Способ получения основной аминокислоты (варианты)

Способ получения основной аминокислоты (варианты)

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники

[0001] Настоящее изобретение относится к аппарату для управления аммиаком и способу управления аммиаком, в частности, к аппарату для управления аммиаком и способу управления аммиаком, которые предназначены для управления концентрацией аммиака в среде для культивирования, содержащейся в культуральном резервуаре.

Уровень техники

[0002] Издавна аммиак является очень важным источником получения азота в качестве незаменимого питательного вещества, используемого для ферментации.

[0003] В качестве существующего способа измерения концентрации аммиака существует способ с использованием ионного электрода.

[0004] Например, в способе, описанном в патентном документе 1, концентрацией аммиака в жидкой ферментационной среде управляют так, чтобы она представляла собой определенную концентрацию или ниже, и тем самым ферментационные бактерии культивируют при более высоком значении pH. Тем самым, снижают противоионы, подлежащие добавлению в среду для получения основного вещества посредством ферментации, и в результате значительно упрощают производственный процесс.

Ссылка на известный уровень техники

Патентный документ

[0005] Патентный документ 1: публикация международного патента WO 2006/038695.

Описание изобретения

Цель, достигаемая с помощью изобретения

[0006] Однако указанный выше общепринятый способ имеет такую проблему, что сложно непосредственно управлять концентрацией аммиака в жидкой ферментационной среде, то есть непосредственно измерять концентрацию аммиака или управлять ею в культуральном резервуаре во время культивирования.

[0007] А именно, он имеет такую проблему, что, как показано на фиг. 9 (блок-схема, на которой представлен пример стандартного процесса управления концентрацией аммиака), для того чтобы знать полную концентрацию аммиака (полная концентрация NH₃ и NH₄⁺) в среде для культивирования, необходим ряд операций по получению образцов среды для культивирования изнутри культурального резервуара (стадия SA-1), смешиванию образца среды для культивирования с сильнощелочной реакционной жидкостью (например, NaOH) (стадия SA-2) и непрерывному измерению существующего аммиака, который превращен в неионизированный аммиак (NH₃) вне культурального резервуара (стадия SA-3). То есть сложно стерильно выполнять ряд операций для измерения с использованием образца среды для культивирования вне культурального резервуара. Кроме того, поскольку среда для культивирования, используемая для измерения, содержит сильнощелочную реакционную жидкость (например, NaOH), ее нельзя рекуперировать в культуральный резервуар и следует удалять. Следовательно, более высокая частота измерений влечет за собой более значительные отходы среды для культивирования, а число раз фактического измерения ограничено (стадия SA-4).

[0008] Кроме того, в культуральном резервуаре аммиак потребляют непрерывно, но скорость потребления аммиака не постоянна. Следовательно, он также имеет такую проблему, что, как показано на фиг. 9, даже если концентрацию аммиака измеряют посредством указанной выше операции получения образца с определенным интервалом (стадия SA-5), нельзя знать ее краткосрочную тенденцию и, следовательно, концентрацией аммиака в среде для культивирования нельзя управлять так, чтобы она была постоянной (стадия SA-6).

[0009] Кроме того, даже если неионизированный аммиак (NH₃), частично существующий в среде для культивирования, измеряют с использованием ионного электрода, ввиду указанных выше проблем общепринятого способа, он страдает от такой проблемы, что не просто проверять измеряемые значения для корректировки ошибок, возникающих во время культивирования. Это обусловлено тем, что для того, чтобы знать текущую правильную концентрацию аммиака, необходимо измерять полную концентрацию аммиака для образца среды для культивирования, которая смешана с сильнощелочной реакционной жидкостью с тем, чтобы аммиак в среде для культивирования превращать в неионизированный аммиак (NH₃).

[0010] То есть это обусловлено тем, что при обычной ферментации значение pH среды для культивирования в пределах от слабокислого до слабощелочного диапазона (pH приблизительно от 5 до 9), таким образом, часть или по существу весь аммиак, существующий в среде для культивирования, существует в виде ионизированного иона аммония (NH₄⁺) и, следовательно, сложно получать полную концентрацию аммиака (полную концентрацию NH₃ и NH₄⁺) в среде для культивирования только посредством измерения концентрации неионизированного аммиака (NH₃) с использованием указанного выше ионного электрода. Следовательно, полной концентрацией аммиака нельзя управлять корректно.

