Способ автоматического управления процессом производства индуктора интерферона на гидролизных субстратах Советский патент 1984 года по МПК C12Q3/00 G05D27/00 

86od данмы Изобретение относится к микробиологической и медицинской промьш1 ленностн, а и 1енно к процессам непрерывного выращивания продуцентов биологически активных веществ, в частности продуцента индуктора интерферона. Известные способы автоматического управления процессом непрерывного выращивания микроорганизмов не позволяют эффективно управлять процессом и получать телевой продукт - биомассу с надшчием индукто-ра интерферона из-за отсутствия информации о дыхании культивируемой популяции и тек самьш о начале сбра лС-тания субстрата. Целью изобретения является созданмс способа, позволяющего эффективно уггравлять процессом производства индуктора игггерферона путем ликвидации дефицита т избытка элементов гп1тания, предотвращения сбра живания субстрата и тем самым выхода целевого продукта. Цель достигается тем, что соглас но предлагаемому способу регулируют подачу питательного субстрата и рас ход воздуха по величине дыхательног коэф(:гицие гга, опре, количество утилизированного углерода и кислоро да, )П ;ч1;сляют их гоогно ;( Mi сран нивают получен бе CiiOTHOiiie;uu с зада1П 1 1м, а покачу ятательното губс:т рата и расход «oiiiyxa коррек ;1ру от в зависимости от результатов сравне н и я, Нормалг,1-ый проц(;с;с биосн теза би массы популяцией микроор;анизмоп ха ксхкЬфиционта ( кЦ ) 1а;ми м .еишицс. Ecjni дыхатол}-,ный ко ффи1тиент больше заданного (например, R Q i,-), имеет мг-ст(1 сбражшчзж-те cvOcTpaTa, что сви/ц-гельс1чгует о недостатке кислор;да (потдухгО li переключсии ку;1ьтивнруем;й поггуляини яа лиагфоО ный процсчт жизнсооеспечоПчЯ . Если ( ко)ффиц1(-1гт мен ше задан1 ого (нппримор, R Q с. 1 ,(,), это свидетслт.стпучТ об H3MeHt iiHii naniia влей нос iii бпосу.пгг-- ;; - пглз-ынаеМО г о не достал ком (Vico;i p b;a i;ero субстрата, Н(-()бхгг-;гим{) ущ-личгггь поставка- послсднсгс, 02 теза биомассы протекает в условиях достаточности и кислорода и углерода. Однако в этом случае возможна избыточность одного или даже обоих злеме.нтов питания. Возникает необ ходимость контролировать, происходит ли реальное потребление кислорода и углерода в тех пропорциях, которые характерны для этих элементов в составе биомассы культивируемой популяции. При культивирований продуцента ип дуктора интерферона соотношение (и состав) химических элементов в биомассе практически неизменно, может быть заранее определено и считается теоретически необходимым минимумом их поставки с питанием. Сравнение последнего с отношением вычисленных из уравнений материального баланса текущих количеств углерода и кис.чорода, утилизированных в процессе биос1П1теза, определяет степень соответствия между теоретически необходимыми и реально потребляемыми пропорциями этих элементов. Опредделение текуццтх значений ко.чичеств ути.1П13Ированного углероа (Q) vi кислорода (Qco производят на основе следуюпшх ба.азисопых соотношений, Количество кислорода, реальн ути.иизируемое в единицу нременп в работающем С1)ерментере, равно Зос б С- CO/QC, ко.пичестро кислоролп , уупаюшое в формеитг р с аэрирующим 31.1злухом; Q - K(i,;iH4CCTiu) кис г( , т:паи цее с субстратом,; к о ли ч е г пч о к н с ;i о р г л .ч , идаЧ(С( формснтеч) с t с I р а том в б р а ж к е ; количество кислогх);;;; , ;1яии1о в состлв углек, 14 г.лза и 1 окидак:г1рс (: м; ;трр с о -:-;ол. г/ J i i -ч о.ч и ч С с ТВ;1 к: К ;орО; а Ki i;j Л ni)iieo фо)мс м тчмч с отх(1Дя;)П1М1 ГМЗПМ1;.

