (pulzně
šířkovou modulací) v rozsahu 0 -240 ot/min. Propojení hnací jednotky s míchadlem je
magnetickou spojkou. Kroutící moment 1 Nm při 200 ot/min. S nižšími otáčkami díky řídící
elektronice kroutící moment roste. Hnací jednotka je vybavena enkodérem pro přesné
sledování nastavených otáček.
Uživatel si může po konzultaci s dodavatelem vybrat jiný rozsah otáček míchadla.
Otáčky míchadla jsou zobrazeny na monitoru počítače.
Hnací jednotka míchadla je umístěna na vodící tyči a lze ji kdykoliv vysunout a odpojit od
magnetické spojky. Propojení unašeče magnetické spojky s hřídelí hnací jednotky je
mechanickou rychlospojkou.
Aerace — Zdrojem vzduchu je malý bezolejový tichý laboratorní kompresor (hlučnost pod 50
dB). Na výstupu je umístěn bakteriální filtr pro filtrace pevných částic a případného malého
množství suspendované kapaliny v plynu. Provedení AA: účinnost při úrovni filtrace 0,01m:
99,9999+%
Objem dávkování vzduchu je řízen proporcionálním ventilem s hmotnostním průtokoměrem.
Průtokoměr s regulačním ventilem je součástí každého fermentoru. Uživatelsky nastavitelný
rozsah z oboru 0 -5 l/min. je regulován v rozsahu 0 - 100%. Dávka je plynule řízená podle
měřené a požadované hodnoty parciálního tlaku pO2 nebo manuálně. Průtok je zaznamenáván
měřicím systémem a je zobrazen na monitoru.
Aerační element je standartního provedení - kruh nebo membrána s tryskami umístěná ve
spodní části nádoby. Materiál nerez, autoklávovatelný.
Systém aerace je možné doplnit o nové aerační prvky navržené uživatelem.
Propojení zdroje regulovaného čistého vzduchu s nádobou fermentoru je silikonovou
hadičkou. Z preventivních důvodů (pro zabránění případné kontaminace) je třeba na vstup
fermentoru připojit jednorázový antibakteriální filtr.
Dávkování - peristaltická dávkovací čerpadla
WELCO - Japonský výrobce. Precizní čerpadla s opěrnou dráhou, s dvěma nebo čtyřmi
rolnami, s dostatečně plynulou dávkou, řízené krokovým motorkem. Krokový motor
umožňuje dávkovat i velmi malé dávky. Dávkovací čerpadla jsou zabudována přímo do
panelu fermentoru.K dispozici je velký výběr hadiček různých průměrů a chemické odolnosti.
Viz tabulka. V automatickém provozu lze čerpadla nastavit do dvou základních režimů:
1. dávkování v rozsahu 0-100% v předem nastaveném oboru z max. rozsahu čerpadla
řízené z PC
2. režimu „dávka“- nastavení opakovatelné dávky (např. dávkování odpěňovače aj..)
řízené z PC
Dávkovací čerpadla jsou proporcionálně řízena z PC na základě vyhodnocení řídícího
systému. Jedna otáčka =12 800 kroků.
Dávkovací čerpadla lze ovládat také manuálně (tlačítkem) s funkcí odvzdušnění a natažení
kapaliny. Mechanickým přepínačem na panelu lze nastavit 10 úrovní výkonu (otáček) pro
6
manuální provoz. Spuštění manuálního provozu má přednost před automatickým řízením
z PC a je nezávislé na stavu aut. řízení fermentoru.
Každému čerpadlu lze mimo jiné přiřadit funkci „Integrátor“ (nová funkce software MAGIC
XBC). Tato funkce zajistí sledování spotřeby reagencií v daném časovém úseku.
Sledováním spotřeby reagencie pro úpravu pH je možné podle dané kultury nepřímo sledovat
i objem růstu kultivovaných mikroorganismů a nahradit tím měření zákalu.
Hnací hadičky dávkovacích čerpadel jsou autoklávovatelné.
Podrobnější informace viz příloha č. 10
Funkce dávkovacích čerpadel
DČ 1 krmení
20 ot/min, 12800 kroků/ot
Hadička typ: PHARMED BPT světlost 3,2 mm
Max dávka/min 10 ml/min
Dávka/otáčka 0,5 ml
Předvolba 10 ml/min
DČ 2 úprava pH
20 ot/min
Hadička typ: dle zadání
Max dávka/min
Dávka na jeden krok
Předvolba: podle zadání uživatele
DČ 3 dávkování přípravku antifoam
20 ot/min, 12800 kroků/ot.
Hadička typ: dle zadání
Max dávka/min
Dávka na jeden krok
Předvolba: výběr hadičky a nastavení bude přizpůsobeno požadavkům uživatele
DČ 4 rezerva
DČ 5 sběr, odběr vzorků
0-150 ot/min, 1600 kroků/ot.
