Способ автоматического управления процессом культивирования микроорганизмов

(51 г 4 6 05 Р 27 00, С 12 3 0 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ(56) Авторское свидетельство СССРЛ 0 840843, кл. 6 05 Р 27/00, 1981.Авторское свидетельство СССРМ 978114, кл. Сг 05 Р 27/00, 1982.(54) (57) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГОУПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ КУЛЬТИВИРОВАНИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ, предусматриваюший регулирование числа оборотов мешалки, рН, рОг среды, темпераратуры в фрементере в зависимости от отношения числа живых клеток к общей биомассе, от,гичающийся тем, что, с целью увеличения выхода целевого продукта, периодически измеряют концентрацию кислородаи углекислого газа в выходном газовом потоке, вязкость культур альной жидкости в ферментере и определяют скорость их изменения, сравнивают измеренные значения всех параметров и скоростей их изменения с заданными значениями, а регулирование числа оборотов мешалки осуществляют с учетом текугцих значений вязкости среды и скорости изменения числа оборотов мешалки и вязкости среды, регулирования рН - с учетом текущих значений концентрации углекислого газа в выходном газовом потоке и скорости изменения рН, регулирование рОг с учетом текуших значений концентраций кислорода н углекислого газа в выходном газовом потоке, вязкости среды и скорости изменения рОг, регулирование температуры в ферментере - с учетом текущих значений вязкости среды и скорости изменения температуры, при этом дополнительно регулируют подачу питательных субстратов в зависимости от текуших значений живой и обшей биомассы, вязкости среды и скоростей изменения живой и общей биомассы.Изобрстсцис относится к;икробиологиц и ке)сч)с)с 5 техники автоматического управл с 11 1 яр 011(. с с 0 м к ,з ь т и е 3 и р 0 Б я 113 я х 1 и к р О. ОРГЯЦИЗМОБ.Цсль из(ц)Г)стснц 51ве,с)сис БыХО,ЕЕС,)СВОГО 3)РО;ЕХ КТ;3.11;1 иг.Изобрс)ж(цд О,"Ок-схем; (с" Ройства, Рсс)лизчк)цси НРс;ЕГ)с 11 см)й сц( - (.00 с 3 ТОМЯТИССКОГО ЧЦР 1 БГ)СЦИ 5 ЦРОЕСС(О КЧГ)ЬИБЦРОБс)НИЯ МЦКРООРГс 1 ЦЦЗМОЕ 3; 1 фцг. 2 и 3 структурные схемы блсКЕ )О Х)РЯВ.)СЦИЯ И ОЛОКЯ ВЫбоРс) КОЭффиЦИСЦТОБ чцрс)1)лсци 51 соот)3 етствснно; на фц. 4 и с) блок-схемы алгоритмов работы этих блоков соответственно.Устройство содержит ферментер 1, снаб.)5 жс;ННЬИ дяТ)ИКЯМИ 2- 0 СООТВЕТСТВЕННО ЧИС- ля (боротов мешалки еч, рН и рО среды, гсмпердтуры, блоком 6 анализа биохемилкмццссцсчеци, блоком 7 анализа об)еесО КОГ)ЦЧССТ 13 КГЕ(.