Способ контроля и регулирования аэробных ферментационных процессов

(19 51 4 С 12 0 Г лж,: ИЗОБРЕ ИДЕТЕЛЬСТ 8 ОП К АВТОРСКОМУ С 602325.85763/28-14.81С 12 Я/7.80 ишес Центрум РР) и Всесоюзский инстивеществ (ЯУ )Йехорек Мир(54) СПОСОБ КОНТР АЭРОБНЬИ ФЕРМЕНТ (57) Изобретение контроля и регули ких процессов и п гулирование проце в которых углерод соответств ю х к М Вь ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Виссеншафтлих ТехнТехнише Микробиологии (ный научно-исследователтут биосинтеза белковых(53) 663. 1(088 .8) ОЛЯ И РЕГУЛИР ИЯ АЦИОННЫХ ПРОЦЕотносится к с у рования биохимичесРудусматривает ре-.ссов ферментации, ные субстраты при у щи онцентрациях обладают ингибирующими свойствами. Целью изобретения является повышение точности. Данный способ предусматривает определение концентрации дыхательного фермента цитохрома С культуры микроорганизмов и регулирование протока через ферментер в зависимости от этого показателя. Данный способ также предусматривает регулирование содержания углеродного субстрата в ферментационной среде в зависимости от состояния дыхательного фермента цито- хрома С культуры микроорганизмов при постоянной концентрации рО в ферментационной среде. Прн постоянном содержании углеродного субстрата в фер- д ментационной среде регулируют концентрацию рО в зависимости от состояния дыхательного фермента цитохрома С, т.е. в качестве регулируемой ( величины углеродных субстратов служит показатель состояния культуры микроорганизмов - сигнал цитохрома С.Вам 2 з п. ф-лы. 2 ил. СОИзобретение относится к способуконтроля и регулирования биохимических процесов и предусматривает регулирование процессов ферментации, вкоторых углеродные субстраты лрисоответствующих концентрациях обладают ингибирующими свойствами,Известно НоГвапп Е йупатгзсйеВ 1 о 1 оВге, Во 1. 2, Л 1 айеппечег 1 аВ, 101972,что дьглательный фермент цитохром С клетки микроорганизма в видимой области имеет характерные полосыпоглощения, интенсивность действияи локализация которых позволяют сделать заключение о состоянии культурыМикроорганизмов и ее концентрации вферментационной среде Бгаиег Н., 01 звегга 1 оп, ХН 1 е 1 ря 1 В, 1975), Фотометрическим ощупыванием ферментационной среды получают пропорциональныеабсорбции цитохрома С измерительныесигналы в оС-диапазоне 550-565 мм иливф -диапазоне 520-530 мм и предпочтительно в -диапазоне 400- 420 мм. Нри 25соединении абсорбционных сигналов сэлектронным блоком получают отображающий состояние культуры микроорганизмов сигнал и пропорциональный концентрации цитохрома С в ферментационной среде сигнал,В известных способах регулирования ферментационных процессов (ФРГОЯ 1442076, ФРГ ОБ 1953430, ФРГ ЛБ2217909, ФРГ ОБ 2457044, ФРГ ОБ2546236) в качестве регулируемыхвеличин концентрации субстратов углерода в ферментационной среде применяют значение рН, концентрацию растворенного кислорода или концентрациюкислорода в отходящем газе ферментационной среды.Недостатком этих растворов является невозможность точного определенияи избежания влияния ингибирующего 45действия концентраций углеродных субстратов на культуру микроорганизмов,Целью изобретения является повышение точности,Способ управления й регулированияпериодических и непрерывных процессовферментации при наличии ингибирующих углеродных субстратов обеспечивает возможность полного избежания .ингибирующих рост пределов концентрацийи при наличии неингибирующих и ингибирующих углеводных субстратов обеспечивает воэможностью достижения стабильной и частичной автоматизированной ферментации при неизменяющейсяпродуктивности путем соединения системы регулирования углеродных субстратов с системой регулирования протока через ферментер.Способ контроля и регулированияаэробных ферментационных процессовпредусматривает определение состояния и концентрации дыхательного фермента цитохрома С культуры микроорганизмов, регулирование протока черезферментер в зависимости от концентрации дыхательного фермента цитохрома Скультуры микроорганизмов.Кроме того, данный способ предусматривает регулирование содержанияуглеродного субстрата в ферментационной среде в зависимости от состояниядыхательного фермента цитохрома Скультуры микроорганизмов при постоянной концентрации растворенного кислорода в ферментационной среде, а такжерегулирование концентрации растворенного кислорода в зависимости от состояния дыхательного фермента нитохроиа С культуры микроорганизмовпри постоянном содержании углеродного субстрата в ферментационной среде,те. аэробные микрорганизмы выращивают в питательной среде, причемво время выращивания поддерживаютпостоянную концентрацию раствореннсго кислорода, способом фотометрического измерения цитохрома С учитываютизменение концентрации углеродныхсубстратов. в ферментационной средеи нивелируют их.1 ри этом отображающий состояниекультуры микроорганизмов сигнал цитохрома С служит в качестве регулируемой величины подачи углеродных субстратов,Регулятор приспособления дозировки углеродных субстратов следует установить в такое положение, в котором не может быть достигнута ингибирующая рост культуры концентрацияуглеродных субстратов, т.е. й/п=О,чем обеспечивается возможность осуществления процесса ферментации примаксимальной скорости роста.Можно выращивать аэробные микроорганизмы в питательной среде, причем в процессе выращивания поддерживают постоянную концентрацию углеродных субстратов в ферментационнойсреде, а в качестве величины регулирования ввода кислорода в фермента 1390243ционную среду служит отображающийсостояние культуры микроорганизмовсигнал цитохрома С,Наряду с характеризующим состояние 5 .