[0011] Настоящее изобретение осуществляли ввиду вышеприведенных проблем, и цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы предоставлять аппарат для управления аммиаком и способ управления аммиаком, которые делают возможным культивирование при непрерывном и произвольном управлении концентрацией аммиака в среде для культивирования.

Средство достижения цели

[0012] Для того чтобы достигать вышеуказанной цели, настоящее изобретение предусматривает следующие способ и аппарат.

(1) Способ управления аммиаком для управления концентрацией аммиака среды для культивирования, содержащейся в культуральном резервуаре, где концентрацией аммиака в культуральном резервуаре управляют посредством использования аппарата для управления аммиаком, который содержит по меньшей мере подающее аммиак устройство, которое подает аммиак в культуральный резервуар, датчик аммиака, который реагирует на неионизированный аммиак в среде для культивирования, содержащейся в культуральном резервуаре, и управляющую часть, соединенную с подающим аммиак устройством и датчиком аммиака, и этот способ включает следующие стадии, выполняемые с помощью управляющей части:

стадия создания калибровочной кривой для создания калибровочной кривой, представляющей зависимость между концентрацией неионизированного аммиака в культуральном резервуаре и сигналом от датчика аммиака,

стадия вычисления концентрации неионизированного аммиака для вычисления концентрации неионизированного аммиака среды для культивирования, содержащейся в культуральном резервуаре посредством подстановки сигнала от датчика аммиака в калибровочную кривую, и

стадия указания подачи аммиака для указания подающему аммиак устройству подавать аммиак в культуральный резервуар, когда вычисляемая концентрация неионизированного аммиака ниже, чем заданная концентрация.

(2) Способ управления аммиаком, как указано выше, который дополнительно включает стадию создания калибровочной кривой для создания калибровочной кривой, представляющей зависимость между концентрацией неионизированного аммиака в культуральном резервуаре и сигналом от датчика аммиака.

(3) Способ управления аммиаком, как указано выше, где аппарат для управления аммиаком дополнительно соединяют с датчиком pH для измерения значения pH среды для культивирования, содержащейся в культуральном резервуаре,

этот способ дополнительно включает следующую стадию, выполняемую с помощью управляющей части:

стадия вычисления полной концентрации аммиака для вычисления полной концентрации аммиака по концентрации неионизированного аммиака, вычисляемой на стадии вычисления концентрации неионизированного аммиака, и значению pH, измеряемому с использованием датчика pH, на основании кривой диссоциации аммиака, представляющей существующее соотношение концентрации неионизированного аммиака и концентрации диссоциированного аммиака в среде для культивирования, содержащейся в культуральном резервуаре при каждом значении pH, и

где, на стадии указания подачи аммиака, полную концентрацию аммиака используют взамен концентрации неионизированного аммиака.

(4) Способ управления аммиаком, как указано выше, который включает предоставление внешнего датчика аммиака вне культурального резервуара для измерения концентрации неионизированного аммиака, и

получение сигнала от внешнего датчика аммиака посредством измерения концентрации неионизированного аммиака среды для культивирования, которую, после сбора из культурального резервуара, делают достаточно щелочной для превращения иона аммония в неионизированный аммиак, с использованием внешнего датчика аммиака в качестве сигнала для проверки, и

этот способ дополнительно включает следующую стадию, выполняемую с помощью управляющей части:

проверочная стадия для проверки калибровочной кривой с тем, чтобы концентрация неионизированного аммиака, вычисляемая по сигналу для проверки на основании калибровочной кривой, составляла полную концентрацию аммиака, вычисляемую на стадии вычисления полной концентрации аммиака.

(5) Способ управления аммиаком, как указано выше, где аппарат для управления аммиаком соединяют с внешним датчиком аммиака, и

этот способ дополнительно включает следующую стадию, выполняемую с помощью управляющей части:

стадия ввода сигнала для проверки для ввода сигнала от внешнего датчика аммиака в качестве сигнала для проверки.

