Способ контроля и регулирования аэробных ферментационных процессов

 

Изобретение относится к способу контроля и регулирования биохимических процессов и прудусматривает ре-, гулирование процессов ферментации, в которых углеродные.субстраты при соответствующих концентрациях обладают ингибирующими свойствами. Целью изобретения является повьшение точности . Данный способ предусматривает определение концентрации дыхательного фермента цнтохрома С культуры микроорганизмов и регулирование протока через ферментер в зависимости от зтого показателя, Данньй способ также предусматривает регулирование содержания углеродного субстрата в ферментационной среде в зависимости от состояния дыхательного фермента цитохрома С культуры микроорганизмов при постоянной концентрации рО в ферментационной среде. При постоянном содержании углеродного субстрата в ферментационной среде регулируют концентрацию рО, в зависимости от состояния дыхательного фермента цитохрома С, т.е. в качестве регулируемой величины углеродных субстратов служит показатель состояния культуры микроорганизмов - сигнал цитохрома С. 2 . ф-лы. 2 ил. (Л со со о ьо СА

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

ÄÄSUÄÄ1390243 (51)4 С 12 3/00

®cr-. .":,.,;

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ!

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬС ГВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (89) DD/160232 (48) f 8.05.85 (21) 7771763/28-13 (22) 21.04.81 (31) W P С 12 g/222371 (32) 03.07.80 (33) М (46) 23.04.88. Бюл. У 15 (71) Виссеншафтлих Технишес Центрум

Технише Микробиологии (DD) и Всесоюзный научно-исследовательский институт биосинтеза белковых веществ (SU ) (72) Финдейсен Эберхар, Йехорек Мирко и Йеше Герхард (DD) (53) 663.1(088.8) (54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ И РЕГУЛИРОВАНИЯ

АЭРОБНЬИ ФЕРМЕНТАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ (57) Изобретение относится к способу контроля и регулирования биохимических процессов и прудусматривает ре-. гулирование процессов ферментации, в которых углеродные субстраты при

t соответствующих концентрациях обладают ингибирующими свойствами. Целью изобретения является повышение точности. Данный способ предусматривает определение концентрации дыхательного фермента цитохрома С культуры микроорганизмов и регулирование протока через ферментер B зависимости от этого показателя. Данный способ также предусматривает регулирование содержания углеродного субстрата в ферментационной среде в зависимости от состояния дыхательного фермента цитохрома С культуры микроорганизмов при постоянной концентрации рО в ферментационной среде. Прн постоянном содержании углеродного субстрата в фер- д ментационной среде регулируют концентрацию рО в зависимости от состояния дыхательного фермента цитохрома С, т.е. в качестве регулируемой ( величины углеродных субстратов служит показатель состояния культуры микроорганизмов — сигнал цитохрома С.

ЭаиЬ

2 з п. ф-лы. 2 ил. Со

1390243

Изобретение относится к способу контроля и регулирования биохимических процесов и предусматривает регулирование процессов ферментации, в которых углеродные субстраты лри соответствующих концентрациях обладают ингибирующими свойствами, Известно Hofmann Е., Dynamische

Biologic, Во1. 2, Akademieverla1,, 10

1972, что дьглательный фермент цитохром С клетки микроорганизма в видимой области имеет характерные полосы поглощения, интенсивность действия и локализация которых позволяют сделать заключение о состоянии культуры

Микроорганизмов и ее концентрации в ферментационной среде Brauer Н., Dissertation, TH Leipr.ig, 1975). Фотометрическим ощупыванием ферментацион- 20 ной среды получают пропорциональные абсорбции цитохрома С измерительные сигналы в оС-диапазоне 550-565 мм или aP -диапазоне 520-530 мм и предпочтительно в -диапазоне 400- 420 мм. 11ри 25 соединении абсорбционных сигналов с электронным блоком получают отображающий состояние культуры микроорганизмов сигнал и пропорциональный кон— центрации цитохрома С в ферментацион- 30 ной среде сигнал.

