Способ автоматического управления процессом брожения

CO)03 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) (so 4 С 12 Я 3/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTGPCH0MV СВИДЕТЕЛЬСТВУ а

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3833708/28-13 (22) 02.01.85 (46) 30.01.87. Бюл. Ф 4 (71) Каунасский политехнический институт им. Антанаса Снечкуса (72) M.З.Милашаускас, Ю.К.И).Станишкис, P.I0.Симутис и В.А.Жалкаускас (53) 663.132(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

)) 311961, кл. С 12 q 3/00, 1972. (54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ БРОЖЕНИЯ (56) Изобретение относится к микробиологии и направлено на повышение выхода целевого продукта путем регулирования температуры брожения в ферментере. Измеряют скорость выделения углекислого газа, скорость потребления азота микроорганизмами (М), оптическую плотность культуральной среды.

По величине потребления азота М определяют окончание ЛАГ-фазы роста М.

Температуру бро)кения в ферментере регулируют по окончании ЛАГ-фазы роста

М по максимальному соотношению удель» ной скорости роста М и удельной скорости выделения целевого продукта, определяемому по расчетной формуле.

1 ил.

1 12866

Изобретение относится к бродильной промышленности, а именно к производству спирта из крахмалистого сырья, и частично может быть использовано в производстве спирта из других видов сырья.

Цель изобретения — повышение выхода целевого продукта. .Сущность изобретения заключается в следующем. 10

В течение процесса биосинтеза скорость вьделения .углекислого газа, связанная с синтезом биомассы и продукта, определяется соотношением

Q, =К,рХ+К, " (1) 15 где Х вЂ” концентрация микроорганизмов; — часть выделяющегося углекиссо,с лого газа из ферментера, связанная с синтезом продук- 20 та и биомассы;

К,,К вЂ” коэффициенты пропорциональности.

Когда в ферментере накапливается большое количество биомассы, что ха25 рактерно для периодических процессов брожения и непрерывных процессов брожения с малой скоростью разбавления, увеличивается часть вьделяющегося ,углекислого газа, связанного с жизне- -З0 деятельностью микроорганизмов Яс, (г) где К вЂ” коэффициент пропорциональ3 ности

О„„,„- часть вьделяющегося углекис-35

2 лого газа, связанного с жизнедеятельностью микроорганизмов.

Если во время ферементации определять оптическую плотность (ОП) культуральной среды в ферментере, тогда можно определять из выражения (3)

Qco„=K, 0" ° (3) где К вЂ” коэффициент иропорционально- 45

Ъ Р сти.

Суммарное вьделение углекислого га.за из ферментера, таким образом, определяется из выражения (4)

Qco K ЯсО c+Qco Ф 11Х+К21Х

+K 3 08 (4)

Скорость .роста микроорганизмов пропорциональна скорости потребления азота микроорганизмами

Qн =К Х (5) 55 где К вЂ” коэффициент пропорциональности.

Из уравнения (4) и (5) получаем:

Qco. О

)/р=к- — --К вЂ” --К йг4, QI4 Э (6) где К,,К,К вЂ” коэффициенты пропорциональности, определяемые из соотношений

Система работает следующим образом.

Сигнал от датчика 2 рН культуральной среды подается на регулятор 3 рН культуральной среды, который сравнивает заданное значение рН в ферментере с текущим и формирует сигнал для исполнительного механизма 4, изменяющего подачу буферного агента в ферментер. Скорость подачи буферного агента измеряют блоком 5 измерения расхода буферного агента, сигнал которого подается в блок 8 определения окончания лаг-фазы роста микроорганизмов. В блоке 8 во время ферментации определяют скорость роста микроорганизмов из следующей зависимости:

Х(г ) X(tK1) X(tK )

Ка К Кэ К»

К =-- К =----- К

К К К

Используя измеряемые величины

Я с, Я и ОП, соотношение > /р onpecoiK 9 деляют по уравнению (6) и по его величине осуществляют регулирование температуры брожения в ферментере таким образом, чтобы соотношение g /p было максимальным.

На чертеже изображена система, реализующая предлагаемый способ.

Система состоит из ферментера 1, контура регулирования рН культуральной среды в ферментере, включающего датчик 2 рН культуральной среды, который связан через регулятор 3 рН с исполнительным механизмом 4, установленным на линии подачи буферного агента, контура регулирования температуры в ферментере, содержащего блок 5 измерения расхода буферного агента, блок 6 измерения скорости вьделения углекислого газа в процессе микробиологического синтеза, блок 7 определения оптической плотности культуральной среды в ферментере, блок 8 определения окончания лаг-фазы роста микроорганизмов, блок

9 определения соотношения, экстремальный регулятор 10 температуры брожения в ферментере, который связан с исполнительным механизмом 11, установленным на линии подачи охлаждающей воды. з 12866 скорость роста микроорганизмов в момент времени Ек» концентрация микроорганизмов в момент времени к-1 концентрация микроорганизмов в момент времени к1 интервал времени между 10 измерениями. где рХ(„) Х(„ ) .—

X(t„) Когда p X(t „) превышает заранее заданную величину А, блок 8 выдает сиг-, нал на блок 9 определения соотношения 15 и начинает управление температурного режима в ферментере.

В то же время блоком 6 измерения скорости выделения углекислого газа 20 измеряют скорость вьщеления углекислого газа из ферментера и блоком 7 определения оптической плотности культуральной среды измеряют оптическую плотность культуральной среды. Сигна- лы из блоков 6 и 7 измерения соответ.ственно подают на блок 9 определения соотношения, в котором формируют сигнал, пропорциональный соотношению удельной скорости выделения целевого ЗО продукта с удельной скоростью роста микроорганизмов, который поступает в экстремальный регулятор 10 температуры брожения в ферментере, который формирует сигнал для исполнительного 35 механизма 11, установленного на линии подачи охлаждающей воды.

27

Формула изобретения

Способ автоматического управления процессом брожения, включающий регулирование температуры брожения в ферментере, отличающийся тем, что, с целью повышения выхода целевого продукта, дополнительно измеряют скорость выделения углекислого газа, выделяющегося из ферментера, скорость потребления азота микроорганизмами в ферментере, оптическую плотность культуральной среды и определяют окончание ЛАГ-фазы роста микроорганизмов путем; сравнения скорости потребления азота микроорганизмами с заданной, а регулирование температуры брожения производят по окончании ЛАГ-фазы роста микроорганизмов таким образом,. чтобы максимизировать соотношение, определяемое из следующей зависимости:

Оса. 0

) /)ц=К - - — К вЂ” — — К (() где р — удельная скорость роста микроорганизмов; — удельная скорость выделения целевого продукта;

Q g — скорость выделения углекислого газа; — скорость потребления азота микроорганизмами;

0 к — оптическая плотность культуральной среды в ферментере;

К,К, К вЂ” коэффициенты пр опорциональности.

1286627

Составитель В.Новиков

Техред Л.СердюковаКорректор Т.Колб

Редактор Н.Горват

Заказ 7684/26 Тираж 500 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4