SU1467085A1 - Method of automatic control of cyclic process of continuous cultivation of microorganisms - Google Patents
Method of automatic control of cyclic process of continuous cultivation of microorganisms Download PDFInfo
- Publication number
- SU1467085A1 SU1467085A1 SU874187084A SU4187084A SU1467085A1 SU 1467085 A1 SU1467085 A1 SU 1467085A1 SU 874187084 A SU874187084 A SU 874187084A SU 4187084 A SU4187084 A SU 4187084A SU 1467085 A1 SU1467085 A1 SU 1467085A1
- Authority
- SU
- USSR - Soviet Union
- Prior art keywords
- substrate
- microorganisms
- doses
- supplied
- cultivation
- Prior art date
Links
Landscapes
- Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
Abstract
Изобретение относитс к микробиологической промьшшенности, в частности к способам автоматического управлени процессами непрерьшного куль- .тивировани микроорганизмов, и может быть использовано, например,при производстве кормовых дрожжей. Целью изобретени вл етс увеличение выхода биомассы . Способ автоматического управлени циклическим процессом непрерывного культивировани микроорганизмов предусматривает регулирование подачи субстрата в основном и дополнительном потоках и подачу воды в ферментер в зависимости от уровн измерений скорости потреблени кислорода микроорганизмами и расход подаваемого субстрата. Устанавливают количество кислорода и субстрата, потребл емого дл культивировани микроорганизмов, по соотношению этих параметров опре- дел ют интегральный показатель экономичности процесса, при этом подачу субстрата в дополнительном потоке осуществл ют импульсными дозами, причем в реальном масштабе времени ведут поиск максимального значени интегрального показател экономичности процесса путем управлени частотой подаваемых доз в дополнительном потоке . Способ позвол ет по сравнению с прототипом синхронизировать процесс биосинтеза микроорганизмов импульсной подачей субстрата, более рационально использовать субстрат и увеличить выход биомассы в среднем на 7,3%. 1 ил. о сл 4 о 00 елThe invention relates to the microbiological industry, in particular, to methods for the automatic control of the processes of the continuous cultivation of microorganisms, and can be used, for example, in the production of fodder yeast. The aim of the invention is to increase the biomass yield. The method of automatic control of the cyclic process of continuous cultivation of microorganisms involves the regulation of the supply of the substrate in the main and additional streams and the supply of water to the fermenter depending on the level of measurements of the rate of oxygen consumption by the microorganisms and the consumption of the supplied substrate. The amount of oxygen and substrate consumed for the cultivation of microorganisms is determined by the ratio of these parameters to determine the integral indicator of the process economy, while the substrate is fed in an additional stream using pulsed doses, and in real time they search for the maximum value of the integral indicator of the process economy. by controlling the frequency of the doses given in the additional stream. Compared with the prototype, the method allows to synchronize the process of microbial biosynthesis by pulsed substrate feeding, make more rational use of the substrate and increase the biomass yield by an average of 7.3%. 1 il. about sl 4 o 00 ate
Description
Изобретение относитс к микробиологической промышленности, в частности к способам автоматического управлени процессами непрерывного культивировани микроорганизмов, и может быть использовано, например, при производстве кормовых дрожжей.The invention relates to the microbiological industry, in particular, to methods for automatically controlling the processes of continuous cultivation of microorganisms, and can be used, for example, in the production of fodder yeast.
Цель изобретени - увеличение выхода биомассЫоThe purpose of the invention is to increase the biomass yield.
Способ заключаетс в следующем.The method is as follows.
