Способ непрерывного автоматического определения концентрации глюкозы в процессах культивирования микроорганизмов Советский патент 1982 года по МПК C12N1/00 

(54) СПОСОБ HEIIPEPbffiHOrO АВТОМАТИЧЕСКОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ГЛЮКОЗЫ В ПРОЦЕССАХ КУЛЬТИВИРОВАНИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ Изобретение относится к бродильны производствам, а именно к способам и аппаратуре для контроля параметров микробиологического синтеза, и сможет найти применение при автоматичес ком контроле и регулировании концентрации глюкозы при культивировании бактерий, продуцентов антибиотиков, дрожжей, ферментов, аминокислот а также в других бродильных производствах. Известен способ непрерывного автоматического определения концентра ции глюкозы в культуральной жидкости в процессе культивирования мик роорганизмов, предусматривающий измерение величины концентрации, раст воренного кислорода в ферментной мембране 1. Однако известный способ не обеспечивает достаточной точности определения . Цель изобретения - повышение точности. Указанная цель достигается тем, что при осуществлении способа не прерывного автонатического определения концентрации глюкозы в культу- ральнь1Х жидкостях в процессах культивирования микроорганизмов, предусматривающего измерение величины концентрации растворенного кислорода в ферментной, мембране, дополнительно определяют величину концентрации растворенного кислорода в культуральной жидкости, устанавливают разницу между измеренными величинами, добавляют периодически заданную дозу глюкозы и определяют отношение приращения разницы величин концентраций растворенного кислорода в культуральной жидкости и Б ферментной мембране к заданному приращению концентрации глюкозы, а концентрацию глюкозы в культуральной жидкости устанавливают по полученному отношению и разности между величинами концентраций растворенного ки слорода в культуральной зи-щкости и в ферментной мембране.

Способ заключается в том, что в фермент устанавливается датчик парциального давления растворенного кислорода, измеряющий концентрацию растворенного кислорода в культуральной жидкости, и глюкозочувствительный ферментный электрод с кислородным детектированием, измеряющий концентрацию растворенного кислорода в ферментной мембране. Сигналы от датчиков поступают на устройство, где автоматически производится их вычитание. Процедура измерения разницы показаний осуществляется непрерывно автоматически, а измеряемая величина регистрируется на диаграмме самопишущего прибора. Зависимость между разницей показаний электродов и концентрацией глюкозы - линейная в широком диапазоне концентрации глюкозы, определяемым чувствительностью ферментной мембраны. При нулевой концентрации глюкозы разность показаний электродов равна нулю.

Для нахождения крутизны градуировочной зависимости в ферментер периодически добавляют заданную дозу раствора глюкозы. При этом концентрация глюкозы в среде быстро изменяется на известную величину, которую заранее вычисляют. На диаграмме записи разницы показаний электродов фиксируется приращение, соответствующее заданному изменению концентрации глюкозы в культуральной жидкости. После этого скачка разница показаний постепенно снижается за счет потребления глюкозы микроорганизмами. Крутизну градиуровочной зависимости определяют как отношение приращения разницы величин концентраций растворенного кислорода в культуральной жидкости в фер1ментной мембране к заданному приращению концентрации глюкозы в культуральной жидкости. Уточнение крутизны градиуровочной зависимости проводят периодически с интервалом, зависящим от скорости ее дрейфа.

Определение концентрации глюкозы в культуральной жидкости производят непрерывно путем деления ве;личины разницы показаний электродов .на величину-крутизны градиуровочной зависимости.

Одним из вариантов осуществления способа является компенсация дрейфа крутизны градуировочной характеристики с помощью регулировки коэффициента усиления измерительной схемы вторичного прибора. При этом определение концентрации глюкозы производят непрерывио только по величине разницы концентраций растворенного кислорода в культуральной жидкости и в ферментной мембране, а дрейф крутизны градуировочной характеристики периодически компенсируют регулировкой коэффициента усиления. Процедура добавления заданной дозы глюкозы и компенсации дрейфа градуировочной характеристики может быть легко автоматизирована.

