Способ автоматического управления полупериодическим процессом выращивания аэробных микроорганизмов Советский патент 1988 года по МПК C12Q3/00 

00

Изобретение относится к автоматическому управлению процессом культивирования микроорганизмов и может быть использовано на предприятиях микробиологической промышленности, например, при производстве биомассы микроорганизмов.

Цель изобретения - повьппение выхода биомассы.

Способ автоматического управления полупериодическим процессом выращивания аэробных микроорганизмов заключается в следующем.

В процессе культивирования микроорганизмов расход воздуха во время ферментации постоянных оборотах мешалки N, диаметре ферментера D пропорционален скорости роста микроорганизмов juX, концентрации микроорганизмов X и объему среды в ферментере.

Во время ферментации при исчерпании источника углеводов (субстрата) резко падает скорость роста микроорганизмов. Тем самым при стабилизированной величине растворенного кислорода за счет изменения расхода воздуха, поступающего на азрацию, резко падает дебит воздуха, необходимый для поддержания заданной величины растворенного кислорода, так как поступающий воздух используется лищь для поддержания жизнедеятельности микроорганизмов. В случае исчерпания источника углеводов до определенной степени следует лимитация микроорганизмов субстратом и процесс выращивания микроорганизмов прекращается, что влечет за собой необоснованные затраты времени, расходуемого для выхода из режима ингибиции. Изменяется свойство культуры и тем самым уменьшается выход по биомассе.

При культивировании микроорганизмов известен случай, когда начинаетс ингибиция субстратом. Во время ингибиции субстратом резко падает ско-. рость роста микроорганизмов, что влечет за Собой описанные последствия.

На чертеже изображена система, реализующая способ автоматического управления полупериодическим процессом выращивания аэробных микроорганизмов.

Система состоит из промышленного ферментера 1, контура стабилизации рН культуральной среды в ферментере, включающего датчик 2 рН культурально

среды, связанный через регулятор 3 рН с исполнительным механизмом 4, установленным на линии подачи буферного агента, контура стабилизации температуры культуральной среды в ферментере, включающего датчик 5 температуры культуральной среды, связанный через регулятор 6 температуры культуральной среды в ферментере с. исполнительным механизмом 7, установленным на линии подачи охлаждающей воды, контур стабилизации оборотов мешалки, включающий датчик 8 оборотов

6 Мешалки, регулятор 9 оборотов мешалки, связанный с приводом 10 мещалки, контур стабилизации концентрации растворенного кислорода культуральной среды, включающий датчик 11 раство0 ренного кислорода, связанный через регулятор 12 растворенного кислорода с исполнительным механизмом 13, установленным на линии подачи воздуха, контур регулирования подачи подпиты5 вающего субстрата в ферментер, включающего измерительный элемент 14 расхода воздуха, поступающего на аэрацию, связанный через экстремальный регулятор 15 с исполнительным меха0 низмом 16, установленным на линии подачи подпитывающего субстрата в ферментер и датчика 17 объема культуральной среды, подключенного к экстремальному регулятору 15.

5 Система работает следующим образом.

Сигнал с датчика 2 рН культуральной среды в ферментер 1 подается на регулятор 3 рН, который сравнива-

0 ет заданное значение с текущим и формирует сигнал для исполнительного механизма 4, изменяющего подачу буферного агента в ферментер 1. Сигнал от датчика 5 температуры подается на

5 регулятор 6 температуры культураль- иой среды, который сравнивает заданное значение с текущим и формирует сигнал для исполнительного механизма 7, изменяющего подачу охлаждающей

0 воды в ферментер. Сигнал от датчика 8 оборотов мешалки поступает на регулятор 9 оборотов мешалки, который сравнивает заданное значение с текущим и формирует сигнал для привода

55 10 мешалки. Сигнал с датчика 11 раст- воренного кислорода культуральной среды поступает на регулятор 12 растворенного кислорода, который сравнивает заданное значение с текущим и

313

формирует сигнал для исполнительного механизма 13, изменяющего дебет воздуха, поступающего на аэрацию в ферментер 1. Дебет воздуха, поступающего на аэрацию, измеряется датчиком 14 расхода воздуха и подается на экст- ремальный регулятор 15, который при учете сигнала, поступающего от датчика 17 объема культуральной среды, представляющего собой, тензометричес- кий датчик с цепочкой RC на выходе датчика для фильтрации частоты вибраций мешалки, формирует управляющий сигнал на исполнительный механизм 16, изменяющий подачу подпитывающего субстрата в ферментер. При зтом сигнал управления в экстремальном регуляторе 15 определяется таким образом, что сигнал от датчика 14 расхода воздуха при учете сигнала от датчика 17 объема культуральной среды во время подпитки принимал экстремальное значение в виде максимума.

Данная система испытана на ферментационной установке Biostat. Е при полупериодическом культивировании микроорганизмов Escherichia coli и Pseudomonas piitida на глюкозе.

Во время процесса культивирования микроорганизмов Escherichia coli и

40

Pseudomanas putidq переменные процесса были стабилизированы.

Данный способ автоматического управления полупериодическим процессом выращивания микроорганизмов позволяет оптимизировать условия культивирования микроорганизмов и повысить выход биомассы в проведенных сериях экспериментов на 11 и 26% для микроорганизмов Escherichia coli и Pseudomonas putida соответственно по сравнению с известным, принятым за базовый объект.

-V,

Формула изобретения

Способ автоматического управления полупериодическим процессом вЬфащива- ния аэробных микроорганизмов, предусматривающий стабилизацию растворенного кислорода, рН, температуры, скорости вращения мешалки и подачу воздуха и субстрата, отличающийся тем, что, с целью повышения-выхода биомассы, дополнительно измеряют объем среды и расход воздуха и поддерживают значение расхода воздуха на максимальном уровне путем изменения подачи субстрата, причем подачу последнего корректируют в зависимости от объема среды. ,

Изобретение относится к автоматическому управлению процессом выращивания аэробных микроорганизмов И может быть использовано на предприятиях микробиологической промышленности, например, при производстве биомассы микроорганизмов. Цель изобретения - повышение выхода биомассы. Способ автоматического управления полупериодическим процессом выращивания микроорганизмов Escherichia coli и Pseudomonas putida основан на стабилизации на определенной величине переменных процессов - рН, температуры, оборотов мешалки, растворенного кислорода в среде, и осуществлении подпитки субстратом на основе расхода воздуха при учете объема культураль- ной среды, поступающего на аэрацию. Причем подпитку субстратом при учете объема культуральной среды осуществляют таким образом, чтобы дебет воздуха в ходе подпитки принимал экстремальное значение в виде максимума. 1 ил. i (Л