В известных способах регулирования ферментационных процессов (ФРГ

OS 1442076, ФРГ OS 1953430, ФРГ AS

2217909, ФРГ OS 2457044, ФРГ OS

2546236) в качестве регулируемых величин концентрации субстратов углерода в ферментационной среде применяют значение рН концентрацию растворенного кислорода или концентрацию кислорода в отходящем газе ферментационной среды.

Недостатком этих растворов является невозможность точного определения и избежания влияния ингибирующего 45 действия концентраций углеродных субстратов на культуру микроорганизмов, Целью изобретения является повышение точности, Способ управления и регулирования периодических и непрерывных процессов ферментации при наличии ингибирующих углеродных субстратов обеспечивает возможность полного избежания .ингибирующих рост пределов концентраций и при наличии неингибирующих и ингибирующих углеводных субстратов обеспечивает воэможностью достижения стабильной и частичной автоматизированной ферментации при неизменяющейся продуктивности путем соединения системы регулирования углеродных субстратов с системой регулирования протока через ферментер.

Способ контроля и регулирования аэробных ферментационных процессов предусматривает определение состояния и концентрации дыхательного фермента цитохрома С культуры микроорганизмов, регулирбвание протока через ферментер в зависимости от концентрации дыхательного фермента цитохрома С культуры микроорганизмов.

Кроме того, данный способ предусматривает регулирование содержания углеродного субстрата в ферментационной среде в зависимости от состояния дыхательного фермента цитохрома С культуры микроорганизмов при постоянной концентрации растворенного кислорода в ферментационной среде, а также регулирование концентрации растворенного кислорода в зависимости от состояния дыхательного фермента цитохроиа С культуры микроорганизмов при постоянном содержании углеродного субстрата в ферментационной среде, тле. аэробные микрорганизмы выращивают в питательной среде, причем во время выращивания поддерживают постоянную концентрацию раствореннсго кислорода, способом фотометрического измерения цитохрома С учитывают изменение концентрации углеродных субстратов. в ферментационной среде и нивелируют их.

1!ри этом отображающий состояние культуры микроорганизмов сигнал цитохрома С служит в качестве регулируемой величины подачи углеродных субстратов.

Регулятор приспособления дозировки углеродных субстратов следует установить в такое положение, в котором не может быть достигнута ингибирующая рост культуры концентрация углеродных субстратов, т.е. d/n=O, чем обеспечивается возможность осуществления процесса ферментации при максимальной скорости роста.

Можно выращивать аэробные микроорганизмы в питательной среде, причем в процессе выращивания поддерживают постоянную концентрацию углеродных субстратов в ферментационной среде, а в качестве величины регулирования ввода кислорода в фермента1390243 ционную среду служит отображающий состояние культуры микроорганизмов сигнал цитохрома С. паряду с характеризующим состояние культуры микроорганизмов значением величины цитохрома С дана возможность получения значения пропорциональной концентрации цитохрома С из полос поглощения цитохрома С, коррелирующего с концентрацией микроорганизмов в ферментационной среде . С помощью этого значения так регулируется ток через ферментер, что при непрерывной ферментации обеспечивается возможность поддержания постоянной концентрации микроорганизмов.

Таким образом, предложенное техническое.решение предусматривает регулирование подачи углеродных субстратов или кислорода с помощью сигналов абсорбции цитохрома С, которое в условиях непрерывной ферментации связано с предлагаемой системой регулирования протока через ферментер. 25

На чертеже изображена схема регулирования способа периодического культивирования бактерий с метанолом, используемым в качестве углерода; на фиг. 2 — схема регулирования процесса непрерывного культивирования бактерий с метанолом в качестве источника углерода, в котором предусмотрено регулирование концентрации растворенного кислорода в ферментационной среде.

