Устройство для регулирования рН и парциального давления растворенного кислорода в культуральной жидкости в ферментере Советский патент 1990 года по МПК C12Q3/00 

1

(21)4463612/31-13, 4463613/31-13

(22)17.08.88

(46) 07.07.90. Вюл. № 25

(71)Институт биохимии и физиологии микроорганизмов АН СССР, Специальное конструкторское бюро биологического приборостроения АН СССР и Межотраслевой научно-технический комплекс Био- ген

(72)А.Н.Шкидченко, Б.Ф.Нестеров и М.Г.Максимов

(53)663.1(088.8)

(56)Виестур У.Э. и др. Культивирование микроорганизмов. - М., 1980,

с. 200-202.

(54)УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ рН И ПАРЦИАЛЬНОГО ДАВЛЕНИЯ РАСТВОРЕННОГО КИСЛОРОДА В КУЛЬТУРАЛЬНОЙ ЖИДКОСТИ В ФЕРМЕНТЕРЕ

(57)Изобретение онтосится к управляемому культивированию микроорганизмов и направлено на повышение точности поддержания рН и парциального давления растворенного кислорода в куль- туральной жидкости ферментера при культивировании микроорганизмов. С помощью импульсного насоса дозатора культуральная жидкость прокачивается через измерительную камеру, камеру обработки культуральной жидкости и возвращается обратно в ферментер. Измерительная камера подключена к ферментеру через микропористый фильтр, не пропускающий микроорганизмы, и в ней расположены датчики рН и парциального давления растворенного кислорода. В камере обработки культуральной жидкости последняя насыщается кислородом и в нее добавляется тнт- рант рН так, чтобы поддерживать на заданном уровне в ферментере величины рН и парциального давления раство- ре-нного кислорода. 2 з.п. ф-лы. 2 ил,

§

(Л

Изобретение относится к управляемому культивированию микроорганизмов и направлено на повышение точности поддержания PH и парциального давления растворенного кислорода в культуральной жидкости ферментера при культивировании микроорганизмов. С помощью импульсного насоса дозатора культуральная жидкость прокачивается через измерительную камеру, камеру обработки культуральной жидкости и возвращается обратно в ферментер. Измерительная камера подключена к ферментеру через микропористый фильтр, непропускающий микроорганизмы, и в ней расположены датчики PH и парциального давления растворенного кислорода. В камере обработки культуральной жидкости последняя насыщается кислородом и в нее добавляется титрант PH так, чтобы поддерживать на заданном уровне в ферментере величины PH и парциального давления растворенного кислорода. 2 ил.

Изобретение относится к управлению культивированием микроорганизмов и может найти применение в микробиологической промышленности, а также в научно-исследовательской работе.

Целью изобретения является повышение точности поддержания величин рН и парциального давления растворенного кислорода в культуральной жидкости в ферментере при культивировании микроорганизмов.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема устройства; на фиг. 2 - входной клапан импульсного насоса-дозатора.

Устройство содержит датчики рН 1 парциального давления растворенного кислорода 2, подсоединенные к соответствующим регуляторам (не показаны), дозатор 3 рН титранта, управляющий вход которого соединен с регулятором рН. Датчики 1 и 2 расположены в измерительной камере 4, которая подключена к ферментеру 5 через микропористый фильтр 6, не пропускающий микроорганизмы. К измерительной камере 4 последовательно подсоединены импульсный насос-дозатор 7 и камера 8 для обработки культуральной жидкости, выходной патрубок. 9 которой соединен трубопроводом со штуцером.10 возврата жидкости в ферментер 5.

СЛ vj

0 СЛ

сг

со

Импульсный насос-дозатор содержит

упругую мембрану 11, входной 12 и выходной 13 клапаны.

Вариант входного клапана 12, показанный на фиг. 1, имеет седло 14, у которого поверхность герметизации выполнена выпуклой формы, а упругий лепесток 15 имеет плоскую форму. Таким образом, в нейтральном положении между лепестком выпуклым седлом 14 имеется небольшой зазор.

Возможен вариант исполнения входного клапана 12, показанный на фиг.2. В этом случае седло 16 имеет плоскую форму, а упругий лепесток 17 некоторую кривизну во внешнюю сторону. Во всех случаях выходной клапан 13 выполнен нормальным, т.е. седло 18 имеет слегка вогнутую поверхность герметизации, а упругий лепесток 19 притянут его упругим хвостиком к вогнутому седлу 18, за счет чего достигается упругая герметизация клапана 13. На крышке насоса-дозатора 7 име- ется входной штуцер 20, к которому подводятся пневмоимпульсы, приводящие насос-дозатор 7 в действие.