При непрерывном культивировании микроорганизмов импульсное введение субстрата позвол ет синхронизировать процесс биосинтеза и более рацион ль- но использовать субстрат, что увеличивает экономичность процесса. При этом целесообразно вводить такое.количество субстрата, которое полностьюWith the continuous cultivation of microorganisms, pulsed introduction of the substrate allows synchronization of the process of biosynthesis and more rational use of the substrate, which increases the efficiency of the process. In this case, it is advisable to introduce such. Amount of substrate, which is completely
лотребл етс клеткаш в течение одлой генеращш, а частота следовани вводимых доз приблизительно равна периоду генерации. Субстрат потребл етс более ра1 ионально, кОгда доза субстрата вводитс не импульсно, а последовательно , с некоторой скоростью подачи Дл каждого процесса культивировани существует оптимальный режим дробной подачи субстрата (характерные параметры - величина дозы и скорость |ее подачи, частота следовани подава- емых доз) , который обеспечивает желаThe cell must be consumed during the course of the general session, and the frequency of the doses administered is approximately equal to the generation period. The substrate is consumed in a more balanced manner, when the dose of the substrate is not injected in pulses, but sequentially, at a certain feed rate. For each cultivation process, there is an optimal mode of fractional feed of the substrate (the characteristic parameters are dose rate and feed rate |, follow-up rate) which provides for
iCMbie показатели процесса культивиро- |вани , например максимальную эконо- 1мичность процесса. Из-за нестационар- 1ности процесса заранее можно только приблизительно установить значени ;этих параметров. Уточнить их можно путем поиска максимальной экономично- |сти процесса в реальном масштабе вре- мени.iCMbie indicators of the cultivation process, for example, the maximum cost-effectiveness of the process. Due to the nonstationary nature of the process, it is only possible to establish in advance the values of these parameters. They can be refined by searching for the maximum economic efficiency of the process in real time.
; При осуществлении данного способа величину дозы субстрата и скорость ее подачи устанавливают эксперимен- :тально, поддержива частоту следова- ни подаваемых доз, равную среднему :периоду делени культивируемых клеток inpH оптимальных стационарных услови х культивировани . Подбирают величину ;дозы субстрата и скорость ее подачи такими, чтобы обеспечить максимальную экономичность процесса. Дл выбранной :величины дозы и оптимальной скорости ;ее подачи в реальном масштабе времени ведут дальнейший поиск максимальной экономичности процесса путем управлени частотой подаваемых доз. Дл этого необходимо непрерывно по ходу про- цесса устанавливать экономичность процесса о; When implementing this method, the amount of the substrate dose and the rate of its supply is set experimentally, maintaining the frequency of the follow-up doses given equal to the average: the division of cultured inpH cells in the division of the optimal steady-state cultivation conditions. Pick up the value; substrate dose and feed rate so as to ensure maximum efficiency of the process. For the selected: dose and optimum speed, its supply in real time further searches for the maximum economy of the process by controlling the frequency of the delivered doses. To do this, it is necessary to continuously determine the efficiency of the process during the process.
0экономичности процесса можно судить по интегральному показателюThe profitability of the process can be judged by the integral indicator
, ,
1 one
jQsoSodf jQsoSodf
. 50. 50
де I - интегральный показатель экономичности процесса de I - integral indicator of the efficiency of the process
Q - скорость потреблени кислорода микроорганизмами-,Q is the rate of consumption of oxygen by microorganisms,
Q gg - расход подаваемого субстра- tj та;Q gg is the flow rate of the supplied substrate tj m;
S g - концентраци входного субстрата ,S g - the concentration of the input substrate,
Т - период интегрировани ,T is the integration period,
« "
5five
00
00
5 0 50
4545
5050
tj tj
так как количество потребл емого кислорода пропорционально приросту био- ма с с: III,since the amount of oxygen consumed is proportional to the increase in biohm with c: III,
Поэтому частотой подаваемых доз субстрата управл ют таким образом, (чтобы максимизировать интегральньй показатель экономичности процесса.Therefore, the frequency of the supplied substrate doses is controlled in such a way (in order to maximize the integral indicator of the process economy.
На чертеже изображена система, реализующа предлагаемый способ.The drawing shows a system that implements the proposed method.
