Способ определения концентрации микроорганизмов

Способ определения концентрации микроорганизмов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ МИКРООРГАНИЗМОВ, предусматривающий прокачку суспензии, последних через электрохимические преобразо,ватель ,.измерение изменения электрохи-. мического показателя преобразователя при прокачке через него суспензии микроорганизмов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, прокачку суспензии микроорганизмовосуществляют с постоянной скоростью, к электрохимическому преобразователю прикладывают постоянное электрическое поле напряженностью 80-120 В/см, измеряют изменение электрохимического показателя на частоте 50-10 Г, а определение концентраций микроорганизмов .осуществляют по скорости изменения измеренного параметра. ф

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН з госудАРственный HoMHTET ccop

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

Н ABTOPGH0MV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

CO ,СО

4ь

:(21) 3289078/28-13 (22) 04.03.81 (46) 23.04.83. Бюл . N 15 (72) Н. В. Седых и П. М. Саргаев (71) Ленинградский ветеринарный институт (53) 663.11(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

И,459710, кл. G01 N 15/06, 1975.

2. Андреев В. С. Кондуктометрические методы и приборы в биологии и медицине. М., "Медицина", 19?3, с. 298-300. (54) (57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ МИКРООРГАНИЗМОВ, предусматривающий прокачку суспензии, последних

„.SU„„1013477 через электрохимические преобразователь,,измерение изменения электрохи- . мического показателя преобразователя при прокачке через него суспензии микроорганизмов, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повыаения точности, прокачку суспензии микроорганизмов осуществляют с постоянной скоростью, к электрохимическому преобразователю прикладывают постоянное электрическое поле напряженностbe 80-120 В/см, измеряют изменение .электрохимического показателя на частоте 50-10 Гц, а определение концентраций микроорганизмов ,осуществляют по скорости изменения измеренного параметра.,1013477

Изобретение относится к микробиологии, а точнее к физическим методам контроля концентрации микроорганизмов, и может быть использовано в микробиологической, пищевой и медицинской промышленностях.

Известен способ определения концентрации микроорганизмов непосредственно в процессе ферментации, основанный на измерении величины электрического заряда. В известном спосо-. бе в исследуемой среде создают элект рическое поле шестиэлектродным датчиком путем подачи постоянного напряжения на крайние электроды датчи- 15 ка..Благодаря наличию заряда у живых клеток, микроорганизмы смещаются к одному из электродов. Возникшая разность потенциалов между клетками и средой улавливается средними электро- 20 дами, разность потенциалов между все,ми клетками и средой пропорциональна количеству клеток, находящихся в сре,де. Способ не требует отбора проб

1 и позволяет определить концентраC цию непосредственно в процессе фер":; ментации Г1 3.

Однако известно, что величина поверхностного электрического заряда микроорганизмов значительно варь- 30 ируется и зависит от ионной силы, среды,,функционального и морфологического состояния микроорганизмов.

Эти факторы приводят к погрешностям в определении концентрации 35 вплоть до +304, обуславливая недостаточную точность этого способа. Кро. ме того, этим методом невозможно измерить концентрации ниже О,1 г/л и выше 100 г/л, так как в первом слу- 40 чае недостаточна чувствительность метода, а во втором - поляризационные явления диффузионной части двойного электрического слоя делают невозможным с достаточной точностью 45 определить параметры поверхностного электрического заряда. Таким образом, этот способ обладает недостаточными шириной диапазона измерений и точностью, Известен также способ определения концентрации микроорганизмов предусматривающий,.:прокачку суспензии последних через электрохимический . преобразователь, измерение изменения электрохимического показателя преобразователя при прокачке через него суспензии микроорганизмов(2 ).

Однако известный способ также не обеспечивает достаточную точность измерения.

Целью изобретения является повышение точности, Указанная цель достигается тем, что согласно способу определения концентрации микроорганизмов, првдуаматривающему прокачку суспензии последних через электрохимиче- . ский преобразователь, измерение изменения электрохимического показателя преобразователя при прокачке через него суспвнзии микроорганизмов, прокачку суспензии микроорганизмов осуществляют с постоянной скоростью, к электрохимическому преобразователю прикладывают постоянное электрическое поле напряженностью 80120 В/см, измеряют изменение электрохимического показателя на часто- те 50-10 Гц, а определение концентрации микроорганизмов осуществляют по скорости изменения измеренного параметра.

