Способ непрерывного культивирования микроорганизмов Советский патент 1987 года по МПК C12Q3/00 

10

го

25

Изобретение относится к биотехнологии и может быть использовано в микробиологической промышленности.

Целью изобретения является увеличение продуктивности ферментера по целевому продукту путем повышения степени утилизации питательного субстрата, а также расширение диапазона входных концентраций питательного субстрата.

На фиг.1 изображена схема установки, реализующей предложенный способ; на фиг.2 - зависимости концентрации питательного субстрата на входе в ферментер (верхний график) и скорое- ти протока среды через ферментер (нижний график) от времени культивирования; на фиг.З - зависимости концентрации питательного субстрата на входе в ферментер (верхний график) и количества биомассы, возвращаемой на вход в ферментер после отделения (нижний график) от времени культивирования; на фиг.4 - кривая переходно- го процесса по биомассе после подачи на вход ферментера ступенчатого возмущения концентрации питательного субстрата.

Установка содержит ферментер 1, сепаратор 2, генератор 3 прямоугольных импульсов, блок 4 управления блок 5, осуществляющий постоянный

Т

сдвиг фаз между изменениями скорости протока и изменениями концен- 35 трации питательного субстрата на вхое в ферментер, блок 6, осуществляюий сдвиг фаз между изменениями конентрации питательного субстрата и зменениями количества возвращаемой 40 осле отделения бирмассы. На линии отходящих из ферментера газов установлены датчики кислорода 7 и углеислого газа 8 в комплекте с вторичными преобразователями 9 и 10, выхо- 45 ы которых соединены со входом блока 4 управления, позволяющим корректиовать расход воздуха через ферментер при помощи исполнительного мехаизма 11.50

30

В примерах 2-3 приведены основные показатели предложенного способа культивирования для различных значений переменных из указанных интервалов . Культивирование проводили для средних входных концентраций питательного субстрата 20, 40 и 60 г/л и средней скорости протока 0,25 ч . Амплитуда колебаний параметров измёНа линии возврата остаточного субстрата и линии отвода биомассы установлены соответственно датчики концентрации остаточного субстрата 12 и 55 нилась в интервайе от 0,9 до 1,0 их биомассы 13 в комплекте с вторичными среднего значения. На вход ферменте- преобразователями 14 и 15. Информация ра возвращалось 5% от объема коли- о текущих значениях переменных прочества биомассы.

0

о

5

5 0 5

0

цесса культивирования поступает на вход устройства-управления 4.

Культивирование микроорганизмов проводили в ферментере 1 рабочим объемом 100 л при скорости протока среды D 0,25 ч и входной концентрации субстрата 20 г/л. Отсутствие лимитирования по кислороду достигалось расходом воздуха 40 л/г. Для определения постоянной времени ферментера по концентрационному каналу на вход подавали ступенчатое возмущение концентрации субстрата амплитудой 15 г/л. Кривая переходного процесса изображена на фиг.4, определенная по этой кривой постоянная времени ферментера составляетt(p 3 ч. Период Т изменения параметров выбирали в интервале от 0,1 до 0,3 ч, что составляет 0,03-0,1 постоянной времени ферментера. Из ферментера его содержимое поступало в сепаратор 2 для отделения биомассы от остаточного субстрата . Часть отделенной биомассы и часть остаточного субстрата возвращали на вход ферментера. Генератор 3 прямоугольных импульсов осуществлял периодическое изменение концентрации питательного субстрата на входе в ферментер за счет переключения входа ферментера с линии полноценного субстрата на линию возврата остаточного субстрата и воды с частотой, задаваемой блоком 4 управления. Постоянный

л. Т

сдвиг фаз -j между изменениями концентрации питательного субстрата на входе в ферментер и изменениями скорости протока среды через ферментер осуществляют с помощью блока 5. Сдвиг фаз между изменениями концентрации питательного субстрата на входе в ферментер и изменениями количества возвращаемой после отделения биомассы осуществляли с помощью блока 6.

В примерах 2-3 приведены основные показатели предложенного способа культивирования для различных значений переменных из указанных интервалов . Культивирование проводили для средних входных концентраций питательного субстрата 20, 40 и 60 г/л и средней скорости протока 0,25 ч . Амплитуда колебаний параметров измёнилась в интервайе от 0,9 до 1,0 их среднего значения. На вход ферменте- ра возвращалось 5% от объема коли-

нилась в интервай среднего значения ра возвращалось 5

чества биомассы.