-, -л V,

31113 где С концентрация (начальная) о кислорода в подаваемом на аэрацию воздухе; 6 - расходвоздуха на аэрацию; ро2 ПЛОТНОСТЬ кислорода;5 (3) с с с где с - начальная концентрация кислородсодержащего компонента питательного субстрата (например, Сахаров, редуцирующих веществ);, 15 Vt - объем потока субстрата (вода, раствор РВ, соли) на ферментер; Cj. - концентрация (доля) кислорода в кислородсодержа- 20 щем компоненте питательного субстрата; , () ,5 где С - конечная концентрация кислородсодержащего компонента питательного субстрата Q° OJZTVeCeo,pco27 (5) где 0,727 - пересчетный коэффициент (доля) для перехода от измеренного количества углекислого газа к кислороду, содержащемуся в нем СОл концентрация углекислого 2 газа в отходя цих газах; Рсо, плотность углекислого газа; ,, (6) 45 где С., - концентрация кислорода в отходящих газах. С учетом Г11 |1пжений (2) - (6) COOT-JQ ношение (1) примет I.iiji

5o,, ,С°-О,. (Г) . 10 30

- -г

-Р& с 10 4 Текущее значение количества углерода, реально утилизированного в единицу времени в работающем ферментере, определяют из балансовых соотношений формуле Qc Qc-Qcor sp. (8) где Q- - количество углерода, постуг пающего с субстратом; Со, количество углерода, покидающего ферментер с углекислым газом; /Бр количество углерода, по кидающего ферментер с бражкой, При этом , (9) н концентрация углеродсодержащего компонента в г субстрате; концентрация (доля) углеРода в углеродсодержащем компоненте субстрата; ,Pc02. где0,273 - пересчетный коэффициент (доля) для перехода от измеренного количества углекислого к углероду, содержащемуся в нем; П (11) 6р , i г где Cpg, - концентрация углеродсодержащегося компонента (РВ) в бражке. Подставляя (9-11) в (8) получим р6 J-OJI VeC , (,2) Как правило, чтлеродсодержлщий компонент субстрата ЯП.ЧЯРТСЯ и П)(обладающим поставщиком кмслоро; а с субстратом, поэтому можн. положит -,

с учетом изложенного из вьфажений (7) и (12) получают отношение

QC

OiTc;; -C),ncVc;вVinC O,T2 VвCco,pcOг

Из уравнения (14) следует, что для управления по результатам сравнения текутцих и теоретических значен1й отношений количеств углерода к кислороду (помимо измерени текущих значений дыхательного коэффициента) необходимо и достаточно

измерять: Cpg , С

ре ) -ре S 5 в

п

сод гВеличины С , РСО С,

н „ н

02 являются справочными.

На чертеже изображена структур};яя схема реализации данного способа,

Схема содержит ферментер 1, к которому подведены линии подачи углеродсодержащего субстрата, водь, питательных солей и воздуха, а также линии отбора дрожжевой суспензии и вентилируемых (отходящих) газов .

Ферментер и обеспечивающие его материальные линии снаб «ень; датчиками 2-5 расхода воздуха, субстрйта.

концентрации углекислого газа и- кислорода в отходящих гязаХ; углеродсодержащего компонента (PBJ

рата, РВ в дрожжевой суспензт (бражке), датчиком 10 уровня в фермертере, регулятором 11, задагчи сом 12 протока, блоком 13 определеняя текущего значе(П1я д,ыхательного кстффициента, блоком 1; сраямсн;тя текущего значения дыхательного ко-пффпииета с заданным блоком 15 опр.деле1;ия текущих значений количеств утг лизиоованного углерода, блоком 16 onpo;i,eления текущих значений количеств утилизированного кислорода, блоком 17 поддержания постоянства протока через ферментер, блоком 18 вычисления отношений текущих чначениГ; количеств утилизирован)ого углерода к кислороду, ог1рс,1еления разногт, расчетными (заданными) отношениями количеств углерода к кис.Юроду и текущими, а также управления исполнительньми мехг.низмами и зависимости от выявленной разности,, исполнительньпчи механизмами 19-/-3 ня линиях полачи Еюздуха, субстрата отбора лрожжсноГ суспонзип, подача; воды и раствора C(4eii.

тев:у1дих значений ве.т ичины реальной утилизации углерода к кислороду

Способ осуществляют следующим образом.