Hadička typ: dle zadání
Max dávka/min
Dávka na jeden krok
Předvolba: výběr hadičky a nastavení bude přizpůsobeno požadavkům uživatele
Vývěva
Spouštění je prováděno manuálně, regulace sání je ovládáno regulačním ventilem. Při
odsávání kapaliny z fermentoru do sběrné nádoby je třeba sledovat hladinu, aby nedošlo
k vniknutí kapaliny do vývěvy.
Měření výšky hladin
Sledování výšky hladiny je prováděno nerezovými elektricky vodivými kanilami umístěnými
v reaktoru. Nejníže umístěná kanila (K1) je jeden kontakt „vodivostní elektrody“. Druhý
7
kontakt tvoří kanila (K2) umístěná ve výšce hladiny, Zakončení třetí kanily (K3) je umístěno
nad hladinou, ve výšce, kde je předpokládán vzestup pěny. Využité kanyly jsou vodivě
propojeny jedním společným kabelem na panel reaktoru. Signál o úrovni hladiny je předán do
PC k vyhodnocení.
Krmení, automatické udržování hladiny
Tyto funkce spolu přímo souvisí. Pokud není stanoveno jinak, je hladina fermentoru
udržována doplňováním živného roztoku. Na základě informace z vodivostní sondy je řízeno
dávkovací čerpado a doplňována hladina na danou úroveň. Tato funkce pracuje v režimu
ON/OFF.
Automatické odpěňování (antifoam)
Obdobně jako při udržování hladiny je využívána třetí vodivostní sonda pro měření vzniku
pěny. Při dosažení úrovně pěny k vodivostní elektrodě je vyhodnocen signál a automaticky
sepne dávkovací čerpadlo, které dopraví do reaktoru předem definovaný objem odpěňovače.
Pokud je použit vhodný selektivní odpěňovač, pěna poklesne a signál je neaktivní. Při dalším
zvednutí pěny se proces opakuje. Odpěňování je možné také spustit manuálně podržením
tlačítka na příslušném dávkovacím čerpadle. Tento zásah nemá vliv na proces automatické
spuštění dávky.
Sklízení, odběr vzorku
Vybavení fermentoru umožňuje několik způsobů odběru kultivovaného media.
Odběr je prováděn z nejníže položené kanily.
1. s využitím peristaltického čerpadla
2. s využitím zdroje vakua (vakuové pumpy), který je součástí výbavy fermentoru
a) odběr do pomocné nádobky s následným přepuštěním do cílové nádoby
b) odběr přímo do odběrné cílové nádoby
3. Manuální odběr do pomocné nádobky pomocí injekční stříkačky
Očkování
Je možné provádět kanilou 2, jejíž konec je umístěn na hladině Na kanile je šroubení se
silikonovou ucpávkou bránící kontaminaci. Tuto přepážku je třeba překonat injekční jehlou.
Po ukončení očkování je třeba kanilu opět uzavřít.
Odvod plynů z reaktoru
Je zajištěn samostatnou průchodkou v poklopu fermentoru (B1). Na výstupu je umístěn malý
skleněný chladič zajišťující kondenzaci par a vracení kondenzátu do objemu reaktoru. Na
chladič je možné připojit zdroj studené vody. Pro běžný provoz může dostačovat povrch stěn
chladiče a okolní teplota. Výstup z chladiče je třeba osadit antibakteriálním filtrem.
Výstup je možné využít pro měření složení výstupního plynu (měření O2, CO, CO2, CH2,
H2S, aj..). Měření složení plynu není součástí základní výbavy (nadstandartní výbava).
Měřicí systém
Pro měření elektrochemických a fyzikálních veličin vč. akčních členů regulace je využit
hardware a software měřicího systému MAGIC XBC.
Podrobný popis: viz manuál
Měření pH a řízení dávky regencií pro úpravu pH
pH elektroda je umístěna v reaktoru a upevněna v průchodu nerezového poklopu. Konektor
elektrody je připojen do panelu fermentoru. Signál elektrody zpracovává modul měřicího
systému MAGIC XBC (měřicí hlavice) jsou umístěný v panelu fermentoru. Informace o
naměřeném pH jsou předány do PC, kde jsou vyhodnoceny a podle nastavených kritérií je
prováděn akční zásah čerpadlem DČ1 k úpravě pH, viz podrobný popis manuál MAGIC
XBC /nastavení výstupů/.
Použitý typ pH elektrody: Mettler Toledo InPro3253/120/Pt1000 - elektroda je
sterilizovatelná i autoklávovatelná.