ТОК КЧЛЬТИВИРЧСМЫХ МИКРООР- г;)ццзмов, датчиками 8 и с) коц)еецтрдцци;О кцс,)орода и углекислого газа в выходном )азовом потоке и датчиком 10 вязкости среды, а также исполнительными механиз мямц1 15, обеспечивающими соотвстс)- Бсццо регулирование числа оборотов ме)ялкц Л, р 1, рО и тсмператхры срсды ц подачу питатслш)ы:( субстратов )3 фсрмсцтср 1, причем датчики и исполнительные механизмы соединены с соотвстствуюцеимц входами Е)ЫХО,Ес)МИ бг)ОКЯ 16 уцранг 1 Еция, С друГИМИ ехоЕЯЕи и выходами которого сое.(инсн Олок 1 с Е)ЫООРс КОЭф(Е)Ц)ЕЦС)110 Б ПРЯ 1)ЛСЕ 1 И 5.Способ осущсств,)яют следую)цим (и- разом.С датчиков 2 в -5, 8 в 10 и блоков 6 и 7 анализа с заданным периодом в блок 16 управления поступакт текчщие значе35 ния числа оборотов мешалки М. рН, рОь температуры 1 С), среды в ферментере 1, концентрации живых микроорганизмов, общего количества клеток культивируемых микроорганизмов, концентрации кислорода и углекислого газа в выходном газовом 4(3 потоке и вязкости культуральной жидкости в фермсцтере 1. В блоке 16 управления происходит аналого-цифровое преобразоваццс поступающих сигналов и вычислсццс скорости их измсцсция с после;еую)цим сравниванием полученных кодов с соответствующими цифровыми уста)п)вками, задаваемымпо математической модели процесса 1)а каждую фазу культивирования микроорганизмов. Одновременно полученные текущие коды измеренных параметров и скоростей их пзмсцсция постуца 1 от в блок 17 выбора коэффпццстов управления. В блоке 16, орсдяе)ся величина рассогласования х)сж,еу устяшвкямц и текуними цифровыми зндчсццямц соответствующих параметров. Г 1 ри этом цод 1 понимается помер контура рсгулиро)дцц 51: Л 1, р 11 2, рО 3, ЕС 4, цоддчц питательного субстрата 5, а цод е теку.щий 1)омер временной выборки аналогоц 33(ррое)огс црс образования 1 ОС) ч( ццьс В(- Л И ЧИНЫ Р ССО) Г с 1 СОВД Н И и , 115 и КО.ЕЬ Оп И- бок затем В блоке 16 ИЕ)тс)рируютсядиф- фсРЕ)3 ЦИРУ)ОТС и Д.)Я СНЕСПс )СЦИЯ ЦРОЦОРЦИОц ял ьц о - ц цтс грал ь)о.ли ффс р сн)и яг 1 ь ногоПИЛ) РЕГУЛИРСВДЦИЯ, (ПС( ЦСЧИБЯЮПЕСГО Х сСГ (с)Т 1 Ч(.СКОИ О 1)ОКБРСХ)11 ЗсЯзв ДБЯ 5 сРЯс 1 тБс 1151 Дд 131 К(3- , 8 - 1испо,1)цтсльцых мс ха цизмо 15.ОЛУ 1(ЦЦЬ( РЕЗ,ЬЯЕЬ СКЛЯ.ЕЫВЯЮтси мс)кду с(ицй с соо)3 сгст)уОцец)н коэффи. ццентдми К К, К, которые заддктся цз блока 7. Выбор коффц)еис ГОБ ( црявлсНИя В бЛОКСБЬПО,ЕН 5 С ТС 51 цзс О, ПЕЕЫ, СфОРМИ)О)3 ЯНОЙ:3 с)РЯ СС О )СЗ(ЛЬТс(ТЯХ 1 та)Овочцого эк(пери(сц);1. 1 р:1 )ом 3 с.)ц- ЧИНЕ КОЭф(3)Ц),1)СЦ133 РЕ)БГ 3(НИ 5 .331)ПСЯТХ с) р 1 КТС р И (Г ц КС р М С 3( р 1, 11( ц ( , 1П, С,П НХ )СЯ 1 ИЗМО 3 1 (3)1)Р(ЕС СС ,) Ь ГВ РОБпп и.