Способ определения скорости потребления кислорода микроорганизмами

 

Изобретение относится к способам контроля параметров процесса культивирования и направлено на повышение точности определения скорости поглощения кислорода микроорганизмами. В процессе культивирования микроорганизмов в ферментере создают режим замкнутой аэрации путем отключения внешней аэрации и циркуляции газовой фазы ферментера через культуральную жидкость. В этих условиях измеряют скорость изменения парциального давления растворенного кислорода (DP:DT)<SB POS="POST">I</SB>.Затем аэрацию полностью отключают и измеряют скорость изменения парциального давления растворенного кислорода (DP:DT)<SP POS="POST">II</SP>, а скорость потребления кислорода микроорганизмами вычисляют по формуле Q=-(DP:DT): RT(V:V<SB POS="POST">г</SB>) [1+(DP:DT)<SB POS="POST">I</SB>:(DP:DT)<SB POS="POST">II</SB>], где Q - скорость потребления кислорода микроорганизмами, ммоль/л.мин

V<SB POS="POST">I</SB>V<SB POS="POST">г</SB> - объемы жидкой и газовой фаз, л

R - универсальная газовая постоянная л. атм/ ммоль.град

Т -абсолютная температура,град. 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

m4 С 12 Q 3/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

dP

dt La

К (P-P) -QH т где Ри

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

AO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4268237/28-13 (22) 25.06,87 (46) 15,05.89, Бюл. И 18 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт прикладной микробиологии (72) В.Б.Бабцов и С.В,Попова (53) 663,1 (088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

11 958495, кл. С 12 N 1/ОО, 1981. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТИ ПОТРЕБЛЕНИЯ КИСЛОРОДА МИКРООРГАНИЗМАМИ (57) Изобретение относится к способам контроля параметров процесса культивирования и направлено на повьппение точности определения скорости поглощения кислорода микроорганизмами, В процессе культивирования микроорганизмов в ферментере создают режим

Изобретение относится к технической микробиологии и может быть использовано для контроля параметров процесса культивирования микроорга". низмов

Цель изобретения — повьппение точности определения скорости поглощения кислорода микроорганизмами.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем, Изменение парциального давления кислорода в культуральной жидкости определяется соотношениями процессов

его потребления культурой микроорганизмов и транспорта кислорода из газовой фазы в жидкость

„„SU„„1479519 А 1 замкнутой аэрации путем отключения внешней аэрации и циркуляции газовой фазы ферментера через культуральную жидкость ° В этих условиях измеряют скорость изменения парциального давления растворенного кислорода (dp:dt).

Затем аэрацию полностью отключают и измеряют скорость изменения парциального давления растворенного кислорода (dP:ЙТ)п, а скорость потребления кислорода микроорганизмами вычисляют по формуле Q = — (dP;dT):RT(V:V„) х х (1 + (йР:йТ) (dP;dt) где Q— скорость потребления кислорода микроорганизмами, ммоль/л мин, V, Чг объемы жидкой и газовой фаз, л1 RЖ универсальная газовая постоянная, л атм/амаль гран; Т вЂ” абсолютная тем- (/) пература, град. 1 табл.

С::

P - парциальные давления

r кислорода в жидкой и газовой фазах соответственно, атм — коэффициент массообмена

-! по кислороду, мин — скорость потребления кислорода, ммоль/л мин; — константа Генри,л атм/ммоль

Для определения скорости потребления кислорода сначала создают режим замкнутой аэрации, при которой отключают внешнюю аэрацию и осуществля3 1 47951 9 т ют аэрацию путем циркуляции газовой фазы, находящейся в ферментере через кулътуральную жидкость, Для процесса замкнутой аэрации можно, записать уравнение материального баланса

m4- m m„+ m + QVgtр (2) где ш, lm0 - количество кислорода в газовой .и жидкой фазе со- 0 ответственно в начале процесса замкнутой аэрации, ммоль;

m m - количество кислорода в газовой и жидкой фазе че- 15 реэ время ht ммоль.