Podrobný popis: viz příloha č.1
Měření parciálního tlaku pO2 a řízení aerace
Elektroda pro měření pO2 je umístěna ve fermentoru stejným způsobem jako pH elektroda.
Signál elektrody zpracovává modul měřicího systému MAGIC XBC (měřicí hlavice)
umístěný v panelu fermentoru. Informace o naměřeném koncentraci pO2 jsou předány do PC,
kde jsou vyhodnoceny a podle nastavených kritérií je prováděn akční zásah. Řízení dávky
vzduchu je pomocí proporcionálního ventilu s hmotnostním průtokoměrem, viz odstavec
„Aerace“ podrobný popis manuál MAGIC XBC /nastavení výstupů/
Použitý typ elektrody: Mettler Toledo InPro6800/12/120 - elektroda je sterilizovatelná i
autoklávovatelná.
Podrobný popis: viz příloha č. 2.
Měření zákalu
Pro měření zákalu je použit stacionární přístroj se sondou od firmy Mettler Toledo
Transmitter typ TRB 8300
Sonda InPro8200/S/Kalrez-FDA/120 3.1
Podrobný popis: viz příloha č. 3 - manuál k měření zákalu
Sonda pro měření zákalu má průměr 12 mm a lze ji připojit k fermentoru pomocí
univerzálního průchodu pro příslušenství 12mm, např, A3. V případě, že není sonda umístěna
na fermentoru od začátku procesu, je ji možné vsunout do fermentoru pomocí již výše
zmíněné průchodky. I když je elektroda sterilizovatelná, hrozí zde při otevření průchodu
kontaminace obsahu fermentoru. Druhou možností je odběr ztraceného vzorku, ve kterém je
měření provedeno. Při trvalém připojení sondy zákalu je možné sondu připojit k měřicímu
systému MGIC XBC jako jiné sondy a elektrody s využitím plného komfortu tohoto měřicího
systému s možností řídit hustotu kultivované biomasy.
Podrobný popis: viz příloha č. 4 — příručka Magic XBC
Software
Pro řízení fermentoru je využit měřicí systém Magic XBC s nadstavbami Klient — vzdálený
dohled a Graphs — práce s grafy v reálném čase. Ke každému fermentoru je samostatné
instalační CD s příslušným softwarem.
Seznam softwaru na jednom CD:
· Magic XBC verze 0.93 a vyšší 1 licence
· Magic XBC klient verze 1.0 a vyšší multilicence
· Magic XBC graphs verze 1.4 a vyšší multilicence
· Textové soubory manuály k příslušnému software
· Textový soubor návod k obsluze a údržbě, pokyny pro servis
I když stávající software Magic XBC bezproblémově zvládne řízení fermentoru v daném
rozsahu, bude zdarma doplněn o nadstavbu - funkce „integrátor“ a „dávka“ (funkce pro
dokonalejší řízení a ovládání davkovacích čerpadel s vyhodnocením objemů dávek).
Vzhledem k tomu, že se základní software stále vyvíjí, může být dodána vyšší verze.
Součástí dodávky je instalace software na dodané PC. Podrobný popis daného software viz
přílohy č. 4, 5, 6
Seznam zobrazených veličin na monitoru
Na hlavním panelu podmíněně s nastavením jednotka
Měření teploty fermentoru Nastavená teplota °C
Měření pH Nastavené pH pH
Měření pO2 Nastavený pO2 mg/l
Průtok vzduchu - aerace ml/min
Zákal FTU
Otáčky míchadla n/min
Počítačová sestava
Jako dodavatel byl zvolen renomovaný výrobce počítačů společnost AT Computers. Tato
firma dodává počítače pro dceřinou společnost Autocont a mnoho jiných po celé ČR. Díky
tomuto dodavateli můžeme garantovat vysokou spolehlivost zařízení a rychlou reakci
v případě problémů s hardwarem i softwarem.
Provedení
Skříň midi InWin EA-009 černo/stříbrná (rozměry: 190š x 445h x 415v). základní deska s
čipsetem P43.
Klávesnice USB
Myš optická USB
Karta RS485 pro komunikaci a ovládání fermentorů
Součástí dodávky PC od výrobce je následující software:
Originální Microsoft Windows 7 Professional CZ
Office Home and Business 2010 DOEM CZ
Podrobný technický popis viz příloha 7.
Monitor
22" LCD Acer E220HQb -50 000:1,5ms,Full HD,černý
Barva šasi: Černá
Podrobný technický popis viz příloha č.8 Autoklávování
Provádí se standardním postupem. Je třeba zajistit všechny neosazené průchody záslepkami,
elektrody a čidla opatřit ochrannou krytkou konektorů, odstrojit komponenty, které se nadají
autoklávovat.
Výrobce si vyhrazuje drobné rozměrové a dispoziční změny přístroj.