Способ непрерывного автоматического определения концентрации глюкозы в процессах культивирования микроорганизмов

о,907066 Сов э СоветскнкСоцнапнстнческнкРесмубпнк ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУм. Кл. С.Зг Н 1/00 Ркуаарстваеый кемктет СССР ао делан изабрвтеикЯ и аткрцткЯ(72) Авторы изобретения Всесоюзный научно-исследовательский инстит т антибиотиков(54) СПОСОБ НЕПРЕР 11 ЕВНОГО АВТОМАТИЧЕСКОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ГЛЮКОЗЫ В ПРОЦЕССАХ КУЛЪТИБИРОБАНИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ Изобретение относится к бродильнымпроизводствам, а именно к способами аппаратуре для контроля параметровмикробиологического синтеза, и сможет найти применение при автоматическом контроле и регулировании кон 5центрации глюкозы при культивировании бактерий, продуцентов антибиотиков, дрожжей, ферментов, аминокислот,а также в других бродильных произ 10водствах.Известен способ непрерывного автоматического определения концентра.ции глюкозы в культуральной жидкости в процессе культивирования микЗроорганиэмов, предусматривающийизмерение величины концентрации растворенного кислорода в ферментноймембране 1 .Однако известный способ не обес"печивает достаточной точности определения.Цель изобретения - повышение точности. Указанная цель достигается тем, что при осуществлении способа непрерывного автоматического определения концентрации глюкозы в культуральных жидкостях в процессах культивирования микроорганизмов, предусматривающего измерение величины концентрации растворенного кислорода в ферментной.мембране, дополнительно определяют величину концентрации растворенного кислорода в культуральной жидкости, устанавливают разницу между измеренными величинами, добавляют периодически заданную дозу глюкозы и определяит отношение приращения разницы величин концентраций растворенного кислорода в культуральной жидкости и в фермент" ной мембране к заданному приращении концентрации глюкозы, а концентрацию глюкозы в культуральной жидкости устанавливают по полученному отношению и разности между величинами концентраций растворенного ки 907066слорода в культуральной жидкостии в ферментной мембране.Способ заключается в том, что вфермент устанавливается датчик парциального давления растворенногокислорода, измеряющий концентрациюрастворенного кислорода в культуральной жидкости, и глюкозочувствительный ферментный электрод с кислородным детектированием, измеряющий концентрацию растворенного кислородав ферментной мембране, Сигналы отдатчиков поступают на устройство,где автоматически производится ихвычитание. Процедура измерения разницы показаний осуществляется непрерывно автоматически, а измеряемаявеличина регистрируется на диаграмме самопишущего прибора. Зависимостьмежду разницей показаний электродови концентрацией глюкозы - линейнаяв широком диапазоне концентрации глюкозы, определяемым чувствительностьюферментной мембрань. При нулевойконцентрации глюкозы разность показаний электродов равна нулю,Для нахождения крутизны градуировочной зависимости в ферментер периодически добавляют заданную дозу раствора глюкозы, При этом концентрация глюкозы в среде быстро изменяется на известную величину, которую заранее вычисляют. На диаграмме записи разницы показаний электродов фиксируется приращение, соответствующее заданному изменению концентрации глюкозы в культуральной жидкости. После этого скачка разница показаний постепенно снижается за счет потребления глюкозы микроорганизмами. Крутизну градиуровочной зависимости определяют как отношение приращения разницы величин концентраций растворенного кислорода в культуральной жидкости в ферментной мембране к заданному приращению концентрации глюкозы в культуральной жидкости. Уточнение крутизны градиуровочной зависимости проводят периодически с интервалом, зависящим от скорости ее дрейфа.Определение концентрации глюкозы в культуральной жидкости производят непрерывно путем деления ве;личины разницы показаний электродов ,на величину крутизны градиуровочной зависимости. Одним из вариантов осуществленияспособа является компенсация дрейфа крутизны градуировочной характеристики с помощью регулировки коэффициента усиления измерительной схемы вторичного прибора. При этомопределение концентрации глюкозы производят непрерывно только по величине разницы концентраций растворен О ного кислорода в культуральной жидкости и в ферментной мембране, адрейф крутизны градуировочной характеристики периодически компенсируют регулировкой коэффициента уси ления. Процедура добавления заданнойдозы глюкозы и компенсации дрейфаградуировочной характеристики может быть легко автоматизирована.П р и м е р. Измерение концентра ции глюкозы в ферментере при выращивании культуры 5 Ь. Г 1 ехпег 1 2 а.В лабораторном ферментере емкостью60 л осуществляют культивирование5 Ь, Г 1 ехпег 1 2 а на среде Хотингера 25 с непрерывным дозированием 407.-ного раствора глюкозы со скоростью50 мл/ч, начиная с 3-х ч от началаферментации.В аппарате непрерывно производят Зо измерение парциального давления растворенного кислорода мембранным электродом гальванического типа и показаний глюкозочувствительного ферментного электрода с кислороднымдетектированием. Вычитание сигналовот электродов производят на операционном усилителе, при этом непрерывно измеряют разницу показанийэлектродов самопишущим потенциометром с диапазоном измерения 0-100 мВи фиксируют на диаграмме с равнопроцентным масштабом,Перед загрузкой определяют коэф фициент пропорциональности градуировочной характеристики (крутизну), который составляет 20 делений шкалы на О,О 1 Е глюкозы, т.е, вся шкала самопишущего прибора составляет 5 О О-Ор 05 Е глюкозы.Через час после посева измеряемыйсигнал на диаграмме самопишущего прибора соответствовал 78 делениям, Затем в ферментер подают фиксированную дозу 507.-ного раствора глюкозы, равную 6 мл, При подаче этого количества раствора глюкозы ее кон6 6составляла 20 делений щклпы на 0,013 глюкозы,Через два часа вновь подают Фиксированную дозу "503-ного раствора глюкозы, изменяющую концентрацию глюкозы в среде на 0,013. При этом приращение соответствует 18,5 деленил на 0,013, а коэффициент пропорциональности градуировочной зависимости, составляющий 18,5 делений на 0,0 Х, вновь корректируют до ве" личины 20 делений на 0,0 Х. Проверку и корректировку коэффициента пропорциональности градуировочной зависимости производят каждые 2 ч.Результаты испытаний представлены в таблице. Концентра ция глюко зы по гра дуировочной харак теристикеХ Концентрацияглюкозы,определенная химическимметодом(глюкозооксидазным) Показания самописца деления диаграм мы Расходподаваемого рН Парци- альное Количество клеВремя от на, чала фермен тации,ч давление растворенного кислорода, Х насыще- ния ток,млн/мл Воздухафл/мин 20 0 07 71 78 0,042 0,038 О,ОЗг 0,041 0,036 0,029 99 19 104 18 0,7 7,2 72 59 0,7 7,2 52 42 2,2 7,2 66 4 З . 2,7 7,2 5 З 56 2,7 7,2 48 37 3,2 7,2 35 504 18,5 680 0,033 0,034 6720 0,026 0,025 0,028 0,024 0,019 0,05 9 10480 1200 0,011 18,5 29000 718 0,06 46 5 3323 Использование изобретения обеспе- имости продукта на ЗЗ и даст годочивает возможность оптимального вве- вой экономический эффект 200 тыс. руб. дения процессов биосинтеза и позволит увеличить выход целевого продукта и снизить затраты дорогостоящего Формула изобретенияглюкозного субстрата, например припроизводстве пенициллина, что повлечет на собой повышение выхода антибиотика на 43 и снижение себестоСпособ непрерывного автоматического определения концентрации глюкозы в 5 90706 центрация в культуральной жидкости из расчета на 30 литров среды в аппарате изменилась на 0,013, а приращение измеряемого сигнала составило 19 делений. По полученным данным определяют коэффициент пропорциональности градуировочной характеристики, который составил 19 делений на 0,013 глюкозы. По найденному коэффициенту пропорциональности уточ няют концентрацию глюкозы в аппарате, которая в этот момент составляла 0,0413, а по шкапе прибора равна 0,0397. Корректировку коэффициента пропорциональности произ водят с учетом полученных значений таким образом, чтобы его величина Коэффициент пропор- ционапьности гра- дуировочной харак теристики деления диаграьиы на 0,01 Ж907066 Составитель Н.АрцыбашеваРедактор Н.Пушненкова Техред А. Ач Корректор Н.окиян Заказ 51934 Тираж 505ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо дедам изобретений и открытий1 ЗОЗ 5, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Под пис нее филиал ПП 1 1 атент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 процессах культивирования микроорганизмов, предусматривающий измерение величины концентрации растворенного кислорода в ферментной мембране, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью зповышения точности, дополнительноопределяют величину концентрации растворенного кислорода в культуральной жидкости, устанавливают разницумежду измеренными величинами, добавля 10ют периодически заданную дозу глюкозы и определяют отношение приращения величины разницы концентрацийрастворенного кислорода в культуральной жидкости и в ферментной мембране к заданному приращению концентрации глюкозы, а концентрацию глюкозы н культуральной жидкости устанавливают по полученному отношению иразности между величинами концентраций растворенного кислорода в культуральной жидкости и в ферментноймембране. Источники информации, принятые но внимание при экспертизе1. Микробиологическая промышленность, В 5, 1976, с. 17.