Из уравнения Менделеева-Клайперона находим

В этом случае уравнение (1) принимает ваап (— -) =-QH

ЙР (7)

dt

Индекс II у производной обозначает режим отключенной аэрации. Из уравнений (б) и (7) получаем выражения для расчета скорости потребления кислорода микроорганизмами Я и константы Генри Н

1Р V Г dP

Q=-(— -) /RT — i1+ (— -) /

dt z Ч, dt

/(— — ) (8)

dP

dt. n

Н = (— -) /О (9)

dP

dt, п

Пример 1, Культуру Bacillus Ьиг пя1епв з культивируют в периоди ческом режиме в аэробных условиях на осветленной питательной среде, содержащей ферментативный гидролизат

БВК и солир 7» CaC1 1ó5ó, Мс С1 31 4пС1 0,3; МАМБО 0,3; Еп$0 0,2 при о

30 С в.ферментере, Объем культуральной жидкости Ч, 1,50 л, объем газовой фазы с учетом подводящих трубок

V„ 2,18 л.

В таблице представлены значения скорости потребления кислорода и константы Генри в разные моменты роста культуры, рассчитанные по формулам.

При замкнутой аэрации разность температур .щдкой и газовой фаз не прео вышала 1 С, объемы определены с точ-, ностью до 0,57. Погрешность при расчете величины О с учетом погрешности в определении температуры, отношений объемов и погрешности в определес1Р dp нии (- — ) и (— -) составляет 3-5Ж.

dt ? dt П

Определение скорости потребления кислорода микроорганизмами осуществляют по формуле

Vr 1 dP Г dP () /Г1 +

V RT dt 2 dt (3) P = С RT = — RT

r r Ч„. 20

/(д )„). (10) о тключают. где Р— давление кислорода в газог вой фазе, атм

С„- концентрация кислорода в газовой фазе, ммоль/л; 25

R — универсальная газовая посто-. янная л атм/ммоль град;

Т - абсолютная температура, град, Из уравнения Генри находим.

С =

m P (4)

V Н где С вЂ” концентрация кислорода в жидкости, ммоль/л.

Выразив Р> и Р иэ уравнений (2-4) и подставив в уравнение (1), получаем

dP m + шд V RT — = К - — - RT — P(l + — — )dt " Vr 7 Н

-Q — RT6t — QH .

V (5) г

В установившемся режиме при замкнутом цикле аэрации можно положить d Р йе — — = 0 и из уравнения (5) получаем

Vr 1 ЙР V RT

Q= (") (1+ )2

V RT dt е V„H где V и Ч вЂ” объемы жидкой и газоф вой фаз ферментера соответственно, а инденкс I у производной означает режим замкнутой аэрации, После проведения процесса культивирования в режиме замкнутой аэрации в течение времени, достаточном .чтобы определичь (-Y аэрацию полностью

dP

Иt z

Ошибка при расчете величины Q по известному способу может достигать 200Х за счет того, что пренебре,гают изменением растворимости кисло-. рода в культуральной жидкости в про- . цессе культивирования, Формула изоб рв тения

Способ определения скорости потребления кислорода микроорганизмами, dP, dP (- ) и (--) — скорости уменьше"

dt i dt ния парциального давления растворенного кислорода в режимах замкнутой аэрации и отключения аэрации соответственно, 10

К6нстанта

Генри. Н л а тм/ммоль

Скорость потребления кислорода, Q, ммоль/л мин

Время куль тив ироваиия, ч

0,24

0,24

ОЭ17

0,08

0,29

0,42

7,5

8,0

9,0

1О, 25

1095 !

5 2

0,06

0,07 .О 19

0,37

0,30

О 08 где Q — — скорость потребления кислорода, ммоль/л мин;

Составите ль Н.Алкеев

Техред Л.Сердюкова Корректор М.Васильева

Редактор M Недолуженко

° Заказ 2505/26,Тираж 501 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент" » r.Óæãîðîä, ул. Гагарина,101

5 14 предусматривающий их культивирование в аэробных условиях, отключение аэрации, измерение скорости уменьшения парциального давления растворенного кислорода и вычисление скорости потребления кислорода микроорганизмами, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, перед отключением аэрации осуществляют saмкнутую аэрацию путем принудительной циркуляции газовой фазы.ферментера через культуральную жидкость без газообмена с внешней средой, измерение в этих условиях скорости уменьшения парциального давления растворенного кислорода, а Йычисление скорости потребления кислорода микроорганизмами осуществляют по формуле

7951 9 6

7и V< — объемы жидкой и газовой фаэ ферментера соответственно, л;

R — универсальная газовая постоянная,л-атм/моль град, Т вЂ” абсолютная температура, p j