Способ непрерывного культивирования микроорганизмов

Способ непрерывного культивирования микроорганизмов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

.Изобретение относится к способам непрерывного культивирования микро организмов и направлено на увеличение продуктивности ферментера (Ф) по целевому продукту путем повышения степени утилизации питательного субстрата . Для достижения поставленной цели осуществляют периодические с одним и тем же периодом изменения скорости протока концентрации питатель- 1 ного субстрата на входе в Ф и количества возвращаемой в Ф биомассы, причем отношение периода колебаний указанных параметров к постоянной времени Ф составляет 0,03-0,1, а отношение амплитуды колебаний этих величин к их среднему значению - 0,9-0,1. Изменения концентрации питательного субстрата и скорости протока осуществляют в противофазе, а сдвиг фазы между изменениями концентрации питательного субстрата и изменениями количества возвращаемой в Ф после отделения биомассы выбирают от нуля до половины периода. 4 ил. 3 табл. I СЛ

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1293220 А 1 (50 4 С 12 Q 3/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

К А BTOPCHOlVIV СВИДЕТЕЛЬСТВУ страта. Для достижения поставленной цели осуществляют периодические с одним и тем же периодом изменения скорости протока концентрации питатель, ного субстрата на входе в Ф и количества возвращаемой в Ф биомассы, причем отношение периода колебаний указанных параметров к постоянной времени Ф составляет 0,03-0,1, а отношение амплитуды колебаний этих величин к их среднему значению - 0,9-0, 1. Изменения концентрации питательного субстрата и скорости протока осущест- вляют в противофазе, а сдвиг фазы между изменениями концентрации питательного субстрата и изменениями количества возвращаемой в Ф после отде- Е ления биомассы выбирают от нуля до половины периода. 4 ил. 3 табл. (21) 3752106/28-13 (22) 12.06.84 (46) 28.02.87. Бюл. Н 8 (71) Московский институт химического машиностроения (72) А.Я.Кудряшов, 10.М.Крылов и И.В.Кораблев (53) 633.1(088.8) (56) Подмогова И.Н. Культивирование микроорганизмов в переменных условиях. И.: Наука, 1983, с.с.6-11. (54) СПОСОБ НЕПРЕРЬЗНОГО КУЛЬТИВИРОВАНИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ (57) Изобретение относится к способам непрерывного культивирования микроорганизмов и направлено на увеличение продуктивности ферментера (Ф) по целевому продукту путем повышения степени утилизации питательного субОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

1293220

Изобретение относится к биотехнологии и может быть использовано в микробиологической промышленности.

Целью изобретения является увели чение продуктивности ферментера по целевому продукту путем повышения степени утилизации питательного субстрата, а также расширение диапазона входных концентраций питательного субстрата. 10

На фиг.1 изображена схема установки, реализующей предложенный способ; на фиг.2 — зависимости концентрации питательного субстрата на входе в ферментер (верхний график) и скорос" ти протока среды через ферментер (нижний график) от времени культивирования; на фиг.3 — зависимости концентрации питательного субстрата на входе в ферментер (верхний график) и количества биомассы, возвращаемой на вход в ферментер после отделения (нижний график) от времени культивирования; на фиг.4 — кривая переходно го процесса по биомассе после подачи на вход ферментера ступенчатого возмущения концентрации питательного субстрата, Установка содержит ферментер 1, сепаратор 2, генератор 3 прямоугольных импульсов, блок 4 управления блок 5, осуществляющий постоянный

Т сдвиг фаз — — между изменениями ско2 рости протока и изменениями концен- 35 трации питательного субстрата на входе в ферментер, блок 6, осуществляющий сдвиг фаз между изменениями концентрации питательного субстрата и изменениями количества возвращаемой 40 после отделения биомассы. На линии отходящих из ферментера газов установлены датчики кислорода 7 и углекислого газа 8 в комплекте с вторичными преобразователями 9 и 10, выхо- 45 ды которых соединены со входом блока

4 управления, позволяющим корректировать расход воздуха через ферментер при помощи исполнительного механизма 11. 50

На линии возврата остаточного субстрата и линии отвода биомассы установлены соответственно датчики концентрации остаточного субстрата 1Р и биомассы 13 в комплекте с вторичными преобразователями 14 и 15. Информация о текущих значениях переменных процесеа культивирования поступает на вход устройства управления 4.

