Способ автоматического управления циклическим процессом непрерывного культивирования микроорганизмов

/О 4 С Ю 2 а,"и ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН предусматривает регулирование подачисубстрата в основном и дополнительном потоках и подачу воды в ферментер в зависимости от уровня измерений,скорости потребления кислорода мик"роорганизмами и расход подаваемогосубстрата. Устанавливают количествкислорода и субстрата, потребляемодля культивирования микроорганизмов,по соотношению этих параметров определяют интегральный показатель эконо"мичности процесса, при этом подачусубстрата в дополнительном потокеосуществляют импульсными дозами, причем в реальном масштабе времени ведутпоиск максимального значения интеого СР 6. грального показателя экономичностипроцесса путем управления частотойподаваемых доз в дополнительном потоке. Способ позволяет по сравнению с Спрототипом синхронизировать процессбиосинтеза микроорганизмов импульснойподачей субстрата, более рациональноиспользовать субстрат и еличитьвыход биомассы в среднем 7,3 Е.1 ил. сти к способам а равления процессами н тивирования микроорг быть использовано, на одстве кормовых дрожж ения является увелич ассы. Способ автома ения циклическим пр ого культивирования ув на бретение относится ской промышленност пособам автоматиче к микробиов частноского управного культи, и можетмер, при жжей,еличение выСпосоПри нмикрооргсубстратпроцесс оги ти к ение оват лен процессами непрерыв ания микроорганизмов использовано, напри на вирбыт но испол чивает э этом цел личество увелиПри прои Цводстве кормовых дель изобретения - убиомассы. сса.ь так ое. к иост од ГОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЦТИПРИ ГКНТ СССР д ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Каунасский политехнический институт им, Антанаса Снечкуса(56) Авторское свидетельство ССМф 1419153, кл. С 12 Я 3/00, 198(54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛРНИЯ ЦИКЛИЧЕСКИМ ПРОЦЕССОМ НЕПРЕРЫВГО КУЛЬТИВИРОВАНИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ(57) Из обр етение от носится к микро ологической промышленности, в част оматического упепр ерывного кульанизмов, и может пример,при произей. Целью изобреение выхода биотического управоцессом непрерыв- микроорганизмов заключается в следую прерывном культивиров низмов импульсное введ позволяет синхронизир иосинтеза и более раци ьзовать субстрат, что ономичность проце есообразно вводит субстрата, которое пол.о с 1 У.т 10,.8 о 1О где Т Т потребляется клетками в течецие однойгенерации, а частота следования вводимых доз приблизительно равц периоду генерации. Субстрат потребляетсяболее рационально, кОгда доза субстрата вводится не импульсно, а последовательно, с некоторой скоростью подачи. Для каждого процесса культивирования существует оптимальный режимдробной подачи субстрата (характерныепараметры - величина дозы и скорость,ее подачи, частота следования подаваемых доз), который обеспечивает желаемые показатели процесса культивирования, например максимальную эконо:мичность процесса. Иэ-за нестационарности процесса заранее можно толькоприблизительно установить значения,этих параметров. Уточнить их можнопутем поиска максимальной экономичности процесса в реальном масштабе времени. При осуществлении данного способа величину дозы субстрата и скорость ее подачи устанавливают экспериментально, поддерживая частоту следования подаваемых доз, равную среднему периоду деления культивируемых клеток при оптимальных стационарных условиях культивирования. Подбирают величину дозы субстрата и скорость ее подачи такими, чтобы обеспечить максимальную экономичность процесса. Для выбранной величины дозы и оптимальной скорости ее поДачи в реальном масштабе времени ведут дальнейший поиск максимальной экономичности процесса путем управления частотой подаваемых доз. Для этого необходимо непрерывно по ходу про цесса устанавливать экономичцость процесса.0 экономичности процесса можцо судить по интегральному показателю интегральный показательэкономичности процесса,скорость потребления кислорода микроорганизмами;расход подаваемого субстрата;концентрация входного субстрата,период интегрирования,5 10 15 20 25 ЗО 35 40 Д 50 55 так как количество потребляемого кислорода пропорционально приросту биомассы,Поэтому частотой подаваемых дозсубстрата управляют такгп образом,ятобы максимизировать интегральныйпоказатель экономичности процесса.На чертеже изображена система, реализующая предлагаемый способ.Система состоит из ферментера 1,контура регулирования подачи субстрата по основному потоку, включающегодатчик 2 расхода, связанный через регулятор 3 с исполнительным механизмом4, установленным на линии подачисубстрата, контура регулирования уровня среды в ферментере, включающегодатчик 5 уровня, регулятор 6 и исполнительный механизм 7 на линии подачиводы на разбавление и контура регулирования подачи субстрата дискретныхдоз субстрата, включающего датчик 8скорости потребления микроорганизмами,. выход которого через интегратор9 подключен к первому входу блока 10деления, датчик 11 расхода подаваемого субстрата, выход которого черезинтегратор 12 и блок 13 умноженияподключен к второму входу блока 10деления, а выход последнего черезэкстремальный регулятор 14, программный таймер 15 и реле 16 времени соединен с прокачивающим средством 17.