SU1288660A1

SU1288660A1 - Способ автоматического управлени процессом культивировани микроорганизмов

Info

Publication number: SU1288660A1
Application number: SU843772004A
Authority: SU
Inventors: Владимир Петрович Дараган; Александр Дмитриевич Корнеев; Борис Васильевич Прилепский; Федор Никитович Чегодаев
Original assignee: Бердский химический завод
Priority date: 1984-07-20
Filing date: 1984-07-20
Publication date: 1987-02-07

Abstract

Изобретение относитс к автоматическому управлению процессами выращивани микроорганизмов и направлено на повьшение точности поддержани оптимальной температуры в биореакторе . В результате развити микроорганизмов в биореакторе 1 увеличиваетс тепловыделение, измер емое датчиком 2 интегрального теплового потока. В результате сравнени изме- ,ренного фактического значени скорости изменени теплового потока с пороговым (0,1) значением схема автоматики вырабатывает корректирующий сигнал , пропорциональный интегральному количеству тепловыделений в биореакторе . Регул тор 11 подачи хладагента осуществл ет коррекцию подачи хладагента в соответствии с данным си:- налом и учетом морфологического и ,-, физиологического состо ни вьфащива- емых микроорганизмов, устанавливаемого датчиком 9 количества и структуры микроорганизмов. 5 ил. (Л ю 00 00 Ci О5

Description

112

Изобретение относитс к автоматическому управлению процессами выращивани микроорганизмов и может быть использовано в производстве микробиологической , пищевой и медицинской промышленности.

Целью изобретени вл етс повышение точности поддержани оптимальной температуры в биореакторе.

Сущность способа заключаетс в том, что подачу хладагента осуществл ют при достижении скорости изменени теплового потока в процессе выращивани микроорганизмов порогового значени d©/dT O,1 в сравнении со среднестатистическим стандартным графиком кинетики теплового потока из биореактора, при этом коррекцию подачи хладагента осуществл ют в соответствии с величинами фактичес кого значени теплового потока и мор фологического и физиологического состо ни выращиваемьк клеток микроорганизмов .

На фиг. 1 приведена система, реализующа предлагаемьй способ, на фиг, 2 и 3 - кривые кинетики тепловыделений при культивировании микроор

,

В начальный период развити культуры (например Bacillus thuringien- sis var. galleriae, выращиваемой при

ганизмов; на фиг. 4 и 5 - кривые, от-30 , Bacillus licheniformis, выращи- ражающие состо ние культуры в процессе роста и развити .

Система состоит из аппарата дл выращивани микроорганизмов - биореактора 1,датчика 2 теплового интегрального потока,блока 3, определ ющего величину тепловьщелени в биореакторе 1, блока 4 дифференциро35

ваемой при ) происходит адаптаци микроорганизмов, при этом величина тепловыделений в биореакторе 1 в этот период посто нна и определ ет- jCH расчетным путем. Экспериментально установлено, что в период адаптации микроорганизмов скорость изменени теплового потока в биореакторе d0 dr имеет значительный разброс во времевани , определ ющего фактическую скорость изменени теплового потока в процессе выращивани микроорганизмов

d0 , .

-т;- факт., порогового элемента 5,

сравнивающего фактическое (текущее) значение скорости изменени теплово- d©

го потока de

dT

факт, с заданньпу значением -г;; задан, и вырабатывающего

(Q

сигнал при достижении -тгс факт. 0,1,

программного блока 6, в пАм ти которого находитс среднестатистическа зависимость тепловьщелений в процессе выращивани микроорганизмов от

времени - блок 6 вырабатывает сигнал 55ветствует величине тепловыделени в

в строгом соответствии среднестатис-биореакторе 1 в период адаптации

тической кривой кинетики тепловьщеле-культуры.

