Система управления процессом культивирования микроорганизмов Советский патент 1988 года по МПК C12Q3/00 

(Л

4

оо

оо со 00

Изобретение относится к микробиологической промышленности и может быть использовано в пищевой промышленности. Изобретение направлено на увеличение производительности ферментера за счет снижения расходных коэффициентов. Система управления процессом культивирования микроорганизмов включает пульт управления (ПУ) 5, блок датчиков контролируемых параметров (ЕДКИ) 2,вход которого соединен с ферментером 1, а выход - с первым

0U3.f

входом ПУ 5, устройство ввода данных химического и микробиологического анализа (УБДХ и МА) 7, соединенное со вторым входом ПУ 5, блок началь ных уставок (БНУ) 6, блок исполнительных механизмов и блок 3 сумматоров, к первому входу которого подключен ПУ 5, к второму входу - БНУ 6, а выход блока сумматоров 3 соединен с блоком исполнительных механизмов 4, выход которого подключен к ферментеру 1, вычислитель 9, блок 10 памяти и формирователь коррекции, к входам блока 10 йамяги подключены вычислитель морфологических признаков 9, БДКП 2, УВДХ и МА 7 и ПУ 5, первый |выход блока памяти 10 соединен с вы-- числителем 9, а второй - с формиро | вателем коррекции, к входам котороi1

Изобретение относится к микробиологической промьшшенности и может найти применение на заводах белково-вита инных концентратов, ферментов, анти- Ьиотиков, в производствах, связанных b культивированием микроорганизмов.

Цель изобретения - увеличение производительности ферментера за счет снижения расходных коэффициентов.

На фиг,1 представлена схема пред- лагаемой системы;.на фиг.2 г блок ав- гоматического отбора и доставки проб.

Система управления включает фер- Иентер 1 блок 2 датчиков контролируе™ мых параметров процесса ферментации, блок 3 сумматоров, блок 4 исполнительных механизмов, пульт 5 управления, блок 6 начальных уставок управляемых параметров, устройство 7 ввода данных химического анализа, блок В Сканирующих микроскопов, вычислитель 9 морфологических признаков, блок. 10 памяти, блок 11 формирования сигналов коррекции, блок 12 определения активности культуры по функции рас- цределения амплитуд яркостей, который обеспечивает увеличение точности и скорости измерения содержания актив™ ных и ослабленных клеток. При сканировании препарата от блока 8 получают амплитуды яркостей дрожжевой суспен™, Зии. Эти данные поступают в блок 12,

го подключены БДКП 2, вьгчислите:1ь 9 и УВДХ и МА 7, выход формирователя коррекции соединен с ПУ 5, блок 8 сканирующих микроскопов, вход которого подключен к ферментеру 1, а его выход соединен с вычислителем 9, При этом система снабжена дополнительно блоком 12 определения активности культуры по функции распределения амплитуд яркостей дрожжевой суспензии и блоком 13 автоматического отбора и доставки проб, при этом вход указанного блока соединен с выходом блока 8 сканирующих микроскопов, его выход - с входом блока 10 памяти, а блок 13 автоматического отбора и доставки пробы подключен к ферментеру 1 и к входам блока 8 сканирующих микроскопов и УВДХ и MAi 7. 2 ил.

где по ним вычисляется отношение площади под функцией распределения амплитуд яркостей живых клеток к общей площади распределения. В дальнейшем это соотношение будем называть активностью культуры.

Блок 13 автоматического отбора и доставки пробы обеспечивает быструю дос гавку отобранной пробы из ферментера в измерительную лабораторию и состоит из транспортного трубопровода 14, станции 15 управления, которая соединяется с транспортными трубопроводами 14, бЛока 16 отбора пробы, ответвления 17, стрелки 18, с помощью которой ответвление 17 соединяется с транспортным трубопроводом 14, воздухосборников 19 и клапанов 20, один из воздухосборников 19 соединяется со станицией 15 управления, а второй подключен к блоку 16 отбора пробы, клапан 20 соединяет транспортный трубопровод 14 с атмосферой и устанавливается на конечном участке пути (станция управления, блок отбора пробы) . Вход блока 12 соединен с выхо- дом блока 8 сканирующих микроскопов, что позволяет определить отношение площади под функцией распределения . амплитуд яркостей живых клеток к общей площади распределения, т.е. позволяет определить активность культуры. Выход блока 12 соединен с вхорсм блока 10, что позволяет записать в память блока данные активности куль- турЫ( а.блок t3 автоматического отбора и доставки пробы подключен к ферментеру 1 для отборй культураль™ ной среды, к входам блока 8 сканирующих микроскопов и к устройству 7 ввода данных химического анализа с тем, чтобы обеспечить скоростную доставку отобранной пробы (в течение 2-3 мин) при сохранении физико-хими ческих свойств и активности культуры.

-

Система управления процессом куль- с цесса на заводе принимаются следующие:

тивирования микроорганизмов работает следующим образом,

На пульт 5 управления и в блок 10 памяти поступают данные с блока 2 датчиков контролируемых физико-химических параметров, с вычислителя 9 отличительных морфологических признаков и данные химического анализа с устройства 7. По этим данным с пульта 5 принимается решение изменить в определенной последовательности некоторые диапазоны управляемых контролируемых параметров, задаваемых блоком 6 о Значения величины и знака изменений подачи в ферментер 1 компонентов, регулирующих эти параметры, поступают с пульта 5 в блок 10,памя ти, где они записываются на одну страницу рядом с данными блоков 2 . и 12, устройства 7 и вычислителя 9, для которых было принято решение на изменение параметров. Если решение оказалось положительным, то эта страница с данными блоков 2 и 12, устройства 7 и вычислителя 9 и соответствующим решением на изменив величины и знака компонента остается в блоке 10 памяти, если решение оказалось отрицательным (выход биомассы уменьшился качество ее ухудшилось), то страница стирается из памяти. На этой же стра нице записываю во сколько раз увеличился экономический показатель,

С заданным дискретом по времени описанньй цикл повторяется и из набранных страниц для данного типа сырья например парафина, в блоке памяти составляется книга. Текущие данные с блоков 2 и 12J устройства 7 и вычислителя 9 (т.е. отличительные признаки процесса) поступают в блок 11 форми- рования.сигналов коррекцииj где они сравниваются по одному из алгоритмов распознавания образцов с данными, за™

.

