Способ определения скорости изменения физико-химического параметра в процессе культивирования микроорганизмов

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ и 778262 Союз СоветскихСоциалистичесиинРеслублии 1) Дополнительное к авт, свид-ву М, К,л. 3 С,12 О 3/00(23 иоритет делан нзабретеннй н отнрытнй Опубликовано 15.12.82 Бюллетень 46Дата опубликования описания 05,01.83 5 576.8, Д. Кувшинник нститут биохимии и физиологии мнкрооргани АН СССР 1) Заявите(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТИ ИЗМЕНЕНИЯФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОГО ПАРАМЕТРА В ПРОЦЕССЕ КУЛЬТМИКРООРГАНИЗМОВ ОВАНИ очисткении измческих обретения является повышеи определения скорости иэ 1Изобретение относит к области из мерительной техники и может быть использовано в микробиологической промышленности, при сточных вод, а также при созда еритепьных устройств для биологи научных исследований.Известен способ определения скорости изменения физико-химического параметр ра, например поглощений растворенного 1 о кислорода микроорганизмами, заключающийся в том, что культурапьную жюкость с клетками црокачивают с фиксированной скоростью через измерительную . камеру, а измерение проводится в двух точках: на входе и на выходе камеры. Скорость поглощения кистторода определяют как разность между показаниями двух электродов, установленных на входе и выходе камеры, деленную на время прохождения жидкости цо камере 1.1,Недостатком этого способа является . , предположение о зависимости скорости 2происходящего процесса от изменяющихся условий, что во многих случаях бывает ошибочным. Поэтому прн определении скорости процесса возникает противоречие, заключающееся в том, что повышение точности может быть достигнуто лишь при возможно меньшей разнице меж ду измеренными в двух точках величина ми. Это, в свою очередь, требует высокой абсолютной точности измерений вфкаждой точке, так как чем меньше разница между этими величинами, тем выше роль ошибок измерения, Кроме того, этот способ не позволяет получить полную картину зависимости скорости изменения физико-химического параметра про цесса (например, снижения парциального давления кислорода или выделения тепла) от изменяющихся условий, так как по двум измерениям (точкам) невозможно судить о характере атой зависимости.Целью изние точностфВ фермантере с рабочим объемом 1,3 л выращивали в режиме хемостата культуру дрожжей Ноп 5 едОЬ роРущогрйд 2 Ь. -1 на среде 11-Е, В качестве источника углерода и энергии в исходной питательной среде использовали метиловый спирт (10 г/л). Содержание биомассы составляло 4,03 г/л в расчете на высушенные клетки. В ферментер внесена разовая доза метанола до его концентрации в купьтуральной жидкости 1 г/л,. После этого определяли зависимости скороссти потреблещя кислорода от содержания кислорода в среде. Для этого культураль ную жидкость с дрожжевыми клетками направляли из ферментера в специальную ячейку, где она освобождалась от пу-, зырьков йерастворенного воздуха. Часть обработанной таким образом среды с клетками с помощью надоса с программным управлением прокачивапась через измерительную камеру (трубку), на выходе которой установлен электрод.для измерения парциального давления растворенного кислорода, причем насос подключен к выходу измерительной трубки после электрода. Насос работает по программе нескольких режимов производительности Я; указанных в табл. 1. Время пребывания образца в измерительной камерерассчитывали, исходя из объема камеры и потока через нее. Скорость потребления кислорода рассчитывали по фор- муле цБс - йрОофФфЪФФВФФ. Ф: ФМ ,- .мп ь3 У 78 Ммейения физико-химического" параметрапроцесса культйвировайия микроорга низмов (парциального давