Способ определения скорости изменения физико-химического параметра в процессе культивирования микроорганизмов Советский патент 1982 года по МПК C12Q3/00 

(54) СПСХЗСБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТИ ИЗМЕНЕНИЯ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОГО ПАРАМЕТРА В ПРОЦЕССЕ КУЛЬТИВИРОВАНИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ Изобретение относится к области из мерительной техники и может быть использовано в микробиологической; промышленности, при очистке сточных вод, а также при создании измерительных уст ройств для биологических научных иссле дований. Известен способ определения скорост изменения физико-химического параметра, например поглощений растворенного кислорода микроорганизмами, заключак шийся в том, что культуральную жидкость с клетками прокачивают с фиксиро ванной скоростью через измерительную камеру, а измерение проводится в двух точках: йа входе и на выходе Камеры. Скорость поглощения кислорода определяют как разность между показаниями даух электродов, установленных на входе И выходе камер, деленную на время про хождения жидкости по камере С11. Недостатком этого способа является I предположение о зависшлости скорости происходятаего процесса от изменяющихся условий, что во многих случаях бывает ошибочным. Поэтому при определении скорости процесса возникает противоречие, заключающееся в том, что повыш&ние точности может быть достигнуто лишь при возможно меиьшей разнице между измеренными в двух точках величина ми. Это, в свою очередь, требует высокой абсолютной точности измерений в каждой точке, так как чем меньше раашша между этими величинами, тем выше роль ошибок измерения. Кроме того, этот способ не позволяет получить полную картину зависимости скорости измен ния физико-химического параметра процесса (например, снвжеиия парциального давления кислорода или выделения тепла) от изменяющихся условий, так как по двум измерениям (точкам) невозможно судить о характере этой Зависимости. Целью изобретения является повышение точности определения скорости изменёния физико-химйчё&кого параметра процесса купьтт ШрШаШя мккроорга низмов (парциального давления кислорода, гештовыделения и т.д.). Данная цель дос йгйётся тем , изменяют время пребывания купьтуральной жидкости В1азмёрительной камере в йредедах от до с, а ско-. рость 1ивменения физико-химического параметра определяют с учетом времени йребыбанйяйультуральной жидкости в измерительной камере, На фиг. 1 изображена схема устрой &r%W Для H iepeHHH скорости потреблеНИя О к примерам 1-3; на фиг. 2 - зависимость парцйаленбГб flaSfteTfffiHlWcnoipo да в образце от времени задержки; на фиг, 3 показанс) влияние парциального дайления кислорода на скорость его потребленйя, ... Куль-тдапьйуйУ жШйбсть с1итёгкам пропускают через измерительную камеру, сседавая переменную продолжительность пребывания образца в ней. Это достига.ется изменением производительности на|Сбса,изме11е нием объема камеры, применением нескольких камер различного объема и т.д., ИзмереШё йнтересуютцего параметра, например парциального даШ1ёния кислорода или выделения тепла, проводят в одной точке измерительной камерыу - ; - --- - - Определение скорости потребления кис лорода проводят на основании величин парциального давления кислорода, получе ных при различных продолжительностях выдерживания образца в камере в пределах от до 604-120 с. Определение dKopbfetTi тёплбвЫд еле ния осуществляют (йГЬдновании в;е1гйчйй температуры, полученных при различных продолжитель НбстяХ выдерживания об5«зш в каме)ё,либо йа основа нии ВШМЙИ отЬодаТеШа для поддержания постоянной тёМпё ратуры Значения измеряемого параметра дают информацию об изменении скорости процесса от продолжитбленостй ВБ1йГё рШ:йвания обраШьа, ..-- - ---- (Сопоставляя скорость потребления °ИШВрШеГ1с зШйчинамй. пардЕалЕНогб давления кислорода, снижающимися пб мере выдерживания образна, определяют ЁлййШе парциального давления кислорода Ш Экорость потребления кислорода. А налогйчным образом бпределяйтвйЙяййе парциальнргр давления кислорода на. .ско- ростБ Шдёлет1й7тёпШМЖроортайЩ2Гбй; Пример 1, Иэмёренвё скорости пб треблШйЙ к1ГШ6рШа ШЖрбЬргаШзмам В ферментере с рабочим объемом 1,3 л выращивали в режиме хемостата . культуру дрожжей НапгёлиРа роРутогр а U. -1 на среде 11-Е. В качестве иоточника углерода и энергии в исходной . питательной среде использовали метиловый, спирт (10 г/л). Содержание биомассш составляло 4,03 г/л в расчете на высушенные клетки. В ферментер внесена разовая доза метанола до его концентрации в культуральной жидкости 1 г/Л,После этого определяли зависимости скорое ти потребледая кислорода от содержания кислорода всреде. Для этого культуральную жидкостьс дрожжевыми клетками направляли из ферментера в специальную ячейку, где она освобождалась от пу-. зЫрьков ftepaстворенного воздуха. Часть обработанной таким образом среды с клетками с помощью насоса с программным управпекийм прокачивалась через измерительную камеру (трубку), на выходе которой 5станрвлен электрод, для из мерения парциального давления растворенного кислорода, причем насос подключен к.-выходу измерительной трубки после электрода. Насос работает по программе нескольких режимов производительности f , указанных в табл. 1. Время пребывания образца в.измерительной камере -Ь рассчитывали, исходя из объема каМерь и потока через нее. Скорость потребления кислороДа рассчитывали по формуле. Л1- 00°/о где С - концентрация растворенного кислорода В среде, равновесная с воздухом, при , равная 7 мг/л; . - разность измеренных величин / рО2 при двух исследованных асоростях прокачивания, в процентах от насыщения; Л-t - разность между временами задер1кки при двух исследованных скорооTJIX прокачивания, . Вычисленное значение скорости потреб лёния Кислорода соответствовало значе,нщо pOg, с рёднёму между двумя последовательными режимами прокачивания (см. табл, 1), ,. Зависимость .рО2 на выходе камеры от времени пребывания образца в ней дашт фиг, 2. Экстраполяция этой зависимости к нулевому времени пребывания значение рО.2 в ферментере, равное ;i 70%, Оно близко к рО,2,показанному отяепьным эпектродой, устанобпенным в ферментере, равному 70%.