Культивирование микроорганизмов проводили в ферментере 1 рабочим объемом 100 л при скорости протока среды D - =0 25 ч " и входной концентрации субстрата 20 г/л. Отсутствие лимитирования по кислороду достигалось расходом воздуха 40 л/г. Для определения постоянной времени ферментера по концентрационному каналу на вход подавали ступенчатое возмущенке концентрации субстрата амплитудой

15 г/л. Кривая переходного процесса изображена на фиг.4, определенная по этой кривой постоянная времени ферментера составляет = 3 ч. Период Т изменения параметров выбирали в интервале от 0,1 до 0,3 ч, что состав-. ляет 0,03-0,1 постоянной времени ферментера. Из ферментера его содержимое поступало в сепаратор 2 для отделения биомассы от остаточного субстрата. Часть отделенной биомассы и часть остаточного субстрата возвращали на вход ферментера. Генератор 3 прямоугольных импульсов осуществлял периодическое изменение концентрации питательного субстрата на входе в ферментер за счет переключения входа ферментера с линии полноценного субстрата на линию возврата остаточного субстрата и воды с частотой, задаваемой блоком 4 управления. Постоянный

Т сдвиг фаз — — между изменениями кон2 центрации питательного субстрата на входе в ферментер и изменениями скорости протока среды через ферментер осуществляют с помощью блока 5. Сдвиг фаз между изменениями концентрации питательного субстрата на входе в ферментер и изменениями количества возвращаемой после отделения биомассы осуществляли с помощью блока 6.

В примерах 2-3 приведены основные показатели предложенного способа культивирования для различных значений переменных из указанных интервалов. Культивирование проводили для средних входных концентраций питательного субстрата 20, 40 и 60 г/л и средней скорости протока 0,25 ч .

Амплитуда колебаний параметров изменилась в интерваЛе от 0,9 до 1,0 их среднего значения. На вход ферментера возвращалось 57. от объема количества биомассы.

1293220

1 ч, 8

0,025 ч, Приме

Т вЂ” 0 05

D.-- б,25 ч

Амплитуда тока 0,225 ч

Таблица

Экономический коэффициент, %

Концентрация остаточного субстрата, г/л

Концентрация биомассы, г/л

Амплитуда колебаний концейтрации, г/л

Входная концентрация субстрата, г/л

89,8

0,1

17,7

93,6

0,2

36,8

40

93,0

0,3

55,2

60

Таблица 2

Концентрация ос,,гаточного субстрата, г/л

Входная концентрация субстрата, г/л

Амплитуда колебаний

Концентрация биомассы, г/л

Экономический коэффициент, Ж концентрации субстрата, г/л

92,6

18,4

0,1

38

38,7

97,1

0,2

96,1

0,3

57,1

57 р 1. Т=О, т

0,9. колебаний скорости проПример 2. Т = 0,2 ч, Т

01ч 8=0 0=025ч

2 — 1 э .— ° — э 10

А = 0,95. Амплитуда колебаний скорости протока 0,238 ч .

Пример 3. Т = 0,3 ч, T Т вЂ” 0,15ч, =- — =0 15ч

2 4 !5

D = 0,25 ч, А = 1,0. Амплитуда колебаний скорости протока 0,25 ч .

Оптимальным с точки зрения макси; мума продуктивности по биомассе и минимума остаточной концентрации субстрата является пример 2.

Сравнение способа-прототипа и предложенного способа культивирования позволяет сделать вывод, что пос- ледний наиболее эффективен при высо25 ких входных концентрациях субстрата и позволяет увеличить продуктивность ферментера по биомассе до 15Х при одновременном снижении концентрации остаточного субстрата в 8-10 раз.Формула изобретения

Способ непрерывного культивирования микроорганизмов, предусматривающий периодическое изменение скорости протока питательного субстрата, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью увеличения продуктивности ферментера по целевому продукту путем повышения степени утилизации питательного субстрата, периодически с одним и тем же периодом, осуществляют изменения концентрации питательного субстрата на входе в ферментер и количества возвращаемой в ферментер биомассы, причем отношение периода колебаний укаэанных параметров к посто-. янной времени ферментера составляет

0,03-0,1, а отношение амплитуды колебаний этих величин к их среднеарифметическому значению 0,9-1, при этом изменения концентрации питательного субстрата и скорости протока среды осуществляют в противофазе, а сдвиг фазы между изменениями концентрации питательного субстрата и изменениями количества возвращаемого после отделения биомассы выбирают от нуля до половины периода.

1293220

Х а б л и ц а 3

20

0,1

90,8

37,3

0,2

93,8

60

56,0

0,6

93 0

Входная концентрация субстрата, г/л

Амплитуда колебаний концентрации субстрата, г/л

Концентрация биомассы, г/л

Концентрация остаточного субстрата, г/л

Экономический коэффициент, 7.

1293220 (л z)r (л.э)т ч)т (n+1) T (n+2) Т (n+3) T (И+4) T

Рие. Я

Ж Ф

t,mc

Фиг. 4

Составитель H.Àëêååâ

Редактор А.Долинич Техред М.Ходанич Корректор М Самборская

Заказ 348/28

Тираж 500 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная, 4 ч