Камера 8 для обработки культураль- ной жидкости состоит из полости 21 для культуральной жидкости и газовой полости 22, разделенных между собой газопроницаемой мембраной 23. С обеих сторон мембрана 23 защищена от деформаций и повреждений при перепадах давлений перфорированными по всей поверхности пластинами 24 и 25 (возможно сетками).

Устройство также содержит источник 26 регулируемого давления кислорода, управляющий вход которого связан с регулятором парциального давления растворенного кислорода, и про- боотборный штуцер 27, причем выходы дозатора 3 рН титранта и источника 26 регулируемого давления кислорода подсоединены к камере 8 для обработки культуралькой жидкости.

Устройство работает следующим образом.

Управляющие пневмоимпульсы, поступающие от внешнего пневмогенератора (не показан), поступают на импульсный насос-дозатор 7, который начинает прокачку культуральной жидкости по замкнутому контуру; ферментер 5, микропористый фильтр 6, измерительную камеру 4, насос-дозатор 7, полость 21, патрубок 9, штуцер 10, ферментер 5. При снятии импульса давления мембра

5

0

5

0

5

0

5

0

5

на 11 за счет своей упругости принимает форму, показанную на фиг.. 1, при этом происходит засасывание дозы культуральной жидкости из ферментера 5 через микропористый фильтр 6 в измерительную камеру 4. Микроорганизмы, находящиеся в культуральной жидкости, задерживаются фильтром бив камеру 4 не попадают. При поступлении очередного давления в начале хода мембраны 11 клапан 12 за счет своего зазора еще приоткрыт и часть жидкости обратным ходом из измерительной камеры 4 через фильтр 6 поступает в ферментер 5, очищая фильтр 6 от осевших на нем микроорганизмов. При дальнейшем ходе мембраны 11 лепесток 15 клапана 12 деформируется и закрывает седло 14, прекращая тем самым обратный поток жидкости. С этого момента жидкость из насоса-дозатора 7 поступает только через клапан 13 в полость 21, где подвергается рН титрованию за счет подачи в нее доз рН-титранта от дозатора 3 рН-титранта, а также насыщению кислородом через мембрану 23 за счет создания необходимого давления кислорода в полости 22 источником 26 регулируемого давления кислорода. При следующем такте насоса-дозатора 7 насыщенная кислородом и подтит- рованная до необходимых уровней жидкость вытесняется из полости 21 через патрубок 9 и штуцер 10 в ферментер 5.

Г

Изменение уровня насыщения жидкости кислородом в полости 21 происходит, например, за счет изменения давления источником 26 регулируемого давления кислорода по сигналу регулятора парциального давления растворенного кислорода, на вход которого подключен датчик -1 парциального давления растворенного кислорода. .

Возможен вариант, когда давление кислорода, создаваемое в полости 21 источником 26, оставляют на постоянном уровне, а регулятор парциального давления растворенного кислорода изменяет частоту работы пневмогенератора.

В ходе работы устройства через про- боотборный штуцер 27 можно отобрать пробу культуральной жидкости для анализа ее по другим интересующим исследователя параметрам. Кроме того, штуцер 27 необходим при заполнении устройства жидкостью перед началом работы.

Применение предлагаемого устройства позволяет повысить точность поддержания величин рН и парциального давления растворенного кислорода в культуральной жидкости при аэробном культивировании микроорганизмов в ферментере.

Формула изобретения

, г

| Управление от

кислорода риг-регулятора (Воздуха)

Управле -регу

Дабление +

камеру для обработки культуральной жидкости, выходной патрубок которой подсоединен к ферментеру, а также источник регулируемого давления кислорода, управляющий вход которого связан с регулятором парциального давления растворенного кислорода, причем датчики парциального давления растворенного кислорода и рН располо- жены в измерительной камере, а выходы дозатора рН титранта и источника регулируемого давления кислорода подсоединены к камере для обработки культуральной жидкости.

0 повреждения и прогиба, газопроницаемая мембрана снабжена перфорированными по всей поверхности пластинами или сетками.

5

5

27

11 12

п млужы

пнеёмоге- неролюра

рН-ти/71- Тюнт

Управление от -регулятора

Фм.1