Способ автоматического управленияпериодическим процессом выращи-вания аэробных микроорганизмов

ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ИЯ819799 Союз СоветскикСоциалистииескикРеспублик К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(51) М. Кл, з 1) 2769236/28-13 2) Заявлено 23 б 05 Р 27/00-соединением за сударстввииый исмитет СССР о делам иэабретеиий.81. Бюллетень1я описания 17.04.81 Опубликовано 07.0 Дата опубликован крыти Лубенцов, Я. А, Ханукаев и Ю. Г. Колпиков(71 ител 1щ4) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПЕРИОДИЧЕСКИМПРОЦЕССОМ ВЫРАЩИВАНИЯ АЭРОБНЫХ МИКРООРГАНИЗМОВ осит ости омат ическ Изобретение отн ся к микробиологической промышленн и может быть использовано при авт ическом управлении процессом период ого выращивания микроорганизмов.Известен способ автоматического управления процессом выращивания микроорганизмов, предусматривающий измерение температуры питательной среды и изменения подачи хладагента в зависимости от соотношения расходов воздуха, поступающего на аэрацию, и хладагента, причем это соотношение корректируют в зависимости от температуры питательной среды в аппарате 1.Недостатком данного способа является то, что он не учитывает концентрацию растворенного кислорода и углекислого газа, которые достоверно характеризует процесс периодического выращивания и в конечном итоге не обеспечивает максимального выхода целевого продукта.Наиболее близким техническим решением является способ автоматического управления процессом периодического выращи ния аэробных микроорганизмов, заключа щийся в подаче воздуха на аэрацию в висимости от концентрации углекислого газа в отработанных газах, если расход выделившегося углекислого газа больше заданного значения, и в подаче воздуха на аэрацию в зависимости от концентрации растворенного кислорода в культуральной жидкости, если расход выделившегося углекислого газа в отработанных газах меньше заданного 2.Недостатком данного способа являетсянизкое качество процесса управления в свя О зи с тем, что заданное пороговое значениеколичества выделяющегося в процессе углекислого газа, устанавливаемое перед началом процесса выращивания микроорганизмов, не является в общем случае оптимальным и зависит от вида выращиваемых микроорганизмов, физико-химических условиях среды культивирования, воспроизводимости условий выращивания и конструктивных параметров аппарата, в связи с чем подача воздуха на аэрацию осуществляет ся не на оптимальном уровне, что приводитк снижению выхода целевого продукта,Целью данного изобретения являетсяповышение выхода целевого продукта,Поставленная цель достигается тем, чтоопределяют значение и знак производной концентрации растворенного кислорода в культуральной жидкости, при этом регулирование подачи воздуха на аэрацию в зависимости от концентрации углекислого газа в отработанных газах осуществляют при отрицательном знаке производной концентрации растворенного кислорода, а регулирование подачи воздуха на аэрацию в зависимости от концентрации растворенногокислорода осуществляют при равенстве нулю и положительном знаке производной концентрации растворенного кислорода.На чертеже схематично изображена блоксхема устройства, реализующего предложенный способ автоматического управления периодическим процессом выращивания аэробных микроорганизмов,Устройство содержит аппарат 1, газоанализатор 2 концентрации углекислого газа,связанный с регулятором 3, служащим длястабилизации концентрации углекислого газа и подключенным к переключающему реле 4, датчик 5, служащий для измерения концентрации растворенного в культуральной жидкости кислорода - рО, связанный с регулятором 6 и блоком дифференцирования 7. подключенным к логическому блоку 8, связанному с переключающим реле 4, с которым также связан регулятор 6; датчик 9 расхода воздуха, связанный с регулятором 10 стабилизации расхода воздуха на аэрацию, подключенным к исполнительному механизму 11 и связанным с переключающим реле 4, датчик 12 температуры, связанный с регулятором 13, выход которого подключен к исполнительному механизму 14, датчик 15, измеряющий давление в аппарате 1 и связанный с регулятором 16, выход которого подключен к исполнительному механизму 17.На начальной стадии развития - на стадии адаптации микроорганизмов - концентрация углекислого газа в отработанных газах незначительна в связи с отсутствием выделения углекислого газа микроорганизмами и на выходе газоанализатора 2 сигнал близок к нулю. Этот сигнал поступает на регулятор 3, сигнал на выходе которого в рассматриваемом случае отсутствует и далее на. переключающее реле 1, при этом последний коммутирует сигнал с регулятора 6 концентрации растворенного в культуральной жидкости кислорода на регулятор 10 расхода воздуха. На указанной стадии микроорганизмы приспособливаются к условиям окружающей среды обитания и практически не размножаются, в связи с чем потребность в кислороде невелика и подача воздуха в зависимости от концентрации растворенного в культуральной жидкости кислорода является достаточной, т. е. потребность микроорганизмов в кислороде на стадии адаптации обеспечивается количеством воздуха, необходимого для поддержания концентрации растворенного кислорода на постоянном уровне.При постоянном значении концентрациирастворенного в культуральной жидкостикислорода, измеряемого датчиком 5, ско рость изменения концентрации растворенного кислорода, измеряемая с помощью блока дифференцирования 7, равна нулю и сигнална выходе логического устройства 8 отсутствует, при этом переключающее реле 4 коммутирует сигнал с регулятора 6 концентрации растворенного в культуральной жидкости кислорода на регулятор 10 расхода воздуха. В этом случае осуществляется подача воздуха на аэрацию в зависимости от концентрации растворенного в культуральной 1 д жидкости кислорода.Концентрация растворенного в культуральной жидкости кислорода измеряется датчиком 5 и определяет соответствующее значение сигнала на выходе регулятора 6, Регулятор 10 формирует результирующее зовоздеиствие, изменяющее поток аэрируюнщего воздуха при помощи исполнительного механизма 11.Начало размножения вегетативных клеток характеризуется понижением концентрации растворенного в культуральной жидкости кислорода, что обуславливает отрицательный знак производной рО, и выделением углекислого газа, при этом его концентрация в отработанных газах увеличивается, что воспринимается газоанализатором 2 и ЗО вызывает возрастание его выходного сигнала,Дальнейшая подача воздуха на стадииинтенсивного развития микроорганизмов в зависимости от рО является нецелесообразной в связи с тем, что конценграция растворенного кислорода на этой стадии не отражает действительную потребность микроорганизмов в кислороде.Понижение концентрации растворенногокислорода воспринимается датчиком 5 и вызывает появление сигнала на выходе блока 40 дифференцирования 7. Снижение концентрации растворенного кислорода обуславливает отрицательный знак производной на выходе блока дифференцирования 7. В связи с чем логический блок 8 выдает управляющий сигнал, воздействующий на переключаю щее реле 4.В этом случае переключающее реле 4коммутирует на регулятор 10 сигнал с регулятора 3 концентрации углекислого газа.При этом осуществляется подача воздухана аэрацию в зависимости от концентрацииуглекислого газа в отработанных газах. При увеличении концентрации углекислого газа в отработанных газах в связи с интенсивным развитием микроорганизмов происходит возрастание сигнала на выходе регуля тора 3 концентрации углекислого газа, который поступает на регулятор 10, где формируется результирующее воздействие, направленное на увеличение потока аэрирующего воздуха с помощью исполнительногомеханизма 11.Понижение концентрации выделяющегосяуглекислого газа характеризует снижениескорости развития микроорганизмов, которое сопровождается понижением содержания растворенного кислорода в культуральной жидкости. В свою очередь, повышение концентрации рОв культуральной жидкости означает повышение скорости изменения концентрации растворенного кислорода,измеряемой с помощью блока дифференцирования 7. При положительном знаке производной изменения рО, логический блок 8выдает управляющий сигнал, воздействующий на переключение реле 4. В этом случаепереключающее реле 4 коммутирует на регулятор 10 сигнал с регулятора 6 концентрации растворенного в культуральной жидкости кислорода.При этом осуществляется регулированиеконцентрации растворенного в культуральной жидкости кислорода,Подача воздуха в зависимости от концентрации рОа осуществляется и в том случае, когда вследствие дальнейшего снижения скорости развития микроорганизмов скорость изменения рОуменьшается и становится равной нулю, а в культуральной жидкости устанавливается определенный уровень рО При этом переключающее реле 4продолжает коммутировать на регулятор 10сигнал с регулятора 6 концентрации растворенного в культуральной жидкости кислорода, обеспечивая регулирование его концентрации. Стабилизация температуры и давления в аппарате 1 осуществляется соответственно с помощью регуляторов 13, 16 и исполнительных механизмов 14, 17, воздействующих на подачу хладагента в рубашку аппарата 1 и сброс отходящего воздуха. Использование предлагаемого способадля автоматического управления периодическим процессом выращивания аэробных микроорганизмов по сравнению с известным способом повысит качество управле ния, за счет чего обеспечивается повышениевыхода целевого продукта на 4 О/,.Кроме того, применение этого способа позволит сократить расход стерильного воздуха на 8 - 10/О.10формула изьбретения Способ автоматического управления процессом периодического выращивания аэроб ных микроорганизмов, заключающийся встабилизации температуры и давления в аппарате и в регулировании подачи воздуха на аэрацию в зависимости от концентрации углекислого газа в отработанных газа и от концентрации растворенного кислорода в 0 культуральной жидкости, отличающийсятем, что, с целюповышения выхода целевого продукта, определяют значение и знак производной концентрации растворенного кислорода в культуральной жидкости, приэтом регулирование подачи воздуха на аэрацию в зависимости от концентрации углекислого газа в отработанных газа осуществляют при отрицательном знаке производной концентрации растворенного кислорода, а регулирование подачи воздуха на аэрацию в за висимости от концентрации растворенногокислорода осуществляют при равенстве нулю и положительном знаке концентрации растворенного кислорода.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе ф 1. Авторское свидетельство СССР602541, кл. С 12 В 1/08, 1976.2. Авторское свидетельство СССР535340, кл. С 12 В 1/08, 1974.Составитель Г. Богачева Редактор О. Иванова Техред А. Бойкас Корректор М. Демчик Заказ 1329/28 Тираж 940 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж - 35, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4