культуры микроорганизмов значениемвеличины цитохрома С дана возможностьполучения значения пропорциональнойконцентрации цитохрома С из полос поглощения цитохрома С, коррелирующегос концентрацией микроорганизмов вферментационной среде . С помощью этого значения так регулируется ток через ферментер, что при непрерывнойферментации обеспечивается возможность поддержания постоянной концентрации микроорганизмов.Таким образом, предложенное техническое.решение предусматривает регулирование подачи углеродных субстратовили кислорода с помощью сигналов абсорбции цитохрома С, которое в условиях непрерывной ферментации связано спредлагаемой системой регулированияпротока через ферментер. 25На чертеже изображена схема регулирования способа периодического культивирования бактерий с метанолом,используемым в качестве углерода;на фиг. 2 - схема регулирования про"цесса непрерывного культивированиябактерий с метанолом в качестве источника углерода, в котором предусмотрено регулирование концентрациирастворенного кислорода в ферментационной среде.П р и м е р 1. Ферментационнаясреда находится в ферментере 1, Ферментационную среду по наружному циклуподают в измерительное устройство 2цитохрома С. Пропорциональный состоянию.микроорганизмов сигнал цитохрома С через регулирующее приспособление 3 действует на дозировочноеустройство 4, обеспечивающее подачу 45углеродного субстрата из сборника 5в ферментер 1. Одновременно необходимо поддержание концентрации растворенного кислорода в ферментационной среде, которое обеспечиваетсяизмерительным устройством 6 раство 50ренного кислорода, регулятором 7 иустройством 8 дозировки воздуха либокислорода. 11 ри заданном сигнале цитохрома С, описывающем состояние микроорганизмов, и нри концентрации растворенного кислорода 1,5 - 2,5 мгОр /л, а также при значении рН 4 былодостигнуто увеличение концентрации биомассы с 1,5 до 22 г/л в течение 16 ч. Это соответствует средней отномсительной скорости ростау.=О, 17 ч Концентрация метанола в ферментационной среде, которую регулируют с по" мощью сигнала цитохрома С, составляет 250 - 300 мг/л.П р и м е р 2Регулирование способа непрерывного культивирования бактерий с метанолом в качестве источника углерода (фиг. 1).ферментационная среда находится в ферментере 1. Ферментационную среду по наружному циклу подают в устройство 2 измерения цитохрома С. Отображающий состояние микроорганизмов сигнал цитохрома С через регулирующее приспособление 3 действует на дозировочное устройство 4, обеспечивающее подачу углеродного субстрата из сборника 5 в ферментер 1. Сигнал концентрации цитохрома С через регулятор 9, действующий на дозировочное устройство 10, управляет подачей ферментационной среды из емкости 11 в ферментер 1 и тем самым протоком через ферментер. В емкости 11 находится ферментационная среда без источника углерода, Одновременно необходимо поддерживание. постоянной концентрации растворенного кислорода в ферментационной среде. Это обеспечивается устройством 6 измерения растворенного кислорода регулятором 7 и устройством дозировки кислорода. При концентрации биомассы 18 г/л скорость протекания, регулируемая сигналом концентрации цитохрома С, устанавливается П= =0,143 ч . Регулируемая показывающим состояние измерительньщ сигналом цитохрома С, концентрация метанола в ферментационной среде. составляет 100 - 150 мг/л при постоянной концентрации растворенного кислорода.П р и м е р 3. Регулирование процесса непрерывного культивирования бактерий с метанолом в каЧестве источника углерода, в котором предусмотрено регулирование концентрации растворенного кислорода в ферментационной среде (фиг. 2).ферментационная среда находится в ферментере 1, Ферментационную среду по наружному циклу подают в измерительное устройство 2 цитохрома С. Отображающий состояние культуры микроорганизмов сигнал цитохрома С через регулятор 3 действует на устройство 85 1390243 дозировки воздуха или кислорода, Ьбеспечивающее ввод кислорода в ферментер. Сигнал концентрации цитохрома С,через регулятор 9, действующий на дозировочное устройство 4, управляет подачей ферментационной средыиз емкости 11 в ферментер 1 и тем самым протоком через ферментер. В емкости 11 находится ферментационная среда без источника углерода, Кон, центрацию углеродного субстрата в ферментере измеряют через измеряющее т устройство 12, и с помощью регулят , тора 13 и дозировочного устройства 4 осуществляют регулирование ее до эа- с данного уровня путем подачи углерод- к ного субстрата из сборника 5 в фер,ментер,Формула иэ обре те ния 1, Способ контроля и регулирования аэробных ферментационных процессов, предусматривающий определение состояния и концентрации дыхательногофермента цитохрома С культуры микроорганизма, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повьппения точности,регулируют проток через ферментер взависимости от концентрации дыхательного фермента цитохрома С культуры микроорганизмов.2. Способ по п. 1, о т л и ч а ющ и й с я .тем, что регулируют содержание углеродного субстрата в ферменационной среде в зависимости от сосояния дыхательного фермента цитохрома С культуры микроорганизмов при потоянной концентрации растворенногоислорода в ферментационной среде.3. Способ по п. 1, о т л и ч а ю щ и й с я ,тем, что регулируют кон О центрацию растворенного кислорода вв зависимости от состояния дыхательного фермента цитохрома С культурымикроорганизмов при постоянном содержании углеродного субстрата в ферментационной среде.1390243 Фиг Составительактор Н,Гунько Техред М.ХоданичКорректор А.Зимокосов 1736/28 Тираж 520 ак сно Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная ВНИИПИ Государственно по делам изобретений113035, Москва, Ж, Ра ком и от ская ета СССРытийаб., д. 4