Способ автоматического управления процессом непрерывного выращивания микроорганизмов в биореакторе и устройство для его осуществления Советский патент 1982 года по МПК G05D27/00 

(54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПГОЦЕССОМ НЕПРЕРЫВНОГО ВЫРАЩИВАНИЯ MИKЮOPГAHИЗ IOB В БИОРЕАКТОРЕ И УСТЮЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

i

Изобретение относится к автоматизации управления процессом непрерывного выращивания микроорганизмов, в частности при биосинтезе дрожжей, и может быть использовано в других отраслях микробиологической промыишенности.

Известен способ автоматического управления процессом непрерывного выращивания микроорганизмов в биореакторе, предусматривающий регулирование подачи питательного раствора в зависимости от его расхода с коррекцией по концентрации и рН биомассы 1 .

Известно также устройство для ботцествлеиия данного способа, содержащее датчики расхода питательного раствора, концентрации и рН биомассы, регулятор стабилизации расхода питательного раствора с блоком задання, связанный с исполнительиым механизмом, установленным на линии подачи питательного раствора, и через блок коррекции с датчиком рН среды с биомассой 1 .

Недостатком этого способа и устройства является отсутствие связей между параметрами микробиосинтеза в биореакторе я выходными

парг1метрами продук1а, поскольку одной из; важиых связей является связь между концентрацией кислорода в среде и концентрацией биомассы. Кроме того, на поглощение кислорода микрооргаиизмами большое влияние оказывает давление в биореакторе и поэтому не учет связей между вышеуказанными параметрами уменьшает выход биомассы с единицы субстрата.

Цель .изобретеиия - повышение. выхода

10 биомассы.

Указанная цель достигается ем, что согласно способу автоматического управления процессом непрерывного выращивания микроорганизмов в биореакторе,предусматривающем

«5 регулирование подачи питательного раствЪра в зависимости от его расхода с коррекцией по концентрации биомассы и рН среды с биомассой , регулируют подачу кислорода на аэрацию по соотношению концентраций био30массы и растворенного кислорода с коррекцией по давлению в биореакторе.

Устройство для автоматического управления процессом непрерывного выращивания микроорганизмов в биореакторе, содержащее датчики расхода питательного раствора и через блок коррекции с датчиком рЙ среды с биомассой, снабжено датчиками растворенного кис лорода и давления воздуха, установленными в биореакторе, и регулятором соотношение концентрации биомассы и растворенного кислорода, выход которого подключен к исполни тельному механизму, установленному на линии подачи воздуха в бнореакторе, а вход с датчиками концентрации растворенного кисл рода и биойассы непосредственно и с датшком давления через блок коррекции., На чертеже изображена принципиальная схема устройства, реализующего предлагаемый способ. Устройство включает в себя биореактор ,, датчик 2 расхода питательного раствора, датчик 3 давления воздуха в биореакторе, датчик 4 концентрации растворенного кислорода в бибреакторе, датчик 5 концентрации биомассы, датчик 6 среды с биомассой, автоматический регулятор 7 соотношения концентрации биомассы - концентрации кислорода среды, автоматический регулятор 8 стабилизации расхода питательного раствора, корректирующие блоки 9, 10 и 11 соответственно от датчиков 5, 6 и 3. Расход питательного раствора измеряется датчиком 2, выход которого соединен с входом регулятора 8 расхода, выход последнего связан с исполнительным механизмом изменения расхода питательного раствора. Вход блока задания регулятора 8 расхода связан через корректирующие блоки 9 и 10 с датчиками 5 и 6 кон центрации биомассы и рН среды с биомассой соответственно. Вход автоматического регулятора 7 соотношения (концентрации биомассы- концентрация кислорода среды) связан с датчиками 5 и 4 концентрации биомассы к кислорода среды. Выход регулятора 7 связан с исполнительным механизмом изменения расхода кислорода. Блок задания регулятора 7 через корректирующий блок 11 подключен к датчику давления воздуха в биореакторе. Устройство работает следующим образом. Расход- питательного раствора регулируется регулятором 8, на вход которого поступает сигнал от датчика 2 и корректирующие сигналы на задание от датчика5 концентрации биомассы и датчика 6 рН среды с биомассой. Соотношение концентрация биомассы - концентрация растворенного кислорода регулируется регулятором 7 путем воздействия на клапан расхода кислорода. Задание регулятора 7 корректируется по величине сигнала от датчика 3 давления в биореакторе. Увеличение или уменьшение концентрации биомассы автоматически приводит к увеличению или уменьшению подачи кислорода в биореактор. Увеличение или уменьшение концентрации биомассы автоматически приводит к увеличе1ШЮ или уменьшению подачи кислорода в биореактор. Причем оптимальная величина соотношения меж;ду концентрацией биомассы и концентрацией растворенного кислорода корректируется по величине давления воздуха в биореакторе.. Кроме того, в процессе выращиваиия микроорганизмов. -автоматачески поддерживается расход питательного раствора с .коррекцией по величине суммарно1Х) сигнала от изменения концентрации биомассы и рН среды с биомассой. ГГоддержание процесса поглощения кис.лорода в биореакторе в оптимальном режиме позволяет при прочих равиых условиях повысить выход биомассы. Данный способ бьш опробован при выращивании кормовых дрожжей на гидролизатах растительного сьфья. Установлено, что в условнях управляемости процесса по соотношению 1с01щентрация кислорода в биореакторе - концентрация биомассы выход дрожжей с единицы редуцирующих веществ (РВ) значительно выше, чем по способам, по которым не определяют отношение концентрации кислорода к концентрации микроорганизмов и не корректнруют эту величину в ходе процесса по давлению в биореакторе. В случае выращивания кормовых дрожжей на гидролизных средах наибольший выход биомассы с единицы основного сырья (РВ) по предлагаемому способу получается при значениях отношений концентраций биомассы к концентрации растворенного кислорода в диапазонах равных 300-600 г/г. Реализация устройства по предлагаемому способу позволяет увеличить выход дрожжей с одного н toro же количества субстрата более чем 1,5 раза н соответственно снизить себестои мость продукта без дополнительных затрат. Формула изобретения 1. Способ автоматического управления процессом непрерывного выращивания микроорганизмов в биореакторе I предусматривающий регулирование подачи питательного раствора в зависимости от его расхода с коррекцией по концентрации бйомассь и рН среды с биомассой, от ли чающийся тем, «по, с целью повышения выхода биомассы, регулируют подачу кислорода на азрацню по соотношению концентраций биомассы и растворен