ний| блока 7 выработки управл ющих После периода адаптации происховоздействий , на который подают сиг-дит увеличение количества вегетатив0

5

0

нал, пропорциональный величине теп- ловыделени в биореакторе 1 с моменdSi „ ,

та достижени - г-0,1; переключающего реле 8, предназначенного дл передачи сигнала, пропорционального величине тепловьщелений в биореакторе 1 , с момента времени достижени скорости изменени теплового потока

d0

0,1;- датчика 9 определени количества микроорганизмов и их структурных характеристик, блока 10 анализа структурных характеристик микроорганизмов , определ ющего количество активных клеток, их морфологическое и физиологическое состо ние, регул тора 11 подачи хладагента. Св занного с исполнительным механизмом 12, установленным на линии подачи хладагента.

Способ автоматического управлени периодическим процессом выращивани микроорганизмов осуществл ют следующим образом.

, Bacillus licheniformis, выращи-

ваемой при ) происходит адаптаци микроорганизмов, при этом величина тепловыделений в биореакторе 1 в этот период посто нна и определ ет- jCH расчетным путем. Экспериментально установлено, что в период адаптации микроорганизмов скорость изменени теплового потока в биореакторе d0 dr имеет значительный разброс во времеiO ,1. Период адаптации культуры

го материала, с составом питательной среды, объемом загрузки биореактора. Поэтому начало изменений тепловьщелений , св занных с развитием культуры во времени, колеблетс в пределах 5- 8 ч. В фазе адаптации микроорганизмов блок 7 выработки управл ющих воздействий вьщает сигнал на регул тор 11, соответствующий посто нной величине тепловьщелени в биореакторе 1, при этом подача хладагента через исполнительный механизм 12 соот

31

ных клеток и изменение структурных характеристик микроорганизмов, что приводит к изменению потреблени культурой кислорода, повышению концентрации выдел ющегос гфи дыхании микроорганизмов углекислого газа и, соответственно, к увеличению тепловыделений в биореакторе 1.

Экспериментальные данные показывают , что зависимость выдел емого микроорганизмами тепла от времени их культивировани (кинетика тепловыделений ) носит экспоненциальный характер и находитс в строгой зависимости от структурных характеристик, морфологического, физиологического состо ни культуры в данньш момент ее роста и развити .

Величина тепловыделений в процессе выращивани микроорганизмов через датчик 2 интегрального теплового потока регистрируетс блоком 3, с выхода которого сигнал поступает на блок 4 дифференцировани , где определ етс фактическа скорость изменени

d9 ,

теплового потока .с Факт, в биоре- di

акторе 1 о С блока 4 сигнал, пропор- факт., поступает на

„ d0

циональныи -. cli

пороговый элемент 5, где сравниваетс фактическое значение скорости

d9 изменени теплового потока , факт,

1 с заданным значением и вырабатываетс сигнал

в биореакторе

de

dT

задан.

d0

при достижении -;- факт.

Q t

0,1.

с момента достижени скорости изменени теплового потока-т: факт. . 0,1

с выхода блока 5 поступает разрешающий сигнал на блок 6. С выхода блока

определенное блоком 10 анализа состо ни структурных характеристик ми роорганизмов количества активных кл ток меньше (больше), чем то, которое определено кривой кинетики тепловыделений , происходит дополнительна корректировка положени точки регу-

6 на вход блока 7 управл ющих воздай-« лировани влево (вправо) по кривой

ствий поступает сигнал, пропорциональный величине тепловьщелений в биореакторе 1, в соответствии со среднестатистической кривой кинетики тепловьщелений в процессе вьфащивани 50 микроорганизмов (фиг. 2 и 5), установленной экспериментальным путем. Одновременно через переключающее реле 8 выхода блока 3 определени велидо значени , определенного блоком 10

На фиг. 2 и 3 представлены кривые кинетики тепловьщелений при кул тивировании микроорганизмов Bacillu thuringiensis var. galleriae - продуцента средства защиты растений эн тобактерина и Bacillus lichenifor- mis - продуцента антибиотика бацит- рицина, по которым осуществл5пот ре-

чины тепловьщелений поступает в блок 55 гулирование подачи хладагента. На

7 выработки управл ющих воздействий корректирующий сигнал, пропорциональный интегральному количеству тепловьщелений в биореакторе 1. С выхода

o

5

0

5

0

5

0

блока 7 на рег-ул тор 1 1 поступает сигнал строго в соответствии со среднестатистической кривой кинетики тепловьщелений культивируемых в биореакторе 1 микроорганизмов, с коррекцией по фактическому значению величины тепловьщелений, регистрируемых датчиком 2. Исполнительный механизм 12 управл ет подачей хладагента по сигналам регул тора 11.