-|- 0.05

S -i- 0,025

D 6,25 ч , А 0,9.

Амплитуда колебаний скорости про- тока 0,225 ч .

рим

е р ч.

2. Т 0,2 ч, о, S о, D 0,25 чА 0,95. Амплитуда колебаний скорости протока 0,238 .

Пример 3. Т 0,3 ч,

S,

S,,15

-f- 0,15 ., ,

D 0,25 ч , А 1,0. Амплитуда колебаний скорости протока 0,25 ч .

Оптимальным с точки зрения максимума продуктивности по биомассе и миt5

СпЬсоб непрерывного культивирования микроорганизмов, предусматривающий периодическое изменение скорости протока питательного субстрата, о т- личающийся тем, что, с целью увеличения продуктивности фермен тера по целевому продукту путем повы шения степени утилизации питательного субстрата, периодически с одним и . тем же периодом, осуществляют измене ния концентрации питательного суб- . страта на входе в ферментер и количества возвращаемой в феркентер биомассы, причем отношение периода колебаний указанных параметров к посто янной времени ферментера составляет 0,03-0,1, а отношение амплитуды коле

нимума остаточной концентрации суб- 20 баний этих величин к их среднеариф- страта является пример 2.

Сравнение способа-прототипа и предложенного способа культивирования позволяет сделать вывод, что пос- ледний наиболее эффективен при высоких входных концентрациях субстрата и позволяет увеличить продуктивность ферментера по биомассе до 15% при одновременном снижении концентрации остаточного субстрата в 8-10 раз.

25

30

метическому значению 0,9-1, при этом изменения концентрации питательного субстрата и скорости протока среды осуществляют в противофазе, а сдвиг фазы между изменениями концентрации питательного субстрата и изменениями количества возвращаемого после отделения биомассы выбирают от нуля до половины периода.

20 40 60

19 38

57

СпЬсоб непрерывного культивирования микроорганизмов, предусматривающий периодическое изменение скорости протока питательного субстрата, о т- личающийся тем, что, с целью увеличения продуктивности ферментера по целевому продукту путем повышения степени утилизации питательного субстрата, периодически с одним и . тем же периодом, осуществляют изменения концентрации питательного суб- . страта на входе в ферментер и количества возвращаемой в феркентер биомассы, причем отношение периода колебаний указанных параметров к постоянной времени ферментера составляет 0,03-0,1, а отношение амплитуды колебаний этих величин к их среднеариф-

метическому значению 0,9-1, при этом изменения концентрации питательного субстрата и скорости протока среды осуществляют в противофазе, а сдвиг фазы между изменениями концентрации питательного субстрата и изменениями количества возвращаемого после отделения биомассы выбирают от нуля до половины периода.

Таблица 1

0,1 0,2 0,3

92,6 97,1 96,1

Таблица 3

.Изобретение относится к способам непрерывного культивирования микро организмов и направлено на увеличение продуктивности ферментера (Ф) по целевому продукту путем повышения степени утилизации питательного субстрата. Для достижения поставленной цели осуществляют периодические с одним и тем же периодом изменения скорости протока концентрации питатель- 1 ного субстрата на входе в Ф и количества возвращаемой в Ф биомассы, причем отношение периода колебаний указанных параметров к постоянной времени Ф составляет 0,03-0,1, а отношение амплитуды колебаний этих величин к их среднему значению - 0,9-0,1. Изменения концентрации питательного субстрата и скорости протока осуществляют в противофазе, а сдвиг фазы между изменениями концентрации питательного субстрата и изменениями количества возвращаемой в Ф после отделения биомассы выбирают от нуля до половины периода. 4 ил. 3 табл. I СЛ

.1

пГ ()Т ()Т 3)Т (п)Т i

U8. 2

пГ )Т ()Т ()Т 4)Т

пТ ()Т ( ()Т / /7 45/7 t

Рие. 3

20

ю

Ю20

9иа. t(

Редактор А.Долинич

Составитель Н.Алкеев Техред М.Ходанич

348/28

Тираж-500Подписное

ВНИИПИ Государственного коьштета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная, 4

X

Ь,юс

Корректор М.Самборскаяг