Устройство для автоматического ферментативного определения концентрации пенициллина в процессе биосинтеза Советский патент 1989 года по МПК C12M1/36 

Изобретение относится к микробиологическому производству, а именно к устройствам для контроля процесса ферментации антибиотиков.

Целью изобретения является повышение точности определения концентрации пенициллина в процессе его биосинтеза.

На чертеже приведена принципиальная схема устройства.

Устройство для автоматического ферментативного определения концентрации пенициллина в процессе биосинтеза содержит ферментный измерительный электрод 1, снабженный мембраной 2 с иммобилизованной на ней пенициллиназой, дополнительный рН- электрод .3, снабженный ферментной мембраной 4 с инактивированным ферментом. Электрод 5 сравнения является общим для электродов 1 и 3, которые через преобразователи 6 и 7 подключены к первым входам сумматоров 8 и 9 соответственно, к вторым

входам сумматоров задатчики 10 и 11

8 и 9 подключены , Устройство также

снабжено двумя электролизерами 12 и 13, которые подключены через регуляторы 14 и 15 соответственно к выходам сумматоров 8 и 9. Катод 16 электролизера 12 прикреплен к ферментному измерительному электроду 1, а катод 17 электролизера 13 - к дополнительному рН-электроду 3. Анод 18, общий для электролизеров 12 и 13, погружен в анализируемый раствор 19, находящийся в емкости

20,снабженной магнитной мешалкой

21.В цепь катодов электролизеров 12 и 13 включены измерители 22 и 23, измеряющие токи электролиза, выходы которых подключены к сумматору 24.

Устройство работает следующим образом.

Анализируемый раствор 19 наливают в емкость 20 и с помощью магнитной мешалки 21 перемешивают с постоянной скоростью. Для исключения влияния тег-шературы на результат анализа емкость 20 термостатируется при температуре 37+0,5°С оптимальной для обеспечения максимальной скорости реаки т ферментативного гидролиза.

При погружении электродной системы в анализируемый раствор пенициллина на стеклянных мембранах ферментного измерительного электрода 1 и дополнительного рН-электрода 3 возникают потенциалы, пропорциональные логарифмам активнос- ей ионов водорода в ферментных мембранах 2 и 4. Активность ионов водорода в ферментной мембране 2 связана с концентрацией кислоты, выделившейся в ходе ферментативной реакции, величиной рН и буферной емкостью анализируемого раствора. Активность ионов водорода в инактивированной ферментной мембране 4 определяется только величинами рН и буферной емкости анализируемого раствора. Потенциалы электродов 1 и 3, измеренные относительно электрода 5 сравнения, преобразуются высо- коомными преобразователями 6 и 7, а их низкоомные выходные сигналы поступают соответственно на сумматоры 8 и 9, где сравниваются с сигналами задатчиков рН 10 и 11. Величина задания рН одинакова для обоих электродов и соответствует значению рН, оптимальному для ферментативной реакции гидролиза пеницилли0

5

0

5

0

5

0 -.

на в присутствии специфичного фермента (пенициллиназы или пеницилли- намидазы).

Разности сигналов с сумматоров 8 и 9 поступают на входы электронных регуляторов 14 и 15 тока электролиза отрабатывающих ПИД-закон регулирования, таким образом, чтобы на каждом из электродов 1 и 3 в ферментных мембранах 2 и 4 поддерживалась оптимальная для ферментативной реакции величина рН, соответствующая заданию. Установившиеся значения токов электролиза, протекающих между катодами 16, 17 и общим анодом 18, измеряются с помощью измерителей 22 и 23 в цепи электролиза, проводимого в области ферментного измерительного электрода и дополнительного рН-элект- рода соответственно. Замеренные величины ГОКОВ вычитаются с помощью сумматора 24, отградуированного в единицах концентрации пенициллина. При этом концентрация пенициллина- пропорциональна разности токов.

Обязательным условием для высокой точности определения концентрации пенициллина является использование в электролизерах анода с площадью, в 3-5 раз превышающей площадь каждого из катодов. Необходимость и достаточность этого условия проиллюстрирована таблицей, из которой видно, что при отношениях площади анода к площади катода, меньших чем 3:1, погрешность возрастает, а увеличение этой величины до 5:1 практически не оказывает на погрешность никакого влияния

Примечание. Концентрация пенициллина 10 мм; 0,1 фосфатный буфер.

К

П14едлагаемое устройство может быть использовано как для дискретного.

так и для непрерывного определения концентрации пенициллина в технологических растворах за счет непрерывного прокачивания растворов через ячейку или при непосредственном погружении электродной системы в термо статируемый реактор. Оно может быть также использовано для определения концентрации других субстратов (при использовании ферментных мембран с ферментами, специфичными к другим субстратам, например мочевины, глюкозы и др.), для которых реакция ферментативного гидролиза сопровождается изменением активности ионов водорода за счет диссоциации образовавшихся кислот. Применение устройства позволит значительно повысить точность оперативного определения субстрата.

рмула изобретения

Устройство для автоматического ферментативного определения концентрации пенициллина в процессе биосинтеза, содержащее ферментный электрод дополнительный рН-электрод, преобра-

5252066

зователи и сумматор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, оно снабжено двумя электролизерами с анодом и катодами с электронными регуляторами, двумя дополнительными сумматорами, двумя задатчиками и двумя измерителями тока, при этом катоды электролизеров

Q закреплены на ферментном электроде и дополнительном рН-электроде, а пло--- щадь общего анода электролизеров относится к площади каждого катода как 3:1-5:1, выходы преобразователей фер15 мент,ного электрода и дополнительного рН-электрода соединены с первыми входами основного и одного дополнительного сумматоров, к вторым входам которых подсоединены соответственно два

20 задатчика, выходы сумматоров подсоединены к двум электронным регуляторам электролизеров соответственно, а в цепь тока электролиза ферментного электрода и дополнительного рН-элект25 рода включены два измерителя тока, выходы которых подключены к первому и второму входам второго дополнительного сумматора.

W

Изобретение относится к устройствам для контроля процесса ферментации антибиотиков и направленно на повышение точности контроля концентрации пенициллина в процессе его биосинтеза. В снабженную мешалкой ячейку наливается анализируемый раствор. В него погружаются измерительный ферментный электрод, снабженный мембраной с иммобилизированной на ней пенициллиназой, дополнительный рН электрод, снабженный мембраной с инактивированным ферментом, и электрод сравнения. К ферментному электроду и электроду сравнения прикреплены катоды электролизеров, анод у которых общий и также погружен в анализируемый раствор. Токи электролиза электролизеров с помощью электронных схем, состоящих из регуляторов, сумматоров, задатчиков и преобразователей, поддерживаются такими, чтобы вблизи ферментного и дополнительного электрода величина рН была равна оптимальному значению для ферментативной реакции гидролиза пенициллина, при этом измеряются токи электролизов ферментного и дополнительного электродов, по разности которых определяется концентрация пенициллина в анализируемом растворе. 1 ил.