Таким образом, регулирование подачи хладагента происходит по кривой тепловьщелений (фиг. 2-5),котора определ ет закономерность изменени тепловьщелений во времени в процессе роста и развити микроорганизмов.Однако в зависимости от отклонений в составе питательной среды от качества посевного материа::а могут возникнуть отклонени в росте и ри.зви- тии активных клеток от среднестатистических зависимостей. В этом случае из блока 10 анализа состо ни структурных характеристик микроорганизмов через датчик 9 поступает сигнал, пропорциональный фактическому значению количества активных клеток и их структурному состо нию, а в программном блоке 6 сравниваетс с соответствующим значением по среднестатистической кривой структурных характеристик микроорганизмов и уточн етс местонахождение точки регулировани по кривой кинетики тепловьщелений в соответствии с действительным значени ( ем количества активных клеток и их структурных характеристик. Так, если

определенное блоком 10 анализа состо ни структурных характеристик микроорганизмов количества активных клеток меньше (больше), чем то, которое определено кривой кинетики тепловыделений , происходит дополнительна корректировка положени точки регу-

лировани влево (вправо) по кривой

до значени , определенного блоком 10.

На фиг. 2 и 3 представлены кривые кинетики тепловьщелений при культивировании микроорганизмов Bacillus thuringiensis var. galleriae - продуцента средства защиты растений эн- тобактерина и Bacillus lichenifor- mis - продуцента антибиотика бацит- рицина, по которым осуществл5пот ре-

фиг. 4 и 5 отражено состо ние культуры в процессе роста и развити , обуславливающее ее структурные характеристики (вегетативные клетки.

51288660

ованные клетки, полное высыспор ), а также все тепло, выое и поглощаемое при выращимикроорганизмов .

ти ту та ро пр по от ст во вл со ко то

Claims

Формула изобретени

Способ автоматического управлени процессом культивировани микроорганизмов , предусматривающий поддержание оптимальной температуры в биореакторе путем изменени подачи хладагента, отличающийс тем, что, с целью повышени точнос

ти поддержани оптимальной температуры в биореакторе, подачу хладагента осуществл ют при достижении скорости изменени теплового потока в процессе выращивани микроорганизмов порогового значени dO/dT, 0,1 в соответствии со среднестатистическим стандартным графиком кинетики теплового потока биореактора и осзга1ест- вл ют коррекцию подачи хладагента в соответствии с величинами фактического значени теплового потоке и морфологического и физиологического состо ни выращиваемых микроорганизмов.

138

II Ш

It |f

ll I

ц-,

.час

О в fz 18 го 24 ze зг

Врем роста Ky/fi mt/p6i Вас thurLng.Mar.gatiert,ae(3MmoSanmepun}

Фи&.2

KpuSaff кичетики

тепло6ь1де/1ен1ц} при культабирооании

ц-,

.час

зг

а (кол час

Ч в /2 i6 го 24 2В 32 36 Врем роста кдлотурь Вас. Uchenifor-mL з($ацитрацин)

Фиг.У

Крибад кинетики тепло далений ну ьтиВаровании

Т ч ас

%0 4-cfOif}

-- /--e/Daj- i/x-(fo ff Составитель Л.Кудр вцева Редактор А.Шандор Техред Н.Глутденко Корректор А. Зимоково

Заказ 7807/А6 Тираж 885Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушска наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предпри тие, г. Ужгород, ул. Проектна , 4