Система управления процессом культивирования микроорганизмов

СОЮЗ СОВЕТСНИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСН ЕСПУБЛИН С 12 Ц 3/О ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ ПИСА ЭОБР ЕТ ЕНИЯ ПЬСТВУ(54) СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ПР 01 ЕССОМКУЛЪТИВИРОВАНИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ(57) Изобретение относится к микробиологической промышленности и можетбыть использовано в пищевой промьппленности. Изобретение направлено наувеличение производительности ферментера за счет снижения расходных коэффициентов. Система управления процессом культивирования микроорганизмоввключает пульт управления (ПУ) 5,блок датчиков контролируемых параметров (ЕДКП) 2,вход которого соединенс ферментером 1, а выход - с первым14 входом ПУ 5, устройство ввода данных химического и микробиологического анализа (УВДХ и МА) 7, соединенное со вторым входом ПУ 5, блок началь" ных уставок (БНУ) 6, блок исполни" тельных механизмов и блок 3 сумматоров, к первому входу которого подключен ПУ 5, к второму входу - БНУ 6, а выход блока сумматоров 3 соединен с блоком исполнительных механизмов 4, ,выход которого подключен к ферменте. ,ру 1, вычислитель 9, блок 10 памяти и формирователь .коррекции, к входам блока 10 памяти подключены вычисли,тель морфологических признаков 9, БДКП 2, УВДХ и МА 7 и ПУ 5, первый выход блока памяти 10 соединен с вычислителем 9, а второй - с формирователем коррекции, к входам которо 37398Сго подключены БДКП 2, вычислит.пь 9 и УВДХ и МА 7, выход формирователя коррекции соединен с ПУ 5, блок 8 сканирующих микроскопов, вход которого подключен к ферментеру 1, а его выход соединен с вычислителем 9. При этом система снабжена дополнительно блоком 12 определения активности культуры по функции распределения амплитуд яркостей дрожжевой суспензии и блоком 13 автоматического отбора и доставки проб, при этом вход указанного блока соединен с выходом блока 8 сканирующих микроскопов, его выход - с входом блока 1 О памяти, а блок 13 автоматического отбора и доставки пробы подключен к ферментеру и к входам блока 8 сканирующих микроскопов и УВДХ и МА 7. 2 ил.1Изобретение относится к микробиологической промышленности и может най. типрименение на заводах белково-вита. минных концентратов, ферментов, антибиотиков, в производствах, связанных с культивированием микроорганизмов.Цель изобретения - увеличение производительности ферментера за счет снижения расходных коэффициентов.На фиг,1 представлена схема пред Р .пагаемой системы;.на фиг,2 в . блок автоматического отбора и доставки проб,Система управления включает фер" ментер 1 блок 2 датчиков контролируемых параметров процесса ферментации, 1 Еблок 3 сумматоров, блок 4 исполнительных механизмов, пульт 5 управления, блок 6 начальных уставок управ. - ляемых параметров, устройство 7 вводаданных химического анализа, блок 8 20 Сканирующих микроскопов, вычислитель 9 морфологических признаков, блок.10 памяти, блок 1.1 формирования сигналов коррекции, блок 12 определения активности культуры по функции рас" 25 цределения амплитуд яркостей, который обеспечивает увеличение точности и скорости измерения содержания активНых и ослабленных клеток. При сканировании препарата от блока 8 получают ЭР амплитуды яркостей дрожжевой суспен-, Зии. Эти данные поступают в блок 12,где по ним вычисляется отношение площади под функцией распределения амплитуд яркостей живых клеток к об- щей площади распределения. В дальней; шем это соотношение будем называть активностью культуры.Блок 13 автоматического отбора и доставки пробыобеспечивает быструю доставку отобранной пробы из Ферментера в измерительную лабораторию и состоит из транспортного трубопровода 14, станции 15 управления, которая соединяется с транспортными трубопроводами 14, бЛока 16 отбора пробы, ответвления 17, стрелки 18, с помощью которой ответвление 17 соединяется с транспортным трубопроводом 14, воздухосборников 19 и клапанов 20, один из воздухосборников 19 соединяется со станицией 15 управления, а второй подключен к блоку 16 отбора пробы, клапан 20 соединяет транспортный трубопровод 14 с атмосферой и устанавливается на конечном участке пути (станция управления, блок отбора пробы). Вход блока 12 соединен с выхо- . дом блока 8 сканирующих микроскопов, что позволяет определить отношение площади под Функцией распределения . амплитуд яркостей живых клеток к общей площади распределения, т.е. позволяет определить активность культу37398 4 писанн".з 1 на ст.-.".и.зах в блоке 1 О памяти, если решение оказалось отрицательным (выход биомассы уменьшился, качество ее ухудшилось), то страница стирается из памяти. На этой же странице записываю. во сколько раз увеличился экономический показатель.С заданным дискретом по времени описанный цикл повторяется и из набранных страниц для данного типа сырья например парафина, ,в блоке памяти составляется книга. Текуче данные с блоков 2 и 12, устройства 7 и вычислителя 9 (т.е, отличительные признаки процесса) поступают в блок 11 Формирования. сигналов коррекции, где они сравниваются по одному из алгоритмов распознавания образцов с данными, заХ=ыХ- Эх; р Ха 50з Х = рХ -с,:;+К; л,тту ,у,Р= Р 1 а 3 4ры, Выход блока 12 соединен с входе:блока 10, что позволяет записать впамять блока данные активности куль туры, а. блок 13 автоматического Отбора и доставки пробы подключен кферментеру 1 для Отбора культуральной среды, к входам блока 8 сканирующих микроскопов и к устройству 7ввода данных химического анализа стем, чтобы обеспечить скоростнуюдоставку отобранной пробы (в течение2-3 мин) при сохранении физико-химических свойств и активности культуры.Система управления процессом культивирования микроорганизмов работаетследующим образом,На пульт 5 управления и в блок 10памяти поступают данные с блока 2датчиков контролируемых Физико-химических параметров, с вычислителя 9отличительных морфологических признаков и данные химического анализа сустройства 7. По этим данным с пульта 5 принимается решение изменить вопределенной последовательности некоторые диапазоны управляемых контролируемых параметров, задаваемых блоком 6. Значения величины и знака из"менений подачи в Ферментер 1 компонентов, регулирующих эти параметры,поступают с пульта 5 в блок 10 памяти, где они записываются на однустраницу рядом с данными блоков 2и 12, устройства 7 и вычислителя 9,для которых было принято решение наизменение параметров. Если решениеоказалось положиельным, то эта страница с данными блоков 2 и 12, устройства 7 и вычислителя 9 и соответствующим решением на измение величины изнака компонента остается в блоке 10 памя и с соо 1 во тствуюшими решениями.Елок Формировани 11 выбирает из блока 10 данные той страницы книги для 5заданного типа сырья, которые ближе всего к данным текущего процесса, и с этой страниць 1 берется записанное ранее положительное решение на изменение уставок блуа 5,В качестве Отличительных эталонных признаков процесса Ферментации (классов). которые загисываютбя в блок 10 памяти. Ири проведении реального процесса на заводе принимаются следующие;по ка за ни я датчиков контролируемых параметров по всей технологической линии лро;.;есса Фериентации, морфологические параметры., Определяемые Вычис 20 литслем 9 культуры микроорганизмов(самих микроорганизмов, включений в них и в среде) из различных секций Ферментера 1 и из необходимых. точек технологической линии процесса ферментации,. а также данные из блока 12 по активности культуры. Б блоке 12 определяется активностькультуры, доставленная с помощью блока 13 из Ферментерг 1, Пробу помещаютна предметное стекло и приготавливаютпрепарат с монослойным расположениемклеток, Препарат закрепляют на столике сканирующего микроскопа и определяют распределение амплитуд яркостей .явых клеток в дрожжевой суспензии споследующим машинным анализом. Результаты анализа в " иде информации о процентном содержании активных и ослаб 40ленных клеток в популяции поступаютв блок 10 памяти, где эта информацияиспользуется для расчета удельнойскорости рсста микроорганизмов и формирования сигналов коррекции процессав блоке 11 по следующему алгоритму,идентификация кинетических констант модели",Расчет сигналов коррекции подачи1 углеродного питания и скорости. разве"дения Р из условия минимума функции1437398ходком коэффициенте 1,14), что является оптимальным для произво-,а 1,дВХЗВАЛ31 Р, (О) к, (О) 8 (О) где У концентрация биомассы;концентрация ос ."аточных углеводов;расходный коэффициент по па-. 25 рафину;кинетические константы;удельная скорость роста микроорганизмовфпромежуточные переменные; :ц расходный коэффициент экзогенчого метаболизма (на поддержание жизни микроорганизмов);задание величины для данногоЗц штамма и аппарата.В;0 Предлагаемая система обеспечиваетувеличение производительности ферментера до 304 т. биомассы в сутки при значении расходного коэффициента 1,09 (по сравнению с контрольным периоцом, где производительность фер. ментера достигала 28,9 т/сут при расБлок 13 автоматического отбора и доставки проб подключен к блоку 8 сканирующих микроскопов и к устройст-, ву 1 вводя данных химического анализа 4 С и обеспечивает быструю доставку отобранной пробы культуральной среды из ферментера 1, что сохраняет представительность культурной среды, ее физические, химические свойства и ак тивность популяции за счет сокращения времени доставки; при этом отобранная проба находится минимальное время (2-3 мин) в условиях, отличных от условий культивирования. 50 форм ла из о бр ет енияСистема управления процессом культивирования микроорганизмов, включающая Ферментер, пульт управления, блок датчиков контролируемых параметров, связанный с первым входом, пульта управления, блок начальных уставок управляемых параметров, ,устройство ввода данныи химического анализа, связанное с вторым входом пульта управ-, ления, блок исполнительных механизмов., блок сканирующих микроскопов, вычислитель морфологических признаков, блок Формирования сигналов коррекции, блок памяти, к вхоцам которого подключены блок датчиков контролируемых параметров, устройство ввода данных химического анализа, пульт управления, вычислитель морфологических признаков, один из входов последнего соединен с первым выходом блока памяти второй вход - с блоком сканирующих микроскопов, а второй выход. - с пультом управления, второй выход блока памяти подсоединен к блоку Формирования сигналов коррекции, входы которого связаны с блоком датчиков контролируемых параметров, вычислителем морфологических признаков, устройством ввода данных химического анализа, а выход соединен с пультом управления, блок суммирования, подключенный своими входами к пульту управления, блоку начальных уставок управляемых параметров и блоку датчиков контролируемых параметров, а. выход - к блоку исполнительных механиз-, мов, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью увеличения производительности ферментера за счет снижения расходных коэффициентов, в нее введены блски определения активности культуры по Функции распределения амплитуд яркостей дрожжевой суспензии и автоматического отбора и доставки проб среды, при этом вход блока. определения активности культуры соединен с выходом блока сканирующих микроскопов, его выход - со входом блока памяти, а блок автоматического отбора и доставки проб связан с ферментером, блоком сканирующих микроскопов и устройством ввода данных химического анализа.1437398 Составитель С.ПетровыхРедактор И.Киштулинец Техред А.Кравчук Корректор В.Гирняк Заказ 5857/26 Тираж 520 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5