ГдкЕх Обр 13 м, с хс)сГО( Б),Орецць)х КО- эффициецт 013 Б) блок(Е ОЕ) и р)с)тс 53 чцраВЛяЮщц ЕИХ(,ц ИСтнця ПО КР,К,ЕО (1 КОГГ рХ РСГУЛИРОВ)НП 51 НД ОСЦ 013 сЦЦИ СГ)(;ЕУК)1)ЕИХ ИЗМСРСННЫХ И БЫЦС,СННЫХ 1)с 1 Рс 1 ЕСТРОБ: ДЛ 53 Р Е Г Т Н 1 Р О В 1 Ц И 51 с 1 И С 51 с 1 О б О Р ОО Б М Е Ц 1 Я,1 К И ЛОснс)ванин т(куцсих;3 Н;31 снии (ЕрО и вязкости среды, а также скорости изменения % и вязкости среды; для регулирования рН ца основании текущих значений рН. температуры среды, концентрации углекислого газа в выходном газовом потоке и скорости измснсция рН; для рсгулировация рО ца основании текущих зцачсний рО, коц- )Е(.цтРссии кис,)ОРОДЯ и 1,1(кис,10 ГО Газа В 1)ьхо,:ЕРО е 1 дзОВОх потоке Вязкости и тсм)ературы среды, а также скорости измене)ия рО; для регулирования температуры цд основании текущих значений температуры, вязкости срс;Еы и скорости изменения темп( ратуры; д.)я рс гулцропация подачи питательных субстратов на основании текуцецх зцячсций живой и снпеей бомяссе 1, р 11 И Б 5 ЗКОСТИ Ср(дЫ, с ТЯКРКС СКОрОС 1 СИ И.3 МЕНСИР)51 ЖИВОИ И Обц)СИ бцОМсССЫЗатем в бцкс 16 происходит ццфросЯЛОГОБОС 1 РСООРс 330 вс 11 ИС ОГЕЧ 1 С 1)13 Х КО;)ОВ ЧПРс)ВГ)5)ЮЕЦИХ Е)ОЗДЕР 1 СТБИИ 3 ЦРОЦОР Е И О Н с 1, ЫЫ ( Я 1 Д Л О ГО Е 3 Ь С С 1 Г 1 Я, 11, К 00 Р Л(.0- С ГЯ 101с) С О О Т Б С Т С Т В10Е(. 1СО Г1 31 Т С,1 3 Ы С механизмы 1 15.ГДКИУ ООРс 3;30 Х), НССОТР 51 ЦЯ НССТЯЕИО-с Р ц ы и х с) ) а к тс ГР 013 с с(. д и чг ь г 1 Б и Р 0 е 3 с 1- ния микроорган):змов, предлагаемый способ ООССЦ(".)ИВс 3 СТ Д;153 БССХ КОНТРОЕ) РеЛИРО- нация устойчивый режим без переколсбяций и стап(чсской Оц)иоки и псзволяст управлять процессом культивирования, опираясь не только на предцествующий опыт, который УЧИтываст МД)СМЯтЦЧС СКЯЯ ХОСЕ,Ь ЦРОс ССД. ЦО Ц ЧИЬ)цсЯ Особ(ЦЦОСТИ Р 1,(БИТЦ 5 тск ЦЕСГО КЧГПТИ БЦРОБЯЦЦ 51, О,РОСТЧСТС 5 ОЦС 12297353ративной адаптацией параметров контуров регулирования. При этом способ позволяет эффективно вести управление как периодическими, так и непрерывными процессами культивирования в фсрментерах разной емкости 0,5 - 300 л и выше за счет автоматической адаптации параметров контуров регулирования с помощью выбора оптимальных коэффициентов управления. 4В результате реализации предлагаемогоспособа при культивировании бактерий ВгедЬасСег 1 цгпа шп выход целевого продукта - изолейцина, увеличивается при каждом культивировании в среднем на 15,8 О 5 по сравнению с известным. Прп этом сок.ращается общее время культивирования на 1,7,1, а расход питательных субстратов не увеличивается./7 уск Быдач.а уараФлна -й исполнит цего Ьоз 3 еист 5 ияьный механизмСоставитель Г. Богачева Редактор Н. Гунько Те;рсд И. Верес Корректор Т. Колб Заказ 222847 Тираж 836 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж - 35. Раушская наб., д. 45 Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4