Зависимость скорости потребления,кислорода от pOrj дана на фиг. З, Экстраполяция этой зависимости к рОп 70% дала 0,32 мг/л сек., Пример 2. Определение скорости теп ловьщелешш микроорганизмов.

Культуру дрожжей SdcctJdromyces Се геИэЫе 14 выращивали на среде . 11-Е. Проводилось измерение выделения тепла клетками. Для этого среду с дрожжевыми клетками направляли из феру1ентера в специальную ячейку, ТОе она освобождалась от пузырьков нерастворенного воздуха. Часть обработанной таким образом среды с клетками с помощью насоса с программным управле шем прокачивалась через измерительную камеру (трубку) аналогично примеру 1. На выходе измерительной трубки установлен термочувствительный элемент, с Помощью которого измеряли разность температуры среды на выходе измерительной трубки между режимом, соответ ствующим наибольшей скорости прокачивания среды, и остальными режимами.

Насос, подключенный к выходу toMeрительной трубки после термочувствител ногр элемента, работает по программе нескольких режимов производительности , указанных в табл.2. Время пребывп ния образца в измерительной камере ре считывали, исходя из объема камеры и потока через нее. Скорость тепловыдел&т ; ния рассчитывали по формуле

дт - дТд

-РС

Где « - скорость теппопро;дукции, ккап/л.Ч f 1ООО г/л - плотность среды; С 0,О1 ккап/г град - удельная теплоемкость среды;

Т - разность тш«пературы на выходе устройства между данным режимом : прокачивашш и режимом с максимальной скоростьк) прокачивания (50 мл/ч).

Значения скорости тепповыдепения даны в табл. 2. Они хорошо согласуются друг с другом. Среднее значение скорооти тепловыделения близко к 1,6 ккап/л ч.

Таблица 1,

О 19,8 0,007 3.9,8

39,6 0,01 еФормула изобретэния

Способ определения скорости изменения физико-химического параметра в

.Таблица 2

1,595

О,007 15,8 1,636

процессе культивирования микроорганязмов, предусматривающий прокачивание культуральной жидкости с клетками через измерительную камеру и определение разности значений измеряемого пара метра, от:пича ющийся тем, что, с целью повышения точности определения, )Ьменяют время пребывания купьтуральной жидкости в измерительной камере в пределах от 4 5 до 60 120 с, а сжорость изменения физико-химического 77

В ферментер

L

Из фёрнмтбра 2в параметра определяют с учетом Времени пребывания культуральной жидкости в из мерительной камере. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Патент США № 3510406, кл. 204-1, 1970. 1/-Ж-. 7 Л r/TF 7/ /- 16 20 Tjo8