Пример. Измерение концентрации глюкозы в ферментере при выращивании культуры Sh. flexneri 2а.

В лабораторном ферментере емкостью 60 л осуществляют культивирование Sh. flexneri 2а на среде Хотингера с непрерывным дозированием 40%-ного раствора глюкозы со скоростью 50 мл/ч, начиная с 3-х ч от начала ферментации.

В аппарате непрерывно производят измерение парциального давления раст0воренного кислорода мембранным электродом гальванического типа и показаний глюкозочувствительного ферментного электрода с кислородным детектированием. Вычитание сигналов

5 от электродов производят на операционном усилителе, при этом непрерьшно измеряют разницу показаний электродов самопишущим потенциометром с диапазоном измерения 0-100 мВ

Q и фиксируют на диаграмме с равнопроцентным масштабом.

Перед загрузкой определяют коэффициент пропорциональности градуировочной характеристики (крутизну), который составляет 20 делений щкалы на 0,01% глюкозы, т.е. вся шкала самопишущего прибора составляет 0-0,05% глюкозы.

Через час после посева измеряемый сигнал на диаграмме самопишущего прибора соответствовал 78 делениям. Затем в ферментер подают фиксированную дозу 50%-ного раствора глюкозы, равную 6 МП. При подаче этого количества раствора глюкозы ее кондцентрация в культуральной жидкости из расчета на 30 литров среды в аппарате изменилась на 0,01%, а при ращение измеряемого сигнала состави ло 19 делений. По полученным данным определяют коэффициент пропорциональности / радуировочной характе ристики, который составил 19 делений на 0,01% глюкозы. По на едениому коэффициенту пропорциональности уто няют концентрацию глюкозы в аппарате, которая в этот момент составляла 0,041%, а по шкале прибора равна 0,039%. Корректировку коэффициента пропорциональности производят с учетом полученных значений таким образом, чтобы его величина 6 составляла 20 делений ткяпы на 0,0IX глюкозы. Через два часа вновь подают фиксированную дозу 50%-ного раствора глюкозы, изменяющую концентрацию глюкозы в среде на 0,01%. При этом . приращение соответствует 18,5 делений на 0,01%, а коэффициент пропорциональности градуировочной зависимости, составляющий 18,5 делений на 0,01%, вновь корректируют до величины 20 делений на 0,01%. Проверку и корректировку коэффициента пропорциональности градуировочной зависимости производят каждые 2 ч. Результаты испытаний представлены в таблице.

0,7

104

99 78 59 42 43 56 37 46

504 0,7

1680 0,7 2,2

6720

10480 2,7 2,7

11200 3,2

29000 5

33231 Использование изобретения обеспечивает возможность оптимального введения процессов биосинтеза и позволит увеличить выход целевого продук- та и снизить затраты дорогостоящего глюкозного субстрата, например при производстве пенихщллина, что повлечет на собой повышение выхода антибиотика на 4% и снижение себ.есто20 19

0,042

0,041

78 72 52 66 53 48 35 0,036

0,038

0,032

18,5 0,029

0,034 0,033

0,026 0,028

19 0,024

0,025

0,017 0,019

18,5

0,016 0,015 имости продукта на 3% и даст годоВОЙ экономический эффект 200 тыс. руб. Формула изобретения Способ непрерывного автоматического определения концентрации глюкозы в 790706 процессах культивирования микроорганизмов,предусматривающий измерение величииы концентрации растворенного кислорода в ферментной мембране, о т л ичающийся тем, что, с целью s повышения точности, дополнительно определяют величину концентрации растворенного кислорода в культуральной жидкости, устанавливают разницу мелду измеренными величинами, добавляю ют периодически заданную дозу глюкозы и определяют отношение приращения величины разницы концентраций растворенного кислорода в культураль68ной жидкости н в ферментной мембране к заданному приращению концентрадни глюкозы, а концентрацию глюкозы в культуральной жидкости устанавливают по полученному отношению и разности между величинами концентраций растворенного кислорода в культуральной жидкости и в ферментной мембране, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе . Микробиологическая промьшшенность, № 5, 1976, с. 17.