Система состоит из ферментера 1, контура регулировани подачи субстрата по основному потоку, включающего датчик 2 расхода, св занный через регул тор 3 с исполнительным механизмом 4, установленным на линии подачи субстрата, контура регулировани уровн среды в ферментере, включающего датчик 5 уровн , регул тор 6 и исполнительный механизм 7 на линии подачи воды на разбавление и контура регулировани подачи субстрата дискретных доз субстрата, включающего датчик 8 скорости потреблени микроорганизмами ,, выход которого через интеграторThe system consists of a fermenter 1, a substrate flow control circuit for the main flow, including a flow sensor 2 connected through a regulator 3 to an actuator 4 installed on the substrate supply line, a fluid level control loop in the fermenter, including a level sensor 5, a regulator 6 and the actuator 7 on the dilution water supply line and the regulation circuit of the substrate supply of discrete doses of the substrate, including the microorganism consumption sensor 8, the output of which through the integrator
9подключен к первому входу блока 10 делени , датчик 11 расхода подаваемого субстрата, выход которого через интегратор 12 и блок 13 умножени подключен к второму входу блока 10 делени , а выход последнего через экстремальный регул тор 14, програм-- мньш таймер 15 и реле 16 времени соединен с прокачивающим средством 17. Кроме .того, схема содержит блок 18 синхронизадаи, выход которого соединен с интеграторами 9, 12 и блоком9 connected to the first input of block 10, the sensor 11 of the flow rate of the supplied substrate, the output of which through the integrator 12 and block 13 multiply is connected to the second input of the block 10 of division, and the output of the latter through the extreme controller 14, programmed timer 15 and time relay 16 connected to the pumping means 17. In addition, the circuit contains a block 18 synchronization, the output of which is connected to the integrators 9, 12 and the block
10делени , и задатчик 19 концентра- иди входного субстрата, который св зан с блоком 13 умножени .10 divisions, and the setpoint adjuster 19, the concentration of the input substrate, which is connected to the multiplication unit 13.
Система работает следующим образомThe system works as follows
Контур регулировани подачи субстрата , состо па- й из датчика 2 расхода, регул тора 3 и исполнительного механизма 4, установленного на линии подачи субстрата по основному потоку, обеспечивает поддержание фоновой концентрации субстрата в ферментере необходимой дл поддержани жизнеде тельности 1 Шкроорганиз чов в интервалах времени между завершеш-юм сбраж -- вани предьщущей дозы до подачи следующей дозы субстрата, т,е. дл устранени глубокого ллм1- та по субстрату . Количество непрерывно подаваемого субстрата - это количество субстрата , потребл емого дл поддержани жизнеде тельности микроорганизмов при заданных услови х культивировани The substrate supply control loop, consisting of a flow sensor 2, a regulator 3 and an actuator 4 installed on the substrate supply line along the main flow, maintains the background concentration of the substrate in the fermenter necessary to maintain the life of 1 Scrottles in the time intervals complete the fermentation of the previous dose before the next dose of the substrate is delivered, t, e. to eliminate the deep lm1-ta on the substrate. The amount of continuously supplied substrate is the amount of substrate consumed to maintain the viability of microorganisms under given culture conditions.
Контур регулировани подачн дискретных доз субстрата по дополнительному потоку обеспечивает поиск максимальной экономичности процесса путем управлени частотой подаваемых доз.The control loop for the supply of discrete doses of the substrate along the additional flow ensures the search for the maximum efficiency of the process by controlling the frequency of the delivered doses.
Датчиком 8 измер етс скорость потреблени кислорода микроорганизмами . Сигнал датчика 8 подаетс на интегратор 9, в котором подсчитываетс количество кислорода, потребл емого дл культивировани микроорганизмов за заданный период времени. Сиг1467085Sensor 8 measures the rate of consumption of oxygen by microorganisms. The signal from sensor 8 is supplied to an integrator 9, in which the amount of oxygen consumed to cultivate microorganisms for a given period of time is calculated. Sig1467085
10ten
хода блока 10 делени , характеризующий экономичность процесса, подаетс на экстремальный регул тор 14. Экстремальный регул тор управл ет работой программного таймера 15, посредством которого задаетс частота следовани подаваемых доз субстрата„ Экстремальный регул тор 14 осуществл ет поиск максимального значени интегрального показател экономичности процесса путем коррекции частотой подаваемых доз. По сигналу таймера 15 срабатывает реле 16 времени, от вьщержки котонал с выхода интегратора 9, пропорци- д рой зависит величина подаваемой-дозы ональныи количеству приросшей биомас- и включает прокачивающее средство сы, подаетс на первый вход блока 10 17, посредством которого доза субст- (Целени . Также датчиком 11 измер ет- рата подаетс на ферментер. От харак- с расход подаваемого субстрата. Сигнал датчика 11 подаетс на интегратор 12, в котором подсчитываетс количество потребл емой субстратной жидкости за заданный период времени. Периоды интегрировани интеграторов 9 и 12 равные. Сигнал с выхода интегратора 12 поступает на блок 13 умножени , в котором умножаетс на сигнал концентрации входного субстрата, зада- ваемы й задатчиком 19, и с выхода блока умножени сигнал, пропорциональный количеству потребл емого субстрата, подаетс на второй вход блока 10 делени , в котором определ етс отношение количества кислорода к количеству субстрата, т.е. интегральный показатель экономичности процесса. Работой интеграторов 9, 12 и блока 10 делени управл ет блок 18 синхронизации , который задает период интегриротеристики прокачивающего средства зависит скорость подачи дозы субстрата. Величина подаваемой дозы и скорость ее подачи устанавливаютс экспериментально дл данного процесса. Начальна частота подаваемых доз равна 25 среднему периоду делени культивиру- емьк клеток при оптимальных стационарных услови х культивировани . Ithe stroke of the dividing unit 10, which characterizes the economy of the process, is fed to the extreme controller 14. The extreme controller controls the operation of the program timer 15, which determines the frequency of the substrate doses given. Extreme controller 14 searches for the maximum value of the integral indicator of the process economy by correcting frequency of doses given. The signal from timer 15 triggers the time relay 16, the output from integrator 9 output is proportional, the amount of feed-dose depends on the amount of biomass grown and switches on the pumping means, is fed to the first input of the block 10 17, through which the dose of substrate (Targets. Also, the sensor of the measured emitter is fed to the fermenter. From the characteristics of the flow of the supplied substrate. The signal of the sensor 11 is fed to the integrator 12, in which the amount of consumed substrate liquid is counted for a given period of time. Periods and integrating integrators 9 and 12 are equal. The signal from the output of integrator 12 is fed to multiplication unit 13, which multiplies the input substrate concentration signal given by setter 19, and from the output of multiplication unit, the signal proportional to the amount of consumed substrate is fed to the second the input of the dividing unit 10, in which the ratio of the amount of oxygen to the amount of substrate, i.e. the integral indicator of the process efficiency, is determined. The operation of the integrators 9, 12 and the dividing unit 10 is controlled by the synchronizing unit 18, which sets the integrating period for the pumping means, and the substrate dose rate is determined. The magnitude of the dose delivered and the rate of its delivery are established experimentally for this process. The initial frequency of the delivered doses is equal to 25 average period of cell culture dividing under optimal stationary cultivation conditions. I
Таким образом, при осуществлении предлагаемого способа устанавливают .оптимальный режим дробной подачи субстрата , который обеспечивает макси- мельную экономичность процесса при данных услови х культивировани и увеличивает выход на 7,3%.Thus, when implementing the proposed method, an optimum fractional feed mode of the substrate is established, which ensures maximum efficiency of the process under these cultivation conditions and increases the yield by 7.3%.
