Способ определения концентрации углеводов в процессе ферментации Советский патент 1977 года по МПК C12K1/00 

1

Изобретение относится к бродильным производствам, а конкретно к способам и аппаратуре для микробиологических исследований. Оно может применяться при упраляемом культивировании бактерий, иродуцентов антибиотиков, дрожжей, продуцантов ферментов, аминокислот и бродильных производств.

Известен способ определения концентрации углеводов в растворах, по которому к пробе контролируемой жидкости добавляют реагенты (глюкозоксидазу, пероксидазу и др.), а затем измеряют интенсивность окраски на фотоэпектроколоримет ре l.

Недостатком известного способа является периодический характер измерения.

Точность известного способа невелика по следующим причинам. В ферментационных средах зачастую содержатся компонен ты, вступаюшие в реа1шию с упомянутыми реагентами (гипосульфит, не усваиваемые мшфоорганизмами углеводы и т. д), что создает погрешность измерения, которые возможны также в связи с потреблением

углеводов из среды микроорганизмами уже после отбора пробы из аппарата, в процессе ее транспортировки в лабораторию и поцгоТовки к анализу.

Цель иаобретения - обеспечить непрерывность измерения концентрации углеводов в прОдессе ферментации и повысить его точность.

Это достйгаэтся тем, что непрерывно дозяруют углеводы, измеряют интенсивность дыхания, при этом осуществляют импульсную подачу дозы углеводов изменяют скорость дозирований и измеряют приращения ингенсивкосги дыхания, а концентрацию углевдов оароде.тяюг по следующей зависимости :

AQg

до , йЬ

, ()

, „

g

AQ,5 Дб

g

гдэ (, - текущая интенсивность дыхания;

S - текущая конпентрация углеводов;

Д - приращение концентрации углеводов от импульсной дозы;

дО-д - приращенрге интенсивности дыхания эт нмпупьсной дозы;

,5; - скорость дозиоования углеводов;

д g - приращение скорости дозирования;

5 - интенсивность дыхания при скорости дозирования d ;

ЛО. - приращение интенсивности дыхания от изменения скорости дозированияД. На чертеже представлены кривые изменения во времени интенсивности дыхания Q концентрадии углеводов в среде 5 а также скорости дозирования g при определении концентрации углеводов в процессе ферментации. В моменту подается импульсная известная доза углеводов. При этом концентрация углеводов в среде практически мгновенно увеличивается на величину лб , а интенсивность дыхания возрастает на величину AQg . После первоначального скачка оба эти параметра снижаются до исходного уровня вследствие потребления углеводов микроорганизмами.

В момент времени 1;. скорости дозирования 0 дается приращение ag . Вследствие этого, начиная с момента времениCg, концентрация углеводов 5 и интенсивность дыхания Q- плавно увеличиваются и устанавливаются на новом уровне. Приращения интенсивности дыхания ЛЦ и Q измеряются непосредственно на диаграмме записи интенсивности дыхания, причем имеют значение относительные, а не абсолютные. Подача импульсной дозы и изменение скорости дозирования производятся периодически, для корректировки формулы (1). В интервалах времени между этими операциями концентрацию углеводов определяют на основании измерения интенсивности дыхания Э расчета по формуле (l) или измерением скорости дозирования tf и расчета по урощенной формуле, вытекающей из формулы (1):

S...g (ic.) «s ag

При измерении обоих величин Q и g наличие расхождений в результатах расчета по формулам (1) и (1а) свидетельствует о необходимости проведения очередных операций по подаче импульсной дозы и изменения скорости дозирования. Обратные расчеты по формулам (1) и (1а) позволяют определять скорость дозирования углеводов g и интенсивность дыхания Q , соотвествующие заданной концентрации углеводов П р и м е р , В ферментерах емкостью 10О л проводили процесс биосинтеза пенициллина с непрерывным дозированием 50%ного раствора глюкозы. Интенсивность дыхания оценивали по концентрации углекислого газа в выходящем из ферментера воздуха. В один из моментов ферментации, установив скорость подачи раствора глюкозы ff 40 мл/час, получили интенсивность дыхания Ug 0,61% COji , затем подали импульсную дозу глюкозы, равную 20 мл 5О%-ного раствора глюкозы. При подаче этой дозы концентрация глюкозы в ферментере в расчете на 60 л культуральной жидкости изменилась на величину дб 0,0167

После подача импульсной дозы на диаграмме газоанализатора зафиксировали приращение интенсивности дыханияд00 0,20% COj. Затем увеличили скорость дозирования углеводов на д 20 мл/час, и в установившемся процессе определили приращение интенсивности дыхания дЦд 0,12%.

По этим данным рассчитали параметры формулы (1) для определения концентрации углеводов

. 0,0167 0,0167 Г д.р, 0,20 ,20 или S 0,0835 Q - 0,0309(1)

Аналогично можно рассчитать параметры формулы (1а):

f. 0,01670 12

0,20 20 ё или S О,.005 (1а)

Расчет по формуле {1) показал , что изменение интенсивности дыхания, .например, в пределах от 0,65% СО,, до О,81%Са соответствует изменению концентрации углеводов от 0,0235% до 0,0361%.

Обратный расчет по формуле (1а) показывает, что для поддержания концентрации углеводов на уровне 0,02% необходимо иметь скорость их дозирования

0,02

S 40 мл/час. 0,005

Использование предлагаемого способа определения концентрации углеводов в периодическом процессе ферментации обеспечивает по сравнению с сз ествующим способом следующие преимущества:

а)исключается необходимхть отбора пробы в процессе ферментации;

б)обеспечивается непрерывность измерения концентраций субстрата в пределах О,01-0,О5%;

в)не требуется никаких дополнительных реагентов;

г)обеспечивается возможность измерения в средах, включающих мещающие компоненты, для которых применение извесоных способов при измерении малых концентраций вообще невозможно, причем определяются только потребляемые микроорганизмами углеводы;

д) обеспечивается возможность регулирования заданных концентраций субстрата в течение всего процесса путем расчета требуемой скорости дозирования из зависимости (1а), За счет этого создается принципиальная возможность ведения процесса ферментации на оптимальном уровне, что позволяет значительно увеличить выход продук та и снизить затраты сырья.

Формула изобретения

Рпособ определения концентрации углеводов в процессе ферментации, отличающийся тем, что, с целью обеспечения непрерывности определения концентрации и повышения его точности, непрерывно дозируют згглеводы, измеряют интенсивность дыхания, при этом осуществляют импульсную подачу дозы углеводов, изменяют скорость дозирования и измеряют приращение интенсивности дыхания, а конgt Qs

центрацию углеводов определяют по следующей зависимости:

- л5 „

д5

.Q

йОй дЗз « Ag

где Q - интенсивность дыхания; - концентрация углеводов; д5 - приращение концентрации углеводов от импульсной дозы;

g - скорость дозирования углеводов лО - приращение интенсивности дыхания от импульсной дозы;

Q - интенсивность дыхания при скорости дозирования ;

ЛО/д - приращение интенсивности дыхания от зменения скорости дозирования Д

Ad - приращение скорости дозирования углеводов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Лукомский и. . и Городецкий В. К. Применение микроцида (глюкозооксидазы) для определения глюкозы крови в норме и при диабете, Биохимия, 1961, т.26, с. 477-482.

3