(6) Способ получения целевого вещества посредством ферментации, который включает культивирование микроорганизма, который обладает способностью продуцировать целевое вещество в культуральном резервуаре, содержащем среду для культивирования, и сбор целевого вещества из культуры, где микроорганизм культивируют при управлении концентрацией аммиака среды для культивирования с помощью способа управления аммиаком, как указано выше.

(7) Способ получения, как указано выше, где целевое вещество представляет собой L-аминокислоту, органическую кислоту, нуклеиновую кислоту, спирт или белок.

(8) Способ получения, как указано выше, где целевое вещество представляет собой основную аминокислоту, выбранную из группы, состоящей из L-лизина, L-аргинина и L-гистидина.

(9) Способ получения, как указано выше, который включает снижение количества сульфат-ионов и/или хлорид-ионов, используемых в качестве противоионов основной аминокислоты, посредством корректировки полной концентрации аммиака среды для культивирования, чтобы она находилась в пределах определенного диапазона концентраций во время по меньшей мере части полного процесса культивирования.

(10) Способ получения, как указано выше, где определенный диапазон концентраций составляет 300 мМ или ниже.

(11) Способ получения, как указано выше, где определенный диапазон концентраций составляет 200 мМ или ниже.

(12) Способ получения, как указано выше, где определенный диапазон концентраций составляет 100 мМ или ниже.

(13) Аппарат для управления аммиаком, который содержит по меньшей мере подающее аммиак устройство, которое подает аммиак в культуральный резервуар, датчик аммиака и управляющую часть, где:

датчик аммиака реагирует на неионизированный аммиак в среде для культивирования, содержащейся в культуральном резервуаре,

управляющую часть соединяют с подающим аммиак устройством и датчиком аммиака,

управляющая часть создает калибровочную кривую, которая представляет зависимость между концентрацией неионизированного аммиака среды для культивирования и сигналом от датчика аммиака,

вычисляет концентрацию неионизированного аммиака среды для культивирования посредством подстановки сигнала от датчика аммиака в калибровочную кривую, и

указывает подающему аммиак устройству подавать аммиак в культуральный резервуар, когда вычисляемая концентрация неионизированного аммиака ниже, чем заданная концентрация.

(14) Аппарат для управления аммиаком, как указано выше, который дополнительно соединяют с датчиком pH для измерения значения pH среды для культивирования, содержащейся в культуральном резервуаре, и

где управляющая часть дополнительно вычисляет полную концентрацию аммиака по концентрации неионизированного аммиака, вычисляемой с помощью средства вычисления концентрации неионизированного аммиака, и значению pH, измеряемому с использованием датчика pH, на основании кривой диссоциации аммиака, представляющей существующее соотношение концентрации неионизированного аммиака и концентрации диссоциированного аммиака в среде для культивирования при каждом значении pH, и

полную концентрацию аммиака используют взамен концентрации неионизированного аммиака.

(15) Аппарат для управления аммиаком, как указано выше, где управляющая часть дополнительно:

проверяет калибровочную кривую с тем, чтобы концентрация неионизированного аммиака, вычисляемая по сигналу для проверки на основании калибровочной кривой, составляла полную концентрацию аммиака, вычисляемую с помощью средства вычисления полной концентрации аммиака, и

сигнал для проверки представляет собой:

сигнал, получаемый с использованием внешнего датчика аммиака, предусмотренного вне культурального резервуара для измерения концентрации неионизированного аммиака посредством подготовки внешнего датчика аммиака, и

измеряет концентрацию неионизированного аммиака среды для культивирования, которую, после сбора из культурального резервуара, делают достаточно щелочной для превращения иона аммония в неионизированный аммиак с использованием внешнего датчика аммиака.

(16) Аппарат для управления аммиаком, как указано выше, который соединяют с внешним датчиком аммиака, и

где управляющая часть дополнительно вводит сигнал от внешнего датчика аммиака в качестве сигнала для проверки.