3535
Формула ИЗ обретени Formula FROM Gain
Способ автоматического управлени циклическим процессом непрерывногоMethod for automatic control of cyclic continuous process
вани . IVani. I
После окончани этого периода блок 18 син-крониза1: и формирует управл ющий сигнал, по которому сигналы интегральной суммы с выходов интеграторов 9 и 12 подаютс на блок 10 делени , осуществл сброс интеграторов и запуск блока делени . Врем интегрировани зависит от инерционности процесса и равно целому числу периодов подаваемых доз (например, изменение частоты подаваемых доз вызывает переходной процесс, после завершени которого устанавливаетс новое значение интегрального показател экономичности процесса, врем интегрировани - это врем переходного процесса ) , Сигнал периодичности подаваемых доз подаетс на блок 18 синхронизации с выхода таймера 15. Сигнал с вы1467085After the end of this period, syncronization block 18: generates a control signal by which the signals of the integral sum from the outputs of the integrators 9 and 12 are fed to the division block 10, resetting the integrators and starting the division block. The integration time depends on the inertia of the process and is equal to an integer number of periods of doses delivered (for example, a change in the frequency of the doses delivered causes a transition process, after which a new value of the integral indicator of the process economy is established, the integration time is the time of the transition process) block 18 synchronization with the timer output 15. The signal from you1467085
хода блока 10 делени , характеризующий экономичность процесса, подаетс на экстремальный регул тор 14. Экстремальный регул тор управл ет работой программного таймера 15, посредством которого задаетс частота следовани подаваемых доз субстрата„ Экстремальный регул тор 14 осуществл ет поиск максимального значени интегрального показател экономичности процесса путем коррекции частотой подаваемых доз. По сигналу таймера 15 срабатывает реле 16 времени, от вьщержки которой зависит величина подаваемой-дозы и включает прокачивающее средство 17, посредством которого доза субст- рата подаетс на ферментер. От харак- the stroke of the dividing unit 10, which characterizes the economy of the process, is fed to the extreme controller 14. The extreme controller controls the operation of the program timer 15, which determines the frequency of the substrate doses given. Extreme controller 14 searches for the maximum value of the integral indicator of the process economy by correcting frequency of doses given. The signal from timer 15 triggers a time relay 16, the output of which depends on the value of the supplied dose and turns on pumping means 17, through which the dose of the substrate is fed to the fermenter. From harak-
д рой зависит величина подаваемой-дозы и включает прокачивающее средство 17, посредством которого доза субст- рата подаетс на ферментер. От харак- The dose depends on the size of the delivered dose and includes pumping means 17, through which the dose of the substrate is fed to the fermenter. From harak-
теристики прокачивающего средства зависит скорость подачи дозы субстрата. Величина подаваемой дозы и скорость ее подачи устанавливаютс экспериментально дл данного процесса. Начальна частота подаваемых доз равна 5 среднему периоду делени культивиру- емьк клеток при оптимальных стационарных услови х культивировани . IFluid flow rate depends on substrate dose rate. The magnitude of the dose delivered and the rate of its delivery are established experimentally for this process. The initial frequency of the delivered doses is equal to 5 to the average period of cell culture dividing under optimal stationary cultivation conditions. I
Таким образом, при осуществлении предлагаемого способа устанавливают .оптимальный режим дробной подачи субстрата , который обеспечивает макси- мельную экономичность процесса при данных услови х культивировани и увеличивает выход на 7,3%.Thus, when implementing the proposed method, an optimum fractional feed mode of the substrate is established, which ensures maximum efficiency of the process under these cultivation conditions and increases the yield by 7.3%.
д рой зависит величина подаваемой-дозы и включает прокачивающее средство 17, посредством которого доза субст- рата подаетс на ферментер. От харакThe dose depends on the size of the delivered dose and includes pumping means 17, through which the dose of the substrate is fed to the fermenter. From harak
3535
Формула ИЗ обретени Formula FROM Gain
д рой зависит величина подаваемой-дозы и включает прокачивающее средство 17, посредством которого доза субст- рата подаетс на ферментер. От харак- Способ автоматического управлени циклическим процессом непрерывногоThe dose depends on the size of the delivered dose and includes pumping means 17, through which the dose of the substrate is fed to the fermenter. From character- A method of automatic control of the cyclic process of continuous
0 культивировани микроорганизмов, предусматривающий разделение потока подаваемого субстрата на основной и дополнительный, подаваемый дозами, регулирование подачи субстрата в ос5 новном и дополнительном потоках и воды и измерение скорости потреблени кислорода микроорганизмами, отличающийс тем, что, с целью повышени выхода биомассы, измер ют0 cultivation of microorganisms, which involves dividing the flow of the supplied substrate into the main and additional, supplied with doses, regulating the supply of the substrate in the main and additional flows and water, and measuring the rate of oxygen consumption by microorganisms, characterized in that, in order to increase the biomass yield,
0 обгщй расход подаваемого субстрата и определ ют количество кислорода и субстрата, потребл емые дл культивировани микроорганизмов, и их соотно- щение, а регулирование подачи субст5 рата в дополнительном потоке осуществл ют в зависимости от максимального значени интегральной величины соотношени количества кислорода, потребл емого дл культивировани микроорганизмов , к количеству субстрата, потребл емого дл культивировани 0 total consumption of the supplied substrate and determine the amount of oxygen and substrate consumed for the cultivation of microorganisms, and their ratio, and the regulation of the flow of the substrate in the additional flow is carried out depending on the maximum value of the integral value of the ratio of the amount of oxygen consumed for cultivation microorganisms, to the amount of substrate consumed for cultivation
микроорганизмов путем изменени частоты подаваемой дозы.microorganisms by changing the frequency of the delivered dose.
