Способ определения скорости потребления кислорода микроорганизмами Советский патент 1989 года по МПК C12Q3/00 

1

Изобретение относится к технической микробиологии и может быть использовано для контроля параметров процесса культивирования микроорга низмов.

Цель изобретения - повышение точности определения скорости поглощения кислорода микроорганизмами.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем.

Изменение парциального давления кислорода в культуральной жидкости определяется соотношениями процессов его потребления культурой микроорганизмов и транспорта кислорода из газовой в жидкость

dP dt

Ku(Pr-P) -Qfl,

(О

где Р и Р - парциальные давления

кислорода в жидкой и газовой фазах соответственно, атм|

-коэффициент массообмена по кислороду, мин ;

-скорость потребления кислорода, ммо ль / л-мин;

-константа Генри,л-атм/ммоль

К

ьа

Н

1

CD СЛ

со

Для определения скорости потребления кислорода сначала создают режим замкнутой аэрации, при которой отключают внешнюю аэрацию и осуществляют аэрацию путем циркуляции газовой фазы, находящейся в ферментере через кулътуральную жидкость.

Для процесса замкнутой аэрации можно записать уравнение материального баланса

me mp+ га + QVfct, (2) где ш mu - количество кислорода в

газовой.и жидкой фазе со-JQ ответственно в начале процесса замкнутой аэрации, ммоль; - количество кислорода в

газовой и жидкой фазе че- и рез время &t, ммоль. Из уравнения Менделеева-Клайперо- на находим

14795194

В этом случае уравнение (1) принимает вид

- Q-H(7)

(«) Mt u

Индекс II у производной обозначает режим отключенной аэрации. Из уравнений (6) и (7) получаем выражения для расчета скорости Потребления кислорода микроорганизмами Q и константы Генри Н

, ,/ (в

Н - (g-VQ

(9)

Пример 1. Культуру Bacillus thuringiensis культивируют в периодическом режиме в аэробных условиях на осветленной питательной среде, содержащей ферментативный гидролизат БВК и соли, %: СаС1г1,5; MgCla3; JMnCl2 0,3j MgS04 0,3; ZnS04 0,2 при 30°C в ферментере. Объем культураль- ной жидкости VJK 1,50 л, объем газовой фазы с учетом подводящих трубок Vr 2,18 л.

Pr CrRT - Ј RT,

(3)

где Р - давление кислорода в газовой фазе атм} Сг - концентрация кислорода в

газовой фазе, ммоль/л;25

R - универсальная газовая посто-.

янная Л1атм/ммоль«град; Т - абсолютная температура,град. Из уравнения Генри находим

C.JL.JL,(4) зо

где С - концентрация кислорода в жидкости, ммоль/л Выразив Рр и Р из уравнений (2-4) и подставив в уравнение (1), получаем

SlЈ „ Ks+jnoрт р/, + V RT. dt KUa .Vr RT P(1 Vr H }

-Q | RTutl - QH.(5)

VrJ40

В установившемся режиме при замкнутом цикле аэрации можно положить

35

d2P

0 и из уравнения (51 получаем о - - /dP , ( V НТ .

Q V RT (dt }r(1 vr н ъ

где V и Vp- объемы жидкой и газовой фаз ферментера соответственно, а инденкс I у производной означает режим замкнутой аэрации.

После проведения процесса культивирования в режиме замкнутой аэрации в течение времени, достаточном чтобы

определить (тг , аэрацию полнос-тью отключают.

(«) Mt u

Индекс II у производной обозначает режим отключенной аэрации. Из уравнений (6) и (7) получаем выражения для расчета скорости Потребления кислорода микроорганизмами Q и константы Генри Н

, ,/ (в

Н - (g-VQ

(9)

0

5

зо

40

35

45

,Q

Пример 1. Культуру Bacillus thuringiensis культивируют в периодическом режиме в аэробных условиях на осветленной питательной среде, содержащей ферментативный гидролизат БВК и соли, %: СаС1г1,5; MgCla3; JMnCl2 0,3j MgS04 0,3; ZnS04 0,2 при 30°C в ферментере. Объем культураль- ной жидкости VJK 1,50 л, объем газовой фазы с учетом подводящих трубок Vr 2,18 л.

В таблице представлены значения скорости потребления кислорода и константы Генри в разные моменты роста культуры, рассчитанные по формулам. При замкнутой аэрации разность температур /падкой и газовой фаз не превышала 1°С, объемы определены с точ-„ ностью до 0,5%. Погрешность при расчете величины Q с учетом погрешности в определении температуры, отношений объемов и погрешности в определении (--), и (г-) составляет 3-5%. dt Idt И

Определение скорости потребления кислорода микроорганизмами осуществляют по формуле

(И. Mt

1

+

Vr 1 ЛР ,Г 4V RT vdt l I

Ошибка при расчете величины Q по известному способу может достигать 200% за счет того, что пренебрегают изменением растворимости кислорода в культуральной жидкости в процессе культивирования. Формула изобретения

Способ определения скорости потребления кислорода микроорганизмами,

514

предусматривающий их культивиррвание в аэробных условиях, отключение аэрации, измерение скорости уменьшения парциального давления растворенного кислорода и вычисление скорости потребления кислорода микроорганизмами, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, перед отключением аэрации осуществляют за- мкнутую аэрацию путем принудительной циркуляцией газовой фазы .ферментера через культуральную жидкость без газообмена с внешней средой, измерение в этих условиях скорости уменьшения

парциального давления растворенного

кислорода, а вычисление скорости потребления кислорода микроорганизмами осуществляют по формуле

- IL .(«.) /

V RT vdt V

1 +

-Ј ) /

Mt V

где Q - - скорость потребления кислорода, ммоль/л-мин}

- объемы жидкой и газовой

фаз ферментера соответственно, л;

- универсальная газовая постоянная |л-атм/моль«град,

- абсолютная температура, град;

/dP. ,

(тг) скорости уменьше- dt it

ния парциального давления растворенного кислорода в режимах замкнутой аэрации и отключения аэрации соответственно ,

Время культивирования.

0

Скорость потреблениякислорода, Q, ммо ль / л-мин

Коне тан та Генри Hjj л-атм/ммоль

5

7,5

8,0

9,0

10,25

10,5

15.2

0,06 0,07 .0,19 0,37 0,30 0,08

0,24 0,24 0,17 0,08 0,29 0,42

Изобретение относится к способам контроля параметров процесса культивирования и направлено на повышение точности определения скорости поглощения кислорода микроорганизмами. В процессе культивирования микроорганизмов в ферментере создают режим замкнутой аэрации путем отключения внешней аэрации и циркуляции газовой фазы ферментера через культуральную жидкость. В этих условиях измеряют скорость изменения парциального давления растворенного кислорода (DP:DT)_I.Затем аэрацию полностью отключают и измеряют скорость изменения парциального давления растворенного кислорода (DP:DT)^II, а скорость потребления кислорода микроорганизмами вычисляют по формуле Q=-(DP:DT): RT(V:V_г) [1+(DP:DT)_I:(DP:DT)_II], где Q - скорость потребления кислорода микроорганизмами, ммоль/л.мин

V_IV_г - объемы жидкой и газовой фаз, л

R - универсальная газовая постоянная л. атм/ ммоль.град

Т -абсолютная температура,град. 1 табл.