Способ определения концентрации микроорганизмов основан на известном явлении электроудержания заряженных коллоидных частиц в любых макропористых телах, находящихся в постоянном электрическом поле. При фильтрации суспензии микроорганизмов через макропористый фильтр в отсутствии внешнего постоянного электрического поля, микроорганизмы проходят через фильтр, не задерживаясь в нем. При приложе нии постоянного электрического поля возникающая поляризация поверхности фильтра обуславливает электрическое взаимодействие между поверхностью и заряженной клеткой микроорганизма, что приводит к,удержанию и накоплению микроорганизмов в макропористом фильтре. Скорость накопления зависит от концентрации микроорганизмов и скорости прокачки жидкости через фильтр. При постоянной скорости прокачки суспензии микроорганизмов скорость их накопления в фильтре пропорциональна концентрации микроорганизмов.

Скорость накопления микроорганизмов может быть измерена по скорости изменения диэлектрической проницаемости фильтра с адсорбированными микроорганизмами.

При снятии постоянного электрического поля микроорганизмы вымываются из фильтра потоком жидкости и фильтр вновь приходит в исходное со013477 ф

Откуда концентрация микроорганизмов в суспензии

Ж/Ю

Как видно, в формулу для определе-., ния концентрации суспензии входит и скорость изменения диэлектрической проницаемости (dK/dt) и скорость прокачки суспензии dQ)>

d8

2Π— = K тогда концентрацИя. мик= роорганизмов.

Ю 4щ м и м а

+а™ам ЕФ ЕДЕ" аа И)) где Е„„д„и Е, - диэлектрическая проницаемость и весовая доля адсорбированных микроорганизмов и диэлектрическая проницаемость материала

Фильтра соответственно; 35 а

"м — скорость изменения весовой аа .доли адсорбированных микроорганиз= мов, 40 я свою очередь величина (d dt) ..может быть пРедставлена как функция скорости Фильтрации суспензии (dQ /dt)

С и концентрации (С) микроорганизмов- в суспензии б5

3 1 стояние, позволяющее провести новое измерение.

Независимо от величины заряда, мор фологического и функционального состояния, клеток микроорганизмов лю- . бая клетка гюдвержена электроудержанию в макрогюристом фильтре, поэтому измеряемая скорость изменения -диэлектрической проницаемости фильтра с адсорбированными микроорганизмами отражающая скорость накопления, не зависит от состояния клеток микроорганизмов, причем изменение можно вести автоматическими методами с . достаточно высокой точностью (погрешность не более 0,34 на частотах

50-10 Гц) . При частотах, меньших

50 Гц, значительное влияние оказывает поляризация, а при частотах,больших 10 Гц, усложняется техника эксперимента.

Концентрацию микроорганизмов по скорости изменения диэлектрической проницаемости фильтра с адсорбированными микроорганизмами (Ф/dt ) можно представить в виде г м м м с

K atlE 8 ф е а

C=K К ИпЕ Е, Юп — — =А

"м м м ЗЕ

I» где функция

Ч

4= К.1 п .Еф определяется калибровкой.

В противном случае, т.е. когда скорость фильтрации не постоянна, понизится точность определения концентрации микроорганизмов иэ-за неоп" ределенности закона изменения скорости фильтрации суспензии.

Определение концентрации (С) осуществляется по скорости измене". ния измеряемого параметра Я - диэлектрическая проницаемость или З.электропроводность), т.е.

c=K ч =const ч прот — К С вЂ” з

dt 1 dt 1 где К„- постоянная.

Объединяя (1) и (2), получим М м м

=Ьа„"а "Еп ".К„С (2 где К - коэффициент, зависящий от постоянной датчика и размеров макропористого накопителя. Этот коэффици5О ент определяется из калибровки.

Значения напряженностей поля

80-120 S/cì являются оптимальными.

Это доказывают результаты экспериментов, приведенные в табл. 1.

10 1 3477

ТаГлица1

Напряженность поля В/ом

0 20 40 60 80 100

120 140

Процент удержанных микроорганизмов

1Ои 100

0 l2 30 80 100 100

Пример . фильтр М 1 диаметром 3 см и толщиной 1 см имеет средний размер пор 0,1 мм. фильтры М 2 и

М 3 имели такие же внешние размеры, но средний размер пор 0 5 мм (N 2) и 1 мм (ll 3).