437398

писа-ннь :--гп- на в блоке 10

памяти с соответствующими решениями, Блок формирования 11 выбирает из блока 10 данные той страницы книги для заданного типа сырья, которые ближе всего к данньЕ { текущего процесса, и с этой страницы берется записанное ранее положительное решение на изменение уставок блoka 6,

В качестве отличительных эталонных признаков процесса ферментации (классов), которые записываются в блок 10 памяти; при проведении реального

показания датчигсов контролируемых па- pa iexpOE по всей технологической линии процесса ферментации, морфологические параметры, определяемые вычислителем 9 культуры микроорганизмов (самих микроорганизмов включений в них и Б среде) из различных сек11Д й ферьшнтера 1 и из необходимых.точек технологической линии процесса ферментации . а также данные из блока 12 по активности культурь.

В блоке 12 определяется активность культуры, доставленная с помощью блока 13 из фep 5гнтepa 1. Пробу помещают на предметное стекло и приготавливают препарат с монослойным расположением клеток. Препарат закрепляют на столике сканирующего микроскопа и определяют распределение амплитуд яркостей . клеток в дрожжевой суспензии с последующим манинньы анализом. Результаты анализа в виде информации о процентном содержании активных и ослабленных клеток в популяции поступают в блок 10 памяти, где эта информация используется для расчета удельной скорости рс-ста шкpoopгaнизмoв и формирования сигналов коррекции процесса в блоке 11 по следующему алгоритму.

Идентификация кинетических констант моделиJ

X MX - DX;

io LD - ID - d( X5 X fbX«-(,, Хр.с/-Хы-й 2Х,:

л,гХа,

Расчет сигналов коррекции подачи Vглepoднoгo питания и скорости, разведения D из условия миним -ма функции

(ВХ,::.А;)%

Jq/X,- В 2;

V g s P( B)

(- ,,.

P,(D -b

.V. ЖЛ .

ax ),

где X - концентрация биомассы|

5 - концентрация остаточных углеводов

- расходный коэффихщент по парафину;с(, lO/jifi - кинетические константы

Р - удельная скорость роста микроорганизмов

i sSr промежуточные переменные D - расходньш коэффициент экзогенного метаболизма (на под- держание жизни микроорганизмов) I

AjB задание величины: ,сщя данного штамма и аппаратаэ

Блок 13 автоматического отбора и доставки проб подключен к блоку 8 сканирующих микроскопов и к устройс.т-- ву 7 ввода данных химического анализа и обеспечивает быструю доставку отобранной пробы культуральной среды из ферментера 1, что сохраняет представительность культурной средыэ ее физические, химические свойства и активность популяции за счет сокращения времени доставки, при этом отобранная проба находится минимальное время (2-3 мин) в условияхJ отличных от условий культивирования,

Пpeдлaгae faя систеь а обеспечивает увеличение производительности ферментера до 30.,4 т биомассы в сутки nptJ значении расходного коэффициента 1j,09 (по сравнению с контрольным не- .риодом, где производительность ментера достигала 28 р9 т/сут при р.ас-14

373986

ходком коэффициенте IjH) что язпя- ется оптимальным для произвоцс - L:.U

0

Формула изобретения

Система управления процессом культивирования гжкроорганизмове включающая ферментер5 пульт управления,, блок датчиков контролируемых параметровj связанный с первым входом,пульта управления j блок начальных уставок управляемых параметров 5 устройство ввода данных хи1 1ического анализа, связанное с вторым входом пульта управ- , ления блок исполнительных механизмов,, блок сканирующих микроскоповj вьиислитель морфологических признаков, блок формирования сигналов коррекции, блок памятиJ к входам которого подключены блок датчиков контролируемых параметров 5 устройство ввода данных химического анализа., пульт управления, вычислитель морфологических признаков; один из входов последнего соединен с первым ВЬЕХОДОМ блока памя- ти, второй вход с блоком сканирую- rnjix микроскопов, а второй выход.- с пультом управления, второй выход блока подсоединен к блоку формирования сигналов коррекции, входы которого связаны с блоком датчиков контролируемых параметров, вычислителем морфологических признаков устройством ввода данных химического анализа,, а выход соединен с пультом управления, блок суммирования, подключенный своими входами к пульту управления, блоку начальных уставок управляемых параметров и блоку датчиков контролируемых параметров, а. выход - к блоку исполнительных механиз-. мов, отли чающаяся тем, что, с целью увеличения производитель-- ности ферментера за счет снижения . расходных коэффициентов, в нее введены блоки определения активности культуры по функции распределения амплитуд яркостей дрожжевой суспензии и автоматического отбора и доставки , проб среды, при этом вход блока., определения активности культуры соединен с выходом блока сканирующих микроскопов „ его выход - со входом блока памяти, а блок автоматического отбора . . и доставки проб связан с ферментером, блоко.м сканирующих микроскопов и устройством ввода данных химического , анализа

0

5

0

5

0

5

(раг.2