(17) Аппарат для управления аммиаком, как указано выше, который выполнен с возможностью поддерживать полную концентрацию аммиака в заданном диапазоне.

(18) Аппарат для управления аммиаком, как указано выше, который дополнительно содержит пользовательский интерфейс.

(19) Аппарат для управления аммиаком, как указано выше, который выполнен с возможностью управления аммиаком в среде для культивирования в реальном времени, предпочтительно с возможностью управления аммиаком в среде для культивирования в реальном времени in situ.

(20) Аппарат для управления аммиаком, как указано выше, который адаптируют для того, чтобы управлять аммиаком в среде для культивирования одного или нескольких культуральных резервуаров, предпочтительно от 1 до 10 культуральных резервуаров.

(21) Аппарат для управления аммиаком, как указано выше, который адаптируют для того, чтобы управлять аммиаком в среде для культивирования с интервалами 5 минут или меньше, предпочтительно 1 секунда или меньше.

(22) Аппарат для управления аммиаком, как указано выше, который адаптируют для проверки калибровочной кривой с интервалами 12 часов или меньше, предпочтительно 8 часов или меньше.

(23) Аппарат для управления аммиаком, как указано выше, который адаптируют для того, чтобы управлять аммиаком в течение по меньшей мере части периода культивирования или всего периода культивирования.

(24) Способ получения целевого вещества посредством ферментации, который включает культивирование микроорганизма, обладающего способностью продуцировать целевое вещество, в культуральном резервуаре, содержащем среду для культивирования, чтобы получать и накапливать целевое вещество в среде для культивирования, где полную концентрацию аммиака среды для культивирования корректируют так, чтобы она находилась в пределах определенного диапазона концентраций во время по меньшей мере части полного процесса культивирования, посредством использования аппарата для управления аммиаком, как указано выше.

(25) Способ получения, как указано выше, где определенный диапазон концентраций составляет 300 мМ или ниже.

(26) Способ получения, как указано выше, где определенный диапазон концентраций составляет 200 мМ или ниже.

(27) Способ получения, как указано выше, где определенный диапазон концентраций составляет 100 мМ или ниже.

Эффект изобретения

[0013] В соответствии с настоящим изобретением создают калибровочную кривую, которая представляет зависимость между концентрацией неионизированного аммиака в культуральном резервуаре и сигналом от датчика аммиака (например, электрическое напряжение), вычисляют концентрацию неионизированного аммиака в культуральном резервуаре с использованием сигнала от датчика аммиака на основании калибровочной кривой и указывают подающему аммиак устройству подавать аммиак в культуральный резервуар, когда вычисляемая концентрация неионизированного аммиака ниже, чем определенная концентрация. Следовательно, настоящее изобретение имеет такой эффект, что возможны стерильные операции для ряда операций для измерений в культуральном резервуаре, и культивирование можно осуществлять при непрерывном и произвольном управлении концентрацией аммиака в среде для культивирования, не расходуя среду для культивирования.

[0014] Кроме того, согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения, вычисляют концентрацию неионизированного аммиака в культуральном резервуаре, измеряют значение pH в культуральном резервуаре с использованием датчика pH, вычисляют полную концентрацию аммиака по вычисляемой концентрации неионизированного аммиака и измеряемому значению pH на основании кривой диссоциации аммиака, хранимой в накопительной части, и когда вычисляемая полная концентрация аммиака ниже, чем заданная концентрация, подающему аммиак устройству указывают подавать аммиак в культуральный резервуар. Следовательно, настоящее изобретение имеет такой эффект, что полную концентрацию аммиака (полную концентрацию NH₃ и NH₄⁺) среды для культивирования можно измерять непосредственно по значению pH и концентрации неионизированного аммиака (NH₃) на основании кривой диссоциации аммиака, и тем самым культивирование можно осуществлять при более корректном управлении концентрацией аммиака.

[0015] Кроме того, в соответствии с настоящим изобретением, посредством исследования полной концентрации аммиака среды для культивирования, которую собрали из культурального резервуара и суспендировали в сильнощелочной реакционной жидкости с тем, чтобы превращать ион аммония в неионизированный аммиак, используя внешний аппарат для измерения общего аммиака; и вычисления концентрации неионизированного аммиака в среде для культивирования посредством подстановки вышеуказанного значения полной концентрации аммиака в уравнение диссоциации аммиака и посредством использования значения pH среды для культивирования, сохраненного на указанной выше стадии измерения значения pH, с их использованием можно проверять калибровочную кривую, которая представляет зависимость между концентрацией неионизированного аммиака и выходным сигналом датчика (электрическое напряжение). Следовательно, можно корректировать ошибки, создаваемые во время культивирования.

Краткое описание чертежей

[0016] На фиг. 1A представлена блок-схема, показывающая пример процесса управления концентрацией аммиака в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг. 1B представлена блок-схема, показывающая другой пример процесса управления концентрацией аммиака в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг. 2 представлена теоретическая конфигурационная диаграмма, показывающая базовую конфигурацию по настоящему изобретению.

На фиг. 3 представлен график, показывающий пример кривой диссоциации аммиака, используемой для настоящего изобретения.

На фиг. 4 представлена логическая блочная диаграмма, показывающая пример конфигурации аппарата 100 для управления аммиаком в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг. 5 представлена блок-схема, показывающая пример базовой эксплуатационной обработки, выполняемой с использованием аппарата 100 для управления аммиаком согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения.

На фиг. 6 представлена блок-схема, показывающая детали примера процесса, выполняемого с использованием аппарата 100 для управления аммиаком согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения.

На фиг. 7 представлены результаты управления концентрацией аммиака, достигнутые при получении аргинина (Arg), выполняемом с использованием аппарата из примера.

На фиг. 8 представлено накопление Arg при получении Arg, осуществляемом с использованием аппарата из примера.

На фиг. 9 представлена блок-схема, показывающая пример процесса стандартного управления концентрацией аммиака.

Способы осуществления изобретения

[0017] Далее варианты осуществления аппарата для управления аммиаком и способа управления аммиаком по настоящему изобретению объяснены подробно со ссылкой на фигуры. Однако, настоящее изобретение не ограничено этими вариантами осуществления.

[0018] [Основные принципы изобретения] Далее основные принципы настоящего изобретения объяснены со ссылкой на фиг. 1A, 1B, 2 и 3, и затем подробно объяснены конфигурация, процесс и т.д. по настоящему изобретению. На фиг. 1A представлена блок-схема, показывающая пример процесса управления концентрацией аммиака в соответствии с настоящим изобретением, на фиг. 1B представлена блок-схема, показывающая другой пример процесса управления концентрацией аммиака в соответствии с настоящим изобретением, на фиг. 2 представлена теоретическая конфигурационная диаграмма, показывающая базовую конфигурацию аппарата по настоящему изобретению, и на фиг. 3 представлен график, показывающий пример кривой диссоциации аммиака, используемой для настоящего изобретения.

[0019] Способ по настоящему изобретению представляет собой способ управления аммиаком для управления концентрацией аммиака в культуральном резервуаре посредством использования аппарата для управления аммиаком, который содержит по меньшей мере подающее аммиак устройство, которое подает аммиак в культуральный резервуар, датчик аммиака, который реагирует на неионизированный аммиак в среде для культивирования, содержащейся в культуральном резервуаре, и управляющую часть, соединенную с подающим аммиак устройством и датчиком аммиака. Как показано на фиг. 1A, способ по настоящему изобретению включает выполнение процесса с использованием аппарата для управления аммиаком на основании ввода сигнала от датчика аммиака, который реагирует на неионизированный аммиак в среде для культивирования, содержащейся в культуральном резервуаре, и вывод указания на подающее аммиак устройство, которое подает аммиак в культуральный резервуар. Термин «соединен» является достаточным для того, чтобы находиться в функциональной связи, и соединение можно осуществлять с помощью проводной или беспроводной системы.

[0020] Способ по настоящему изобретению включает следующие стадии, выполняемые с помощью управляющей части:

стадия вычисления концентрации неионизированного аммиака для вычисления концентрации неионизированного аммиака среды для культивирования посредством подстановки сигнала от датчика аммиака в калибровочную кривую, представляющую зависимость между концентрацией неионизированного аммиака среды для культивирования и сигналом от датчика аммиака, и

стадия указания подачи аммиака для указания подающему аммиак устройству подавать аммиак в культуральный резервуар, когда вычисляемая концентрация неионизированного аммиака ниже, чем заданная концентрация.

[0021] Способ дополнительно может содержать стадию создания калибровочной кривой для создания калибровочной кривой, представляющей зависимость между концентрацией неионизированного аммиака среды для культивирования и сигналом от датчика аммиака. Что касается калибровочной кривой, ее можно создавать посредством предоставления растворов аммиака с известными концентрациями и погружения электрода в растворы, чтобы строить график напряжений, показываемых с помощью электрода.

[0022] На стадии создания калибровочной кривой создают калибровочную кривую, которая представляет зависимость между концентрацией неионизированного аммиака среды для культивирования и сигналом от датчика аммиака. Это создание может включать считывание калибровочной кривой с накопительной части, предусмотренной в аппарате для управления аммиаком, или ввод калибровочной кривой извне.

[0023] Датчик аммиака реагирует на недиссоциированный аммиак и обычно представляет собой датчик, который содержит избирательную к аммиаку мембрану и внутренний электрод. Сигнал от датчика аммиака конкретно не ограничен при условии, что он представляет собой сигнал, генерируемый посредством реакции на неионизированный аммиак, и обычно используют напряжение внутреннего электрода. Однако его можно преобразовывать в другую электрическую характеристику с использованием электрической схемы. Кроме того, такую электрическую характеристику, как напряжение, можно использовать в качестве исходного аналогового сигнала или в качестве цифрового сигнала, получаемого посредством аналогово-цифрового преобразования.

[0024] Калибровочную кривую можно создавать посредством предварительного изучения зависимости между таким сигналом и концентрацией неионизированного аммиака среды для культивирования. Калибровочную кривую, создаваемую как описано выше, можно хранить в накопительной части. Форма для накопителя конкретно не ограничена, и калибровочную кривую можно хранить в форме таблицы или можно хранить арифметическое уравнение, представляющее калибровочную кривую.

[0025] На стадии вычисления концентрации неионизированного аммиака концентрацию неионизированного аммиака среды для культивирования вычисляют посредством подстановки сигнала от датчика аммиака в калибровочную кривую. Когда калибровочную кривую хранят в форме таблицы, вычисление посредством подстановки в калибровочную кривую можно осуществлять посредством считывания значения, записанного в положении, соответствующем подставленному значению сигнала. Когда калибровочную кривую хранят в виде арифметического уравнения, это можно осуществлять посредством вычисления с помощь подстановки введенного значения сигнала в уравнение.

[0026] На стадии указания подачи аммиака, когда вычисляемая концентрация неионизированного аммиака ниже, чем заданная концентрация, подающему аммиак устройству указывают подавать аммиак в культуральный резервуар.

[0027] Подающее аммиак устройство конкретно не ограничено при условии, что оно может управлять подачей аммиака в культуральный резервуар на основании указания, генерируемого на стадии указания подачи аммиака. Например, подающее аммиак устройство устраивают так, чтобы в ответ на указание, генерируемое на стадии указания подачи аммиака, открывать электромагнитный клапан линии газообразного аммиака, чтобы подавать аммиак.

[0028] Аммиак может представлять собой газообразный аммиак или водный аммиак. Аммиак также можно подавать в форме водного раствора соединения, которое образует ион аммония, когда его растворяют, например, сульфат аммония. Скорость подачи аммиака, подаваемого с помощью подающего аммиак устройства, выбирают с тем, чтобы концентрация аммиака не менялась быстро, принимая во внимание размер культурального резервуара, частоту указаний, генерируемых на стадии указания подачи аммиака, и так далее. Обычно полной концентрацией аммиака управляют так, чтобы она составляла от 1 до 350 мМ, более желательно от 2,5 до 300 мМ, еще более желательно от 2,5 до 200 мМ, еще более желательно от 3 до 100 мМ и еще более желательно 3 до 50 мМ в пересчете на аммиак.

[0029] Вариант осуществления указания может представлять собой вывод электрического сигнала, который непосредственно приводит в действие такое средство, как клапан подающего аммиак устройства, участвующий в управлении подачей аммиака, или, когда подающее аммиак устройство имеет коммуникационную функцию, он может представлять собой вывод коммуникационного сигнала для управления клапаном или тому подобным с помощью коммуникационной функции.

[0030] Аппарат для управления аммиаком по настоящему изобретению дополнительно можно соединять с датчиком pH для измерения значения pH среды для культивирования, содержащейся в культуральном резервуаре. В этом варианте осуществления способ по настоящему изобретению дополнительно содержит следующую стадию, выполняемую с помощью управляющей части:

стадия вычисления полной концентрации аммиака для вычисления полной концентрации аммиака по концентрации неионизированного аммиака, вычисляемой на стадии вычисления концентрации неионизированного аммиака, и значению pH от датчика pH на основании кривой диссоциации аммиака, представляющей существующие соотношения концентрации неионизированного аммиака и концентрации ионов аммония в среде для культивирования при каждом значении pH, и

на стадии указания подачи аммиака полную концентрацию аммиака используют взамен концентрации неионизированного аммиака.

[0031] Зависимость для существующих соотношений концентрации неионизированного аммиака и концентрации ионов аммония в среде для культивирования при каждом значении pH можно вычислять теоретически или измерять фактически. На основании этой зависимости можно создавать кривую диссоциации.

[0032] Кривую диссоциации, создаваемую как описано выше, хранят в накопительной части. Вариант осуществления накопителя конкретно не ограничен, и кривую диссоциации можно хранить в форме двухмерной таблицы или можно хранить арифметическое уравнение, представляющее кривую диссоциации. Кроме того, ее можно хранить вместе с калибровочной кривой, подлежащей сохранению на стадии сохранения калибровочной кривой, в форме таблицы, или можно создавать и сохранять арифметическое уравнение, представляющее кривую диссоциации в сочетании с калибровочной кривой.

[0033] Кривая диссоциации аммиака объяснена со ссылкой на фиг. 3. На фиг. 3 вертикальная ось обозначает существующее соотношение (%) неионизированного аммиака (NH₃) и иона аммония (NH₄⁺) в культуральном резервуаре, и горизонтальная ось обозначает значение pH в культуральном резервуаре. Кривые, представленные на графике на фиг. 3, представляют собой кривые диссоциации неионизированного аммиака (NH₃) и ионов аммония (NH₄⁺) при различных значениях pH. Как показано на фиг. 3, неионизированный аммиак (NH₃) и ионы аммония (NH₄⁺) существуют в по существу эквивалентных количествах около pH 9, и когда значение pH становится выше, возрастает неионизированный аммиак (NH₃), тогда как ионы аммония (NH₄⁺) снижаются. Неионизированный аммиак и ионы аммония представляют собой то же, что и недиссоциированный аммиак (NH₃) и диссоциированный аммиак (NH₄⁺) соответственно.

[0034] Как описано выше, при обычной ферментации значение pH среды для культивирования находится в пределах от слабокислого до слабощелочного диапазона (pH приблизительно от 5 до 9), и, таким образом, основная часть аммиака, существующего в среде для культивирования, существует в виде ионов аммония (NH₄⁺), и, следовательно, обычно невозможно получать полную концентрацию аммиака (полную концентрацию NH₃ и NH₄⁺) в среде для культивирования только посредством измерения концентрации неионизированного аммиака (NH₃). Однако, в соответствии с настоящим изобретением, кривую диссоциации аммиака создают предварительно для среды для культивирования, подлежащей использованию, в качестве предварительной обработки, и, следовательно, полную концентрацию аммиака (полную концентрацию NH₃ и NH₄⁺) можно вычислять по концентрации неионизированного аммиака (NH₃) на основании кривой диссоциации аммиака.

[0035] На стадии вычисления полной концентрации аммиака полную концентрацию аммиака вычисляют по концентрации неионизированного аммиака, вычисляемой на стадии вычисления концентрации неионизированного аммиака, и значению pH, измеряемому с использованием датчика pH, на основании кривой диссоциации аммиака. Когда кривую диссоциации аммиака хранят в форме таблицы, вычисление по концентрации неионизированного аммиака и значению pH на основании кривой диссоциации аммиака можно осуществлять посредством считывания значения, записанного по адресу, соответствующему введенным концентрации неионизированного аммиака и значению pH. Когда хранят арифметическое уравнение, вычисление можно осуществлять посредством вычисления с помощью подстановки введенных значений в уравнение.

[0036] Пример вычисления полной концентрации аммиака представлен далее с (1) до (3).

(1) Сначала посредством подстановки напряжения датчика аммиака в культуральном резервуаре (например, 0,5 В) в арифметическое уравнение, представляющее калибровочную кривую, вычисляют концентрацию неионизированного аммиака (например, 30 мМ).

(2) Затем посредством подстановки значения pH в культуральном резервуаре, измеряемого с использованием датчика pH (например, pH 6), в арифметическое уравнение, представляющее кривую диссоциации, оценивают существующее соотношение неионизированного аммиака (например, 40%).

(3) С использованием оценочного существующего соотношения неионизированного аммиака (например, 40%) и концентрации неионизированного аммиака, вычисляемой в (1) (например, 30 мМ), вычисление осуществляют, например, следующим образом: «30 мМ × (100/40) = 75 мМ», чтобы вычислять полную концентрацию аммиака (в этом случае 75 мМ).

[0037] На стадии указания подачи аммиака, когда концентрация неионизированного аммиака ниже, чем заданная концентрация, подающему аммиак устройству указывают подавать аммиак в культуральный резервуар. Альтернативно, когда полная концентрация аммиака ниже, чем заданная концентрация, подающему аммиак устройству можно указывать подавать аммиак в культуральный резервуар.

[0038] Аппарат для управления аммиаком дополнительно можно соединять с внешним датчиком аммиака, предусмотренным вне культурального резервуара. Посредством измерения напряжения внешнего датчика аммиака для среды для культивирования, которую собрали из культурального резервуара и суспендировали в сильнощелочной реакционной жидкости с тем, чтобы превращать ионы аммония в неионизированный аммиак, можно проверять калибровочную кривую с тем, чтобы концентрация неионизированного аммиака, вычисляемая посредством подстановки измеряемого напряжения в калибровочную кривую, составляла вычисляемую полную концентрацию аммиака.

[0039] Функцию автоматического вычисления полной концентрации аммиака на основании кривой диссоциации аммиака посредством использования фактически измеряемого значения pH среды для культивирования, содержащейся в культуральном резервуаре, можно использовать только для проверки, и фактической концентрацией аммиака в культуральном резервуаре можно управлять на основании концентрации неионизированного аммиака (NH₃).

[0040] Кроме того, в соответствии с настоящим изобретением, когда осуществляют проверку, калибровочную кривую можно проверять с тем, чтобы концентрация неионизированного аммиака, вычисляемая посредством подстановки напряжения, измеряемого с помощью внешнего датчика аммиака для образца среды для культивирования, которую суспендировали в сильнощелочной реакционной жидкости (например, NaOH) с тем, чтобы превращать аммиак в среде для культивирования в неионизированный аммиак, в калибровочную кривую, составляла полную концентрацию аммиака, вычисляемую посредством вычисления полной концентрации аммиака.

[0041] Говоря в общем, аппарат по настоящему изобретению имеет следующую базовую конфигурацию. То есть, аппарат для управления аммиаком содержит по меньшей мере подающее аммиак устройство, которое подает аммиак в культуральный резервуар, датчик аммиака, который реагирует на недиссоциированный аммиак в среде для культивирования, содержащейся в культуральном резервуаре, и управляющую часть, соединенную с подающим аммиак устройством и датчиком аммиака. Подающее аммиак устройство можно адаптировать для того, чтобы подавать аммиак в культуральный резервуар. Датчик аммиака адаптируют для того, чтобы реагировать на недиссоциированный аммиак в среде для культивирования, содержаще