Способ автоматического управления полупериодическим процессом выращивания аэробных микроорганизмов

 

Изобретение относится к автоматическому управлению процессом выращивания аэробных микроорганизмов И может быть использовано на предприятиях микробиологической промышленности , например, при производстве биомассы микроорганизмов. Цель изобретения - повышение выхода биомассы. Способ автоматического управления полупериодическим процессом выращивания микроорганизмов Escherichia coli и Pseudomonas putida основан на стабилизации на определенной величине переменных процессов - рН, температуры , оборотов мешалки, растворенного кислорода в среде, и осуществлении подпитки субстратом на основе расхода воздуха при учете объема культуральной среды, поступающего на аэрацию. Причем подпитку субстратом при учете объема культуральной среды осуществляют таким образом, чтобы дебет воздуха в ходе подпитки принимал экстремальное значение в виде максимума. 1 ил. i (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А)1 4 С 12 3/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4107441/31 — 13 (22) 04.08.86 (46) 30,01.88, Бюл, М - 4 (71) Каунасский политехнический институт им.Антанаса Снечкуса (72) К,Л.Вилутис, С.Л,Григишкис, Э.В.Башкис, A,А,Янулайтис и Ю-К.Ю.Станишкис (53) 663,1 (088.8) (56) Braun В ° Flexiblo Biotechnological Engineering — Product information BI0STAT Е °, Рекламно-информационный проспект фирмы. 1982, с. 16, (54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПОЛУПЕРИОЛИЧЕСКИМ ПРОЦЕССОМ ВЫРА1ИИВАНИЯ АЭРОБНЫХ МИКРООРГАНИЗМОВ (57) Изобретение относится к автоматическому управлению процессом выращивания аэробных микроорганизмов и. может быть использовано на предприя„„SU„„) 370140 А 1 тиях микробиологической промышленности, например, при производстве биомассы микроорганизмов, Цель изобретения — повышение выхода биомассы.

Способ автоматического управления полупериодическим процессом выращивания микроорганизмов ЕвсЬегьсЬ|а со)). и Pseudomonas putida основан на стабилизации на определенной величине переменных процессов — рН, температуры, оборотов мешалки, растворенного кислорода в среде, и осуществлении подпитки субстратом на основе расхода воздуха при учете объема культуральной среды, поступающего на аэрацию.

Причем подпитку субстратом при учете объема культуральной среды осуществляют таким образом, чтобы дебет воздуха в ходе подпитки принимал экстремальное значение в виде максимума, 1 ил.

1370140

10 ленным на линии подачи охлаждающей воды, контур стабилизации оборотов мешалки, включающий датчик 8 оборотов

15 мешалки, регулятор 9 оборотов мешал45

55

Изобретение относится к автоматическому управлению процессом культивирования микроорганизмов и может быть использовано на предприятиях микробиологической промышленности, например, при производстве биомассы микроорган эмов.

Цель изобретения — повышение выхода биомассы.

Способ антоматического управления полупериодическим процессом выращивания аэробных микроорганизмов заключается в следующем.

В процессе культивирования микроорганизмов расход воздуха во время ферментации Я „„при постоянных оборотах мешалки N, диаметре ферментера

D пропорционален скорости роста микроорганизмов р.Х, концентрации микроорганизмов Х и объему среды в ферментере.

Во время ферментации при исчерпании источника углеводов (субстрата) резко падает скорость роста микроорганизмов. Тем самым при стабилизированной величине растворенного кислорода за счет изменения расхода воздуха, поступающего на аэрацию, резко падает дебит воздуха, необходимый для поддержания заданной величины растворенного кислорода, так как поступающий воздух используется лишь для поддержания жизнедеятельности микроорганизмов. В случае исчерпания источника углеводов до определенной степени следует лимитация микроорганизмов субстратом -и процесс выращивания микроорганизмов прекращается, что влечет за собой необоснованные затраты времени, расходуемого для выхода из режима ингибиции. Изменяется свойство культуры и тем самым уменьшается выход по биомассе.

При культивировании микроорганизмов известен случай, когда начинается ингибиция субстратом. Во время ингибиции субстратом резко падает скорость роста микроорганиэмон, что влечет эа собой описанные последствия.

На чертеже изображена система, реализующая способ автоматического управления полупериодическим процессом выращивания аэробных микроорганизмов.

Система состоит из промышленного ферментера 1, контура стабилизации рН культуральной среды в ферментере, включающего датчик 2 рН культуральной

40 среды, связанный через регулятор 3 рН с исполнительным механизмом 4, установленным на линии подачи буферного агента, контура стабилизации температуры культуральной среды в ферментере, включающего датчик 5 температуры культуральной среды, связанный через регулятор 6 температуры культуральной среды в ферментере с, исполнительным механизмом 7, устанонки, связанный с приводом 10 мешалки, контур стабилизации концентрации растворенного кислорода культуральной среды, включающий датчик 11 растворенного кислорода, связанный через регулятор 12 растворенного кислорода с исполнительным механизмом 13, установленным на линии подачи воздуха, контур регулирования подачи подпитывающего субстрата в ферментер, включающего измерительный элемент 14 расхода воздуха, поступающего на аэрацию, связанный через экстремальный регулятор 15 с исполнительным механизмом 16, установленным на линии подачи подпитынающего субстрата в ферментер к датчика 17 объема культуральной среды, подключенного к экстремальному регулятору 15.

Система работает следукщим образом.

Сигнал с датчика 2 рН культуральной среды н ферментер 1 подается на регулятор 3 рН, который сравнива- ет заданное значение с текущим и формирует сигнал для исполнительного механизма 4, изменяющего подачу буферного агента в ферментер 1. Сигнал от датчика 5 температуры подается на регулятор 6 температуры культуральной среды, который сравнивает заданное значение с текущим и формирует сигнал для исполнительного механизма

7, изменяющего подачу охлаждающей воды в ферментер. Сигнал от датчика

8 оборотов мешалки поступает на регулятор 9 оборотов мешалки, который сравнивает заданное значение с текущим и формирует сигнал для привода

10 мешалки. Сигнал с датчика 11 раст-. воренного кислорода культуральной среды поступает на регулятор 12 растноренного кислорода, который сравнивает заданное значение с текущим и з 1З701 формирует сигнал для исполнительного механизма 13, изменяющего дебет воздуха, поступающего на аэрацию в ферментер 1. Дебет воздуха, поступакщего на аэрацию, измеряется датчиком 14 расхода воздуха и подается на экстремальный регулятор 15, который при учете сигнала, поступающего от датчика 17 объема культуральной среды, представляющего собой. тензометрический датчик с цепочкой RC на выходе датчика для фильтрации частоты вибраций мешалки, формирует управляющий сигнал на исполнительный механизм 16, 15 изменяющий подачу подпитывающего субстрата в ферментер. При этом сигнал управления в экстремальном регуляторе

15 определяется таким образом, что сигнал от датчика 14 расхода воздуха 2р при учете сигнала от датчика 17 объема культуральной среды во время подпитки принимал экстремальное значение в виде максимума.

Данная система испытана на ферментационной установке Biostat Е при полупериодическом культивировании микроорганизмов Escherichia coli u

Pseudomonas putida на глюкозе, 30

Во время процесса культивирования микроорганизмов Escherichia coli u

Pseudomanas putida переменные процесса были стабилизированы.

Данный способ автоматического управления полупериодическим процессом выращивания микроорганизмов позволяет оптимизировать условия культивирования микроорганизмов и повысить выход биомассы в проведенных сериях экспериментов на 11 и 267. для микроорганизмов Escherichia coli u Pseudomonas putida соответственно по сравнению с известным, принятым за базовый объект.

Формула изобретения

Способ автоматического управления полупериодическим процессом выращивания аэробных микроорганизмов, предусматривающий стабилизацию растворенного кислорода, рН, температуры, скорости вращения мешалки и подачу воздуха и субстрата, отличающийся тем, что, с целью повышения выхода биомассы, дополнительно измеряют объем среды и расход воздуха и поддерживают значение расхода воздуха на максимальном уровне путем изменения подачи субстрата, причем подачу последнего корректируют в зависимости от объема среды,, 1 3701 40

Суисс

Составитель Г.Богачева

Редактор М.Недолуженко Техред М.Дидык

Корректор И.Эрдейи

Заказ 372/23 Тираж 520

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, 11осква, Ж-35, Раутская наб., д, 4/5

Подписное

11рон в< лственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4