Способ определения максимальной удельной скорости роста микроорганизмов при их культивировании на жидкой питательной среде Советский патент 1988 года по МПК C12Q1/00 

10

u

11364635

Изобретение относится к биотехнологии, в частности к способам определения параметров биотехнологических процессов..g

Максимальная удельная скорость роста микроорганизмов - такая скорость роста микроорганизмов, когда отсутствует лимитация и ингибирова- ние субстратом. Максимальная удельная скорость роста микроорганизмов является основным параметром при синтезе автоматических систем управления биотехнологическими процессами. В связи с нестационарностью процесса данный параметр меняется.

Цель изобретения - сокращение времени определения за счет проведения процесса определения в реальном масштабе времени..

На чертеже представлена схема реализации предлагаемого способа.

На схеме обозначены ферментер 1, резервуар 2 тщательного субстрата, дозатор 3 питательного субстрата, первая измерительная ячейка 4 скорости потребления кислорода, резервуар 5 буферного.агента, дозатор 6 буферного агента, вторая измерительная ячейка 7 скорости потребления кислорода, блок 8 определения максимальной удельной скорости роста микроорганизмов, блок 9 индикации максимальной удельной скорости роста микроорганизмов.

Схема работает следующим образом.

Культуральная среда из ферментера 1 и питательный субстрат из резервуара 2 через дозатор 3 подается на первую измерительную ячeйкv 4. Сюда также подается воздух для насыщения среды кислородом. Измерительные ячейки 4 и 7 скорости потребления кислорода состоят из дифференциаль20

25

30

2

удельной скорости роста микроорганизмов; а и b - коэффициенты пропорциональности.

После первой измерительной ячейки из резервуара 5 буферного агента через дозатор 6 в культуральную среду вводится буферный агент, ингибирую- щий рост микроорганизмов, во второй измерительной ячейке 7 измеряется скорость потребления кислорода микроорганизмами.

При удельной скорости роста микроорганизмов, равной нулю, потребление кислорода связано только с поддержанием жизнедеятельности микроорганизмов, т.е. справедливо следующее выражение:

QoiMHH СХ,(2)

- скорость потребления кислорода при скорости роста микроорганиз- .мов, равной нулю; С -коэффициент пропорцио нальности .

Объединяя уравнения (I) и (2), получают

рО ллакс

О О мин

где Q

0„ мин

М

макс

2

(3)

где К,

К - Ь

I35

Для определения M;,c,:c сигналы с измерительных ячеек 4 и 7 поступают на блок 8 определения максимальной удельной ско-рости роста микроорганизмов, представляющий собой набор

40

стандартных элементов, реализующих элементарные арифметические операции согласно выражению (3). Блок 9 индикации показывает текущее значение максимальной удельной скорости ро кого датчика, проточной кюветы и про- 45 микроорганизмов и представляет качивающего устройства.собой цифровой милливольтметр. Культуральную среду после проведенных изВ первой измерительной ячейке мерений возвращают в ферментер 1. рост микроорганизмов происходит с . Предлагаемый способ испытан на максимальной удельной скоростью роста 50 Ферментационной установке. В ферментере с рабочим объемом 3 л на суль- . фитных щелоках выращивают микроорганизмов Candida utilis, щтамм КЛ-1. Исходные сульфитные щелоки, состав eg питательной среды и щтамм КЛ-1 .S потребление кислорода микроорганизмами соответствует следующему уравнению;

QoiM«.c ,сХ + ЬХ, (1)

где X - концентрация микроорганизмов;QO ..-..- скорость потребления кислорода при максимальной

раны соответственно с технологическим регламентом выращивания кормовых дрожжей. Температура культивирования рН 4,6; аэрация 3,2 л/мин.

0

635

0

5

0

2

удельной скорости роста микроорганизмов; а и b - коэффициенты пропорциональности.

После первой измерительной ячейки из резервуара 5 буферного агента через дозатор 6 в культуральную среду вводится буферный агент, ингибирую- щий рост микроорганизмов, во второй измерительной ячейке 7 измеряется скорость потребления кислорода микроорганизмами.

При удельной скорости роста микроорганизмов, равной нулю, потребление кислорода связано только с поддержанием жизнедеятельности микроорганизмов, т.е. справедливо следующее выражение:

QoiMHH СХ,(2)

- скорость потребления кислорода при скорости роста микроорганиз- .мов, равной нулю; С -коэффициент пропорцио нальности .

Объединяя уравнения (I) и (2), получают

рО ллакс

О О мин

где Q

0„ мин

М

макс

2

(3)

где К,

К - Ь

I

Для определения M;,c,:c сигналы с измерительных ячеек 4 и 7 поступают на блок 8 определения максимальной удельной ско-рости роста микроорганизмов, представляющий собой набор

раны соответственно с технологическим регламентом выращивания кормовых дрожжей. Температура культивирования рН 4,6; аэрация 3,2 л/мин.

Рост микроорганизмов ингибируют, вводя в питательную среду ингибитор роста микроорганизмов 50.

Результаты семи периодических фер- ментаций обработаны сглаживающими сплайнами и установлены истинные значения максимальной удельной скорости роста микроорганизмов. Результаты этих экспериментов использова- ны также для определения коэффициентов К,, К, К.

Выражение для максимальной удельной скорости роста микроорганизмов для данного процесса имеет следующий вид:

0,088 9- - - - - - 0,093. 0.

ммн

Проведенное испытание предлагав- мого способа показало, что он позволяет получить значения измерений в реальном масштабе времени, при этом погрещность определения максимальной удельной скорости роста микроорганиз- мов не превьппает 6,6%.

Формула изобретения

Способ определения максимальной удельной скорости роста микроорганизмов при их культивировании на жидкой питательной среде, предусматривающий насыщение культуральной среды кислородом и питательным субстра-

,том Б концентрациях, не вызывающих ингибирование роста микроорганизмов, отличающийся тем, что, с целью сокращения времени определения за счет проведения процесса в реальном масштабе времени, культу- ральную среду прокачивают череэ две последовательно установленные измерительные ячейки, при зтом насьш1ение культуральной среды кислородом и питательным субстратом в концентрациях, не вызывающих ингибирование, осуществляют в первой ячейке, а в культуральную среду второй ячейки вводят буферный агент, служащий для повьщ1ения рН среды и ингибирования роста микроорганизмов, измеряют скорость потребления кислорода в каждой измерительной ячейке, а определение максимальной удельной скорости роста микроорганизмов осуществляют по формуле

QOi Mdw

М

м«кс

к.

- к

Oj /мин

г

де

QOzMo

QO

КС

мин

М

макс

иК скорости потребления кислорода в первой и во второй ячейках соответственно;максимальная, удельная скорость роста микроорганизмов;коэффициенты пропорциональности

Изобретение может быть использовано в биотехнологии и направлено на сокращение времени определения макси- м альной удельной скорости роста микроорганизмов ,. Культуральную среду прокачивают через две последовательно соединенные измерительные ячейки (Я). Культуральную среду первой Я насыщают кислородом и питательным субстратом в концентрациях, не вызывакицих ингибирование роста микроорганизмов. В Культуральную среду г второй Я. вводят буферный агент, инги- бирующий рост микроорганизмов. В каждой измерительной Я измеряют скорость потребления кислорода микроорганизмами, а максимальную удельную скорость роста микроорганизмов опреi jtV QolMctKC „ деляют по формуле М„е|цс Кд OjMMH где Л QOiMHH - скорости по требления кислорода в первой и во второй измерительных ячейках соответственно; К, и Kj- коэффициенты пропорциональности. 1 ил. j (Л ОР О) Од 00 сл