Количество поступающего з ферментер 1 воздуха измеряют датч1Гком 2 расхода. Сигналы с датчиков Ь и концентрации углекислого газа и кислорода 5 установленных на линии отходящих газов, поступают в блок ГЛ.Р вр г исляют текуга.ее значении щ-лхатель)1огс) коэффишента ( R Q ; Ч-о,

Полученное значение ftQ; в блоке 14 сравнения сравнивают с заданньм (R Оз,) и в случае 5 если R Q;, RQ-i . из бло;:а 14 на исполнительный 20 1оступает сигнал на увеличение чодачи субстрата в ферментер 1. ЕслиНч р , из блока 14 поступает сигнал на испо.чнительный механт{зм 19 об увепиче1пги олачи :.-;озлуха. При R Q, R Q :, сигнал поступав г Fia вход блока 18 где фopм ipyют команду д.пя исполните.чьHI-IX механГ мов 19 и 20 в зазиси:--1ости

количеств углерода и кислорода.

Текуи.ие значения количеств у:илизировашюго углерода определяют в блоке 15 по сигналам с датчиков 8 и 9 ко1пде} трации углеродсодержащгто компонента в с:убстрате и в дро ;о; е;5ой суспензии, датчика 2 расхо;а воздуха и выхода дрожжевой суспензии

ферме {тер измеряемым задатчиком 1 2 протока), а также объему отходяи,-1х газов (равного объему подавяемстго на азрадию Р-оздуха, измеренного датчико 2 расхода) и концентрации угпекмслого гпза )их по датчику 6.

Текущее значение количества у т nj; и 3 н pot О.; 1Н о Г :j К К С Л сф ОД а о пр е : е ляют в блоке 16 по сигналам от .датчиков 2,&-8,1,9 и 12 соответстБ;Н|0 расхс1да воздуха, концентрации углекислого газа и концентрации кислорода в отходяа;кх газах, концентрации у г леро.дсо держащего компонент в питательном субстрате,, расхода питате.чьного субстрата, кокп,ентг,ап,ми РВ н дро;«7хевой суспензии (Е браж7ке), выхода (равного заданию) дрожжевой суспензии. По информации, поступающей с бло ков 15 и J6, в блоке 18 вычисляют текущее отношение количеств утилизи рованного углерода к кислороду, сра нивают вычисленное текущее отношение с расчетным и формируют команду на управление исполнительными механизмами на линиях 19 и 20 подачи воздуха и субстрата в зависимости от результатов сравнения. Если реальное текущее отношение больше расчетного, то одновременно с заранее заданным шагом уменьшают подачу углеродсодержащего субстрата и увеличивают подачу воздуха до тех пор, пока текущее отношение зна чений балансовых величин по углероду и кислороду не окажется равным .расчетному. Если реальные теку1иие отношения меньше расчетных, то одновременно с заранее заданным шагом увеличиваю подачу углеродсодержащего субстрата и уменьшают подачу воздуха до тех пор, пока текущее значение отношени балансовых величин по углероду и кислороду не окажется равным расчет ным. 10 8 Стабилизацию уровня в ферментере обеспечивают датчиком 10 уровня, регулятором 11 и исполнительным механизмом 21 на линии отбора дрожжевой суспензии. Постоянство протока через ферментер при стабильном уровне в посл- днем и необходимости коррекции подачи углеродсодержащего субстрата обеспечивают посредством блока I, в котором по сигналам с датчиков 3-5 расхода субстрата, воды, солей и датчика 8 концентрации углеродсодержащего субстрата определяют текущее .значение подачи и сравнивают его с заданным. При расхождении текущих значений с заданным в блоке 17 . формируют команду исполнительным механизмам 22 и 23 на коррекцию подачи воды и питательных солей. Использование предлагаемого способа автоматического управления процессом производства индуктора интерферона на гидролизных субстратах обеспечивает повышение выхода целевого продукта на 3,5% и практически исключает безрезультатные ферментации из-за переключения продуцента на сбраживание субстрата.

СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ПРОИЗВОДСТВА ИНДУКТОРА ИНТЕРФЕРОНА НА ГИДРОЛИЗНЫХ СУБСТРАТАХ, заключающийся в тим, что регулируют подачу питатель- кого субстрата и расход воздуха по величине дыхательного коэффициента, определяют количество утилизированных углерода и кислорода, вычисляют их соотношение и сравнивают полученное соотношение с заданным, а подачу питательного субстрата и расход воздуха корректируют в зависимости от результата сравнения.