1I р и м е р 1. Ферментационная среда находится в ферментере 1, Ферментационную среду по наружному циклу подают в измерительное устройство 2 цитохрома С. Пропорциональный состоянию.микроорганизмов сигнал цитохрома С через регулирующее приспособление 3 действует на дозировочное устройство 4, обеспечивающее подачу 45 углеродного субстрата из сборника 5 в ферментер 1. Одновременно необходимо поддержание концентрации растворенного кислорода в ферментационной среде, которое обеспечивается измерительным устройством 6 раство50 ренного кислорода, регулятором 7 и устройством 8 дозировки воздуха либо кислорода. При заданном сигнале цитохрома С, описывающем состояние микроорганизмов, и при концентрации растворенного кислорода 1,5 — 2,5 мг

Ор /л, а также при значении рН 4 было достигнуто увеличение концентрации биомассы с 1,5 до 22 г/л в течение

16 ч. Это соответствует средней относительной скорости ростау.=О, 17 ч

Концентрация метанола в ферментационной среде, которую регулируют с по" мощью сигнала цитохрома С, составляет

250 — 300 мг/л.

Пример 2 ° Регулирование способа непрерывного культивирования бактерий с метанолом в качестве источника углерода (фиг. 1).

Ферментационная среда находится в ферментере 1. Ферментационную среду по наружному циклу подают в устройство 2 измерения цитохрома С. Отображающий состояние микроорганизмов сигнал цитохрома С через регулирующее приспособление 3 действует на дозировочное устройство 4, обеспечивающее подачу углеродного субстрата из сборника 5 в ферментер 1. Сигнал концентрации цитохрома С через регулятор 9, действующий на дозировочное устройство 10, управляет подачей ферментационной среды из емкости 11 в ферментер 1 и тем самым протоком через ферментер. В емкости 11 находится ферментационная среда без источника углерода. Одновременно необходимо поддерживание. постоянной концентрации растворенного кислорода в ферментационной среде. Это обеспечивается устройством 6 измерения растворенного кислорода регулятором 7 и устройством дозировки кислорода. При концентрации биомассы 18 г/л скорость протекания, регулируемая сигналом концентрации цитохрома С, устанавливается D=

=0,143 ч . Регулируемая показывающим состояние измерительньм сигналом цитохрома С, концентрация метанола в ферментационной среде. составляет

100 — 150 мг/л при постоянной концентрации растворенного кислорода.

Пример 3. Регулирование процесса непрерывного культивирования бактерий с метанолом в каЧестве источника углерода, в котором преду- . смотрено регулирование концентрации растворенного кислорода в ферментационной среде (фиг. 2).

Ферментационная среда находится в ферментере 1. Ферментационную среду по наружному циклу подают в измерительное устройство 2 цитохрома С.

Отображающий состояние культуры микроорганизмов сигнал цитохрома С через регулятор 3 действует на устройство 8

5 1390243 дозировки воздуха или кислорода, Ьбеспечивающее ввод кислорода в ферментер. Сигнал концентрации цитохрома С,через регулятор 9, действующий на дозировочное устройство 4, управляет подачей ферментационной среды из емкости 11 в ферментер 1 и тем самым протоком через ферментер. В емкости 11 находится ферментационная . среда без источника углерода, Кон, центрацию углеродного субстрата в ферментере измеряют через измеряющее т устройство 12, и с помощью регулят, тора 13 и дозировочного устройства 4 осуществляют регулирование ее до эа- с данного уровня путем подачи углерод- к ного субстрата из сборника 5 в фер:ментер, Формула иэ обре те ния

1, Способ контроля и регулирова,ния аэробных ферментационных процес сов, предусматривающий определение состояния и концентрации дыхательного фермента цитохрома С культуры микроорганизма, отличающийся тем, что, с целью повьппения точности, регулируют проток через ферментер в зависимости от концентрации дыхательного фермента цитохрома С культуры микроорганизмов.

2. Способ по п. t, о т л и ч а юшийся .тем, что регулируют содержание углеродного субстрата в ферменационной среде в зависимости от сосояния дыхательного фермента цитохрома С культуры микроорганизмов при потоянной концентрации растворенного ислорода в ферментационной среде.

3. Способ по п. 1, о т л и ч а ю-шийся .тем, что регулируют концентрацию растворенного кислорода в в зависимости от состояния дыхательного фермента цитохрома С культуры микроорганизмов при постоянном содержании углеродного субстрата в ферментационной среде.

1390243

Фиг.2

Составитель

Редактор Н.Гунько Техред М.ХоданичКорректор А.Зимокосов

Заказ 1736/28 Тираж 520 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