Способ определения скорости изменения физико-химического параметра в процессе культивирования микроорганизмов

Способ определения скорости изменения физико-химического параметра в процессе культивирования микроорганизмов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61 ) Дополнительное к авт. спид-ву (22) Заявлено 16.04.79 (21) 2745282/28-13

Союз Советских

Социалистичесиин

Реслублии

1 вать и

3 (5l ) IVL. К.л.

С,12 Q 3/00 с присоединением заявки №

Государственный IcoNHTBT

СССР (23) П риоритет но делан нзабретеннй н отнрытнй

Опубликовано 1 5.1 2.82 Бюллетень № 46 (53) УДК 576.8. .093.1 (088.8) Дата опубликования описания 05.01.83 (72) Авторы изобретения

B. Д. Кувшинников, В. К. Ерошин и И.Г. Минкевич

Институт биохимии и физиологии микроорганизмов

АН СССР (71) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТИ ИЗМЕНЕНИЯ

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОГО ПАРАМЕТРА В ПРОЦЕССЕ КУЛЬТИВИРОВАНИЯ

МИКРООРГАНИЗМОВ

Изобретение относится к области из мерительной техники и может быть использовано в микробиологической промышленности, при очистке сточных вод, а также при создании измерительных устройств для биологических научных исследований.

Известен способ определения скорости изменения физико-химического парамеч ра, например поглощения растворенного 1о кислорода микроорганизмами, заключающийся в том, что культуральную жидкость с клетками црокачивают с фиксированной скоростью через измерительную камеру, а измерение проводится в двух точках: иа входе и на выходе камеры.

Скорость поглощения кислорода определяют как разность между показаниями двух электродов, установленных на входе и выходе камеры, деленную на время прохождения жидкости по камере 1.1).

Недостатком этого способа является ., предположение о зависимости скорости происходящего процесса от изменяющихся условий, что во многих случаях бывает ошибочным. Поэтому при определении скорости процесса возникает противоречие, заключающееся в том, что повышение точности может быть достигнуто лишь при возможно меньшей разнице меж ду измеренными в двух точках величина ми. Это, в свою очередь, требует высокой абсолютной точности измерений в г каждой точке, так как чем меньше разница между этими величинами, тем выше роль ошибок измерения. Кроме того, этот способ не позволяет получить полную картину зависимости скорости изменения физико-химического параметра про цесса (например, снижения парциального давления кислорода или выделения тепла) от изменяющихся условий, так как по двум измерениям (точкам) невозможно судить о характере атой зависимости.

Белью изобретения является повышение точности определения скорости иэф

В фермантере с рабочим объемом

1,3 л выращивали в режиме хемостата культуру дрожжей HansdjlvPa роГупчогрйа

DL ° -1 на среде 11-Е. В качестве источника углерода и энергии в исходной питательной среде использовали метиловый спирт (10 г/л). Содержание биомассы составляло 4,03 г/л в расчете на высушенные клетки. В ферментер внесена разовая доза метанола до его концентрации в культуральной жидкости 1 г/л,.

После этого определяли зависимости скорости потреблещ я кислорода от содержания кислорода в среде. Для этого культураль» ную жидкость с дрожжевыми клетками направляли из ферментера в специальную ячейку, где она освобождалась от пу-, зырьков йерастворенного воздуха. Часть обработанной таким образом среды с клетками с помощью насоса с программным управлением прокачивалась через измерительную камеру (трубку), на выходе которой установлен электрод.для измерения парциального давления растворенного кислорода, причем насос подключен к выходу измерительной трубки после электрода. Насос работает по программе нескольких режимов производительности

8; указанных в табл. 1. Время пребывания образца в измерительной камере рассчитывали, исходя из объема камеры и потока через нее. Скорость потребления кислорода рассчитывали по формуле с(Бс © д РО2

Ч я. д1.- (00 /о

3 7 78М мейения физико-химического параметра процесса культйвировайия микроорганизмов (парциального давления кислорода, тепловыделения и т.д.).

Данная цель достигается тем, что изменяют время пребывания культуральной жидкости в измерительной камере в пределах от 44-5 до 60-4120 с à скорость йзменения физико-химического параметра определяют с учетом времени ro пребывания культуральной жидкости в измерительной камере. - Ha фиг. 1 изображена схема устрой- ства для измерения скорости потребления Og к примерам 1-3; на фиг. 2 — за- 1з висимость парциального давления icHcrropo-;: да в образце от времени задержки; на фиг. 3 показано влияние парциального давления кислорода на скорость его потребленйя. 20

Культуральйую жйдкость с клетками пропускают через измерительную камеру, создавая переменную продолжительность пребывания образца в ней. Это достигается изменением производительности на-соса, изменением объема камеры, примейением нескольких камер различного объема и т.д., HGMepeBHe интересующего параметра, например парциального давления кислорода или выделення тепла, про30 водят в одной точке измерительной камеры-.Э

Определение скорости потребления кис. лорода проводят на основании величин парциального давления кислорода, полученных при различных продолжительностях выдерживания образца в камере в пределах от 44-5 до 604120 с. Определение

-скороСти "тепловыделения . осуществляют Ha осйовании велйчин температуры, полученных при различных продолжитель40

" иостях выдерживания образца в камере,. либо на "осйовании" величин отвода тейла для цоддержания постоянной температуры

Значения измеряемого параметра дают информацию об изменении скорости про45 цесса от продолжитежности ьыйефкйвания образйа.