Кроме того, схема содержит блок 18синхронизации, выход которого соединен с интеграторами 9, 12 и блоком10 деления, и задатчик 19 концентрации входного субстрата, который связан с блоком 13 умножения,Система работает следующим образом,Контур регулирования подачи субстрата, состоящий из датчика 2 расхода,регулятора 3 и исполнительного механизма 4, установленного ца линии подачи субстрата по основному потоку,обеспечивает поддержание Фоновой концентрации субстрата в фермецтере, необходимой для поддержания жизнедеятельности микроорганизмов в интервалах времени между завершением сбраивация предыдущей дозы до подачи следующей дозы субстрата, т,е. для устранения глуГокого лимита по субстрату, Количество непрерывно подаваемого субстрата - это количество субстрата, потребляемого для поддержанияжизнедеятельности микроорганизмов призаданных условиях культивирования,5 146708Контур регулирования подачи дискретных доз субстрата по дополнительному потоку обеспечивает поиск максимальной экономичности процесса путем управления частотой подаваемых доз.Датчиком 8 измеряется скорость потребления кислорода микроорганизмами. Сигнал датчика 8 подается на интегратор 9, в котором подсчитывается количество кислорода, потребляемого для культивирования микроорганизмов за заданный период времени. Сигнал с выхода интегратора 9, пропорциональный количеству приросшей биомассы, подается на первый вход блока 10 ,целения, Также датчиком 11 измеряет- ся расход подаваемого субстрата. Сиг" нал датчика 11 подается на интегратор20 12, в котором подсчитывается количество потребляемой субстратной жидкости за заданный период времени. Периоды интегрирования интеграторов 9 и 12 равные. Сигнал с выхода интегратора 12 поступает на блок 13 умножения, в котором умножается на сигнал концентрации входного субстрата, задаваемкй задатчиком 19, и с выхода блока умножения сигнал, пропорциональный30 количеству потребляемого субстрата, подается на второй вход блока 10 деления, в котором определяется отношение количества кислорода к количеству субстрата, т.е. интегральный показатель экономичности процесса. Рабо- З 5 той интеграторов 9, 12 и блока 10 деления управляет блок 18 синхронизации, который задает период интегриро- вания.1 40 45 50 55 После окончания этого периода блок 18 синхронизации Формирует управляющий сигнал, по которому сигналы интегральной суммы с выходов интеграторов 9 и 12 подаются на блок 10 деления, осуществляя сброс интеграторов и запуск блока деления. Время интегрирования зависит от инерционности процесса и равно целому числу периодов подаваемых доз (например, изменение частоты подаваемых доз вызывает переходной процесс, после завершения которого устанавливается новое значение интегрального показателя экономичности процесса, время интегрирования - это время переходного процесса). Сигнал периодичности подаваемых доз подается на блок 18 синхронизации с выхода таймера 15. Сигнал с вы 5 6хода блока 10 деления, характеризующий экономичность процесса, подаетсяна экстремальный регулятор 14. Экстремальный регулятор управляет работойпрограммного таймера 15, посредствомкоторого задается частота следованияподаваемых доз субстрата, Экстремальный регулятор 14 осуществляет поискмаксимального значения интегральногопоказателя экономичности процесса путем коррекции частотой подаваемыхдоз. По сигналу таймера 15 срабатывает реле 16 времени, от выдержки которой зависит величина подаваемой дозы,и включает прокачивающее средство17, посредством которого доза субстрата подается на ферментер. От характеристики прокачивающего средства зависит скорость подачи дозы субстрата.Величина подаваемой дозы и скоростьее подачи устанавливаются экспериментально для данного процесса. Начальная частота подаваемых доз равнасреднему периоду деления культивируемых клеток при оптимальных стационарных условиях культивирования.1 Таким образом, при осуществлении предлагаемого способа устанавливают оптимальный режим дробной подачи суб страта, который обеспечивает максимельную экономичность процесса при данных условиях культивирования и увеличивает выход на 7,37 Формула изобретения Способ автоматического управления циклическим процессом непрерывного культивирования микроорганизмов, предусматривающий разделение потока подаваемого субстрата на основной и дополнительный, подаваемый дозами, регулирование подачи субстрата в основном и дополнительном потоках и во" ды и измерение скорости потребления кислорода микроорганизмами, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения выхода биомассы, измеряют общий расход подаваемого субстрата и определяют количество кислорода и субстрата, потребляемые для культивирования микроорганизмов, и их соотношение, а регулирование подачи субстрата в дополнительном потоке осуществляют в зависимости от максимального значения интегральной величины соотношения количества кислорода, потребляемого для культивирования микроор1467085 ганизмов, к количеству субстрата, потребляемого для культивирования Ьель Г.БогачЛ.Олийнык. Козори Коррект 1 екм едакт Тираж 500 Подписи митета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССсква, Ж, Раушская наб., д, 4/5 Производственно-издательский комбинат Патент , г,ужг л. Гагарина,101 Заказ 1116/2 ВНИИПИ Госуд венного 113035,СостаТехред микроорганизмов, путем изменения частоты подаваемой дозы.