Способ управления культивированием микроорганизмов в группе реакторов Советский патент 1982 года по МПК C12N1/00 

(54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ КУЛЬТИВИРОВАНИЕМ МИКРООРГАНИЗМОВ В ГРУППЕ РЕАКТОРОВ

Изобретение относится к управлению и исследованию биологических процессов и может найти широкое применение в микробиологической промышленности. Известен способ управления культивированием исследуемых культуры в равных условиях. При этом культивирование ведется одновременно в нескольких сосудах с общими Нефелометром для контроля биомассы в процессе культивирования и электрическим приводом мешалок. Предусмотрена одновременйая регистрация физико-химических показателей культуральных жидкостей в сосудах 1. Недостатком известного способа является сложность аппаратурного оформления, трудоемкость оценки процесса культивирования и возможность ее субъективности. Известен также способ управления культивированием микроорганизмов, где исследования проводятся в культиваторах, каждый из которых снабжен рядом систем поддержания заданных режимов 2. Недостатком способа является необходимость длительного ведения процесса при исследованиях, зависимость интенсивности фотосинтеза и физиологического состояния микроводорослей от условий их выращивания, что обуславливает большие трудозатраты проведения сопутствующих всему ходу процесса анализов состояния культуры в каждом культиваторе. Цель изобретения - упрощение процесса и выявление эффективных режимов культивирования. Поставленная цель достигается тем, что измерение оптической плотности и поддержание ее постоянной производят в одном из реакторов, а в остальных реакторах осуществляют слив и долив суспензии с частотой и дозой, равными таковым для реактора, в котором производят измерение оптической плотности, причем в этих реакторах по окончании процесса культивирования измеряют плотность суспензии, сравнивают ее с поддерживаемой постоянно плотностью суспензии и по разности величин плотностей оценивают эффективность режимов культивирования. Накопление суммарной разности плотностей в конце опыта позволяет оценить наглядно, что очень важно для биологических процессов, ход процесса в опытных реактоpax, a следовательно, влияние на процесс исследуемых в опытных реакторах режимов.

Так, в достаточно широком аспекте проводятся исследования фоторежимов на культивирование фотоавтотрофных микроорганизмов. Исследуются различные источники искусственного света, влияние различных частей спектра, влияние интенсивности света и т.д. на различные штаммы микроводорослей и при различных режимах культивирования. Культивирование в опытных и контрольном реакторах осушествляют в турбидостатном режиме, устанавливают контрольный световой режим в контрольном реакторе, исследуемые световые режимы - в опытных реакторах и по конечной плотности культуры судят о целесообразности исследуемого светового режима.

На чертеже приведена схема, поясняющая способ.

На схеме обозначены контрольный реактор 1 контрольный источник 2 света; опытные реакторы 3, 4...п; исследуемые источники 5, 6 ...т света; датчик 7 плотности; сосуд 8 с питательной средой; клапаны 9 подачи питательной среды; емкость 10 для сбора урожая.

Как видно из приведенной схемы, датчик 7 плотности установлен только на контрол(зНом реакторе 1. В контрольном реакторе 1 проводится непрерывное культивирование микроорганизмов в турбидостатном режиме. По командам с датчика 7 плотности осуш,ествляется долив среды из сосуда 8 с питательной средой как в контрольный реактор 1, так и в опытные 3,4...п и соответственно отбор урожая в емкость 10 для его сбора. В ходе процесса плотность биомассы в контрольном реакторе 1 остается постоянной. В опытных реакторах 3, 4...П концентрация биомассы возрастает (или уменьшается), если скорости роста культуры в них отличаются от скорости роста в контрольном реакторе. Количественно это приращение плотности выражается через надбавку удельной скорости роста

д;и еп

G«

где yiii j4o - -надбавка удельной скорости

роста; Орп - конечная плотность биомассы

в опытной камере; GK -конечная плотность биомассы

в контрольной камере; t - время опыта.

Предлагаемый способ управления и исследования предусматривает осуществление текущего контроля плотности культуры в контрольном реакторе вручную или автоматически с помощью канала регулирования плотности. Кратность такого контроля весьма высока (до 2-3 раз/ч), операции

слива-долива в каждом из реакторов проводятся по результатам замеров- плотности культуры в контрольном. Перед каждой операцией слива-долива проводится 1 анализ вместо Нескольких, исключается влияние

ошибок и неточности измерений в опытных реакторах, а флуктуации течения процесса в каждом из реакторов, обусловленные различными исходными условиями опыта (например, различными источниками света), при длительном ведении процесса накапливаются и в итоге обеспечивают четкий качественный показатель течения процесса, отпадает необходимость производства частных периодических анализов в опытных культиваторах. Например, при выборе в качестве

интегрального показателя оценки процесса культивирования водорослей плотности культуры в результате п-кратных сливов-доливов суспензии в опытных реакторах, плотность культуры становится в них визуально очень высокой (темно-зеленая окраска суспензии) или наоборот низкой (светлая суспензия). Такой наглядный результат позволяет судить о целесообразности использования того или иного светового режима или типа источника света для выращивания

5 данного вида микроорганизмов.

Пример. Проводят культивирование клеток хлореллы (Chlorella vulg. - термофильный штамм) в двух одинаковых плоских камерах. Одна камера освещается эталонным (опорным) источником света - лампой накаливания КГ-1000-4. Другая камера освещалась исследуемым источником света - натриевой лампой высокого давления ДНаТ-400. Интенсивности фотосинтетически активной радиации (ФАР) в обеих

5 камерах устанавливается по 100 Вт/м. В камере на лампе накаливания (контрольный культиватор) поддерживается на постоянном уровне оптическая плотность путем периодического измерения проб на фотокалориметре и разбавления культуры свежей питательной средой Тамия. В опытной камере на натриевой лампе контроля плотности не проводится, но каждое разбавление в ней проводят в точности такое же, как и в контрольной камере. В результате через двое

5 суток Непрерывного культивирования в контрольной камере плотность составляет мл, а в опытной 44-10 кг/м.

Надбавка плотности в опытной камере свидетельствует о более интенсивном росте в ней клеток Chlorella (разность составляет

0 40-10 кг/мл). Надбавка удельной скорости роста:

он

при Gpn 44-10 кл/мл G|( 4-10 кл/мл t 48 ч Aj4 0,05 4-1

Таким образом, наличие даже небольшой разности удельных скоростей роста