Фильтры располагают в области постоянного электрического поля напряженностью 80 В/см и 120 В/см. Через эти фильтры прокачивали

1000 мл взвеси дрожжевых клеток за, 2-3 мин. Концентрацию дрожжевых клеток определяли на частотах .80-1-10 В Гц по скорости изменения диэлектрической проницаемости

Результаты сравнения с известным методом и абсолютным приведены в табл . 2 . Измерение концентрации абсолютным методом проводилось путем отбора проб, Результаты в табл. 1 показывают, что полное, удержание микроорганизмов обеспечивают поля 80-120 В/см выше 120 В/см начинается активный ,электролиз воды в суспензии клеток.

Интервал частот 50-10® Гц взят, исходя из расположения в этом интервале. 50-10 Гц гигантской низкочастотной дисперсии, что резко.повышает точность измерений.

К преимуществам предлагаемого способа относится также расширение диапазона измеряемых концентраций

3а-.счет эффекта накопления микроорганизмов в фильтре возможно измерение сколь угодно малых концентраций.

Измерение высоких концентраций лимитируется лишь емкостью фильтра.

Таблица 2

Напряженность пос тоянного электрического поля

Содержание абсолютно сухих дрожжей, г/л

Опыт

Абсолютный способ

Предлагаемый способ

Известный способ

1 108

Частоты, Гц

99,2

80,5

19,0

98,6

79,7

19,5

1,02

0,43

0,053

100

120

99,0

80,0

20,0

1,0

0,43

0,054

3

4 1

0,97

0,44

1,0

0,43

5 6

0,055 0

0,055

100,2

79

100

100,5

78,5

0,98

0,44

0 056

100

120

80

18

9

10 2

100

0,99

0,44

0„053

1,00

0,43

0 055

1,0

0,43

0,055 п р и м е ч а н и е . Начался активный электролиз воды, резко снижающий результаты измерений.

1013477

Продолжение табл.2

Содержание абсолютно сухих дрожжей, г/л

Напряженность пос тоянного электрического поля

Опыт

Известный способ

Предлагаемый способ

Абсолютный способ

Частоты, Гц

100

100,6

80 120

100

78

79

120

15 3

19

0,98

0,44

0,0 56

1,0

0,43

0,056

1,!

0,43

1,0

0,43

0,053

17

0,035

Затраченное время на определение концентрации дрожжей предлагаемым способом может не превышать 20 с либо вообще измерения могут проводиться 2$ непрерывно, в то время как абсолютный весовой метод требует 3 ч, обеспечивая точность 13, Данные табл,2 показывают, что точность предлагаемого способа выше точности известных щ способов. По затрачиваемому времени предлагаемый способ может считаться экспресс-методом, а также обеспечивает автоматический контроль с повышенной точностью определения любых концентраций микроорганизмов в среде.

Концентрация в кул ьтурал ьной среде по данным весового анализа, г/л

Ошибка в определении, Ф

Концентрация в среде. по данным предлагаемого способа,.г/л

Вид микроорганизма

4,2 С. Scottii шт.КС-2

1,2

1,15

0,8

С. Ut i l i s К-2

14,3

5,6

0,7

1,8

С.— Trop i ca 1 i s, Л-2

1,3

2,4

18,0

ОФ5

6;2

4,2

5,0

1,6

3;1

1,2

3,2

8,1

С, qui 1iermonodii, шт.589

Ps, f l uore зсепв

С ° mycolerma Щ-1

Hansenu1a polymorpha

Asp, niger

Е. Col i

ICryptococcus terr i col ys

Клетка микроорганизма застревает (сорбируется) в малых отверстиях чувствительного элемента .датчика, накапливается там, что фиксирует вторичный прибор, Застревание клетки в ма" лом отверстии датчика известного кондуктометрического способа выводит его из строя. В данном способе наоборот., сорбция клеток ведет к росту чувствительности. В табл. 3 представлены сравнительные данные по определению концентрации микроорганизмов известным и предложенным способом, а также ошибка в определении.

1,7 . 1,3

2,5

17,!

0,5

6,3

3,3

8,0

Составитель Н. Арцыбашева

Техред О. Неце Корректор M. Демчик

Редактор О, Половка

Заказ 2942/34 Тираж 521

БНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

9 1013477 10

Использование предлагаемого спо- мально управлять биосинтезом, что соба контроля концентрации микроор- приведет к увеличению выхода конечганизмов в микробиологической про- ного продукта и повышению произвомышленности позволит шире автоматизи- дительности труда. Ожидаемый годовой ровать производство, непрерывно конт- экономический эффект при внедрении ролировать рост микроорганизмов, на одном биохимическом заводе состаЭто, в свою очередь, позволит опти- вит не менее 25 тыс. руб,