Редактор А.КозоризEditor A. Kozoriz
Составитель ГоБогачеваCompiler GoBogacheva
Техред Л.ОлийныкКорректор С.ШекмарTehred L.OliynykKorrektor S.Shekmar
Заказ 1116/21Order 1116/21
Тираж 500Circulation 500
ВНИИ11И Государственного комитета по изобретени м и открыти м при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушска наб., д. 4/5VNII11I State Committee for Inventions and Discoveries at the State Committee on Science and Technology of the USSR 113035, Moscow, Zh-35, 4/5 Raushsk nab.
Производственно-издательский комбинат Патент, г.Ужгород, ул. Гагарина,101Production and publishing plant Patent, Uzhgorod, st. Gagarin, 101
Подписное Subscription
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU874187084A SU1467085A1 (en) | 1987-01-28 | 1987-01-28 | Method of automatic control of cyclic process of continuous cultivation of microorganisms |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU874187084A SU1467085A1 (en) | 1987-01-28 | 1987-01-28 | Method of automatic control of cyclic process of continuous cultivation of microorganisms |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
SU1467085A1 true SU1467085A1 (en) | 1989-03-23 |
Family
ID=21282784
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU874187084A SU1467085A1 (en) | 1987-01-28 | 1987-01-28 | Method of automatic control of cyclic process of continuous cultivation of microorganisms |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
SU (1) | SU1467085A1 (en) |
-
1987
- 1987-01-28 SU SU874187084A patent/SU1467085A1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Авторское свидетельство СССР № 1419153, кл. С 12 Q 3/00, 1986. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Sonnleitner et al. | Growth of Saccharomyces cerevisiae is controlled by its limited respiratory capacity: formulation and verification of a hypothesis | |
Grosz et al. | Physiological, biochemical, and mathematical studies of micro‐aerobic continuous ethanol fermentation by Saccharomyces cerevisiae. I: Hysteresis, oscillations, and maximum specific ethanol productivities in chemostat culture | |
US20040091954A1 (en) | Novel feeding processes for fermentation | |
JP2008178344A (en) | Method and apparatus for cell culture | |
US4306026A (en) | Process for culturing cells | |
US3384553A (en) | Method and equipment for aerobic fermentation on liquid culture mediums | |
SU1467085A1 (en) | Method of automatic control of cyclic process of continuous cultivation of microorganisms | |
Edwards et al. | Extended culture: the growth of Candida utilis at controlled acetate concentrations | |
CN111893145A (en) | Novel intelligent lysine biological fermentation method | |
Ko et al. | A metabolic model of cellular energetics and carbon flux during aerobic Escherichia coli fermentation | |
Regan et al. | Response of continuous cultures to stimuli in glucose feed rate and dilution rate | |
Hare et al. | Continuous-dilution method for the mass culture of synchronized cells | |
CN102304553A (en) | Method for producing L-threonine | |
EP2162527A1 (en) | Method for fermenting cell cultures | |
LT6395B (en) | Automatic control system for growth rate of microorganisms | |
SU1346676A1 (en) | Method of automatic control for process of yeast cultivation | |
SU1684341A2 (en) | Method of automatic control of microorganism growth process | |
JPH04234981A (en) | Method for high-density culture of bacillus subtilis and apparatus for culture | |
JP2013179868A (en) | Culture method of microorganism | |
SU810801A1 (en) | Method of automatic control of microorganism culturing process | |
RU2814489C2 (en) | Optimization of fermentation processes | |
RU2248399C1 (en) | Method of automatically governing biotechnological process | |
SU981966A1 (en) | Fermentation periodic process automatic control method | |
SU662580A1 (en) | Method of automatic control of microorganism growing process | |
SU1390243A1 (en) | Method of checking and regulating aerobic fermentation processes |