Сопоставляя скорость потребления кйслорода c величинами парпиального давления кислорода, снижающимися по мере выдерживания образца, определяют влйяЪйе йарциального давления кислорода на скорость потребления кйслорода. Аналогичным образом определяют влйяйие парциального давления кйслорода на ско- 5 рость выделения, тепла мйкрооф%6ФВ ЬВ.

Пример 1. Измерение скорости потреблеййя кМЮторода hcHKpoopPBBHBMBMH, 1 где С вЂ” концентрация растворенного кислорода в среде, равновесная с воздухом, при 4 =37o, равная 7 мг/л; а рО2 - разность измеренных величин рО2 при двух исследова нных скоростях прокачивания, в процентах от насыщения;

d4 - разность между временами задержки при двух исследованных скоростях прокачивания.

Вычисленное значение скорости потреб ления кислорода соответствовало значению р02, среднему между двумя последовательными режимамй прокачивания (см. табл. 1).

Зависимость рО2 на выходе камеры вт времени пребывания образца в ней дана на фиг. 2. Экстраполяция этой зависимости к нулевому времени пребывания дала значениз.рО.2 в ферментере, равное ф 70%. Оно близко к рО,показанному от5 17йй6 дельным электродом, установленным в ферментере, равному 70%.

Зависимость скорости потребления кислорода от рО дана на фиг. 3. Экстраполяция этой зависимости к рО = 70%. 5 дала 0,32 мг/л сек.

Пример 2. Определение скорости тепловыделения микроорганизмов.

Культуру дрожжей 5dccOctvo myoes Сегevi5ici8 14 выращивали на среде .

11-Е, Проводилось измерение скорости выделения тепла клетками. Для этого среду с дрожжевыми клетками направляли из ферментера в специальную ячейку, где она освобождалась от пузырьков нерастворенного воздуха. Часть обработанной таким образом среды с клетками с помощью насоса с программным управлением прокачивалась через измерительную камеру (трубку) аналогично примеру 1.

На выходе измерительной трубки установлен термочувствительный элемент, с помощью которого измеряли разность температуры среды на выходе измерительной трубки между режимом, соотвеч 25 ствующим наибольшей скорости прокачивания среды, и остальными режимами.

Таблица 1.

370 5,96 35 0

30,0 0,296

250 8,30 2 5,1

200 1 1,10 14,0

120 16 10 1,5

100 19,10 0,5

2,80 1 1,1 1 9,6 0,278

5,00 1 2,5

3,00 1,0

7,75 0,1 75

1,0 0,023,Таблица 2

0,007 1 5,8 1,595 д 0009 19 8

5 39,6 0,016

Формула изобретения

Способ определения скорости измене.

Ф ния физико-химическогб параметра в 2 6

Насос, подключенный к выходу измерительной трубки после термочувствитель ного элемента, работает по программе нескольких режимов производительности

Е, указанных в табл. 2. Время пребыва ния образпа в измерительной камере рв: счИтывали, исходя из объема камеры и потока через нее. Скорость тепловыделения рассчитывали по формуле

Где - скорость теплопродукции, ккал/л ч1

)> *= 1000 r/ë - плотность среды;

С 0,01 ккал/г. град - удельная теплоемкость среды; дТ - разность температуры на выхо де устройства между данным режимом: прокачивания и режимом с максимальной скоростью прокачивания (50 мл/ч).

Значения скорости тепловыделения даны в табп.2. Онн хорошо согласуются друг с другом. Среднее значение скорости тепловыделения близко к 1,6 ккал/л ч.. процессе культивирования микроорганизмов, предусматривающий прокачивание культуральной жидкости с клетками через измерительную камеру и определение

7 разности значений измеряемого пара« метра, о т л и ч а ю m и и с я тем, что, с пелью повышения точности определения, изменяют время пребывания куль .туральной жидкости в измерительной камере в пределах от 4+ 5 до 60 е 120 с, а скорость изменения физико-химического

778262 8 параметра определяют с учетом времени пребывания культуральной жидкости в из мерительной камере.

Источники информапии, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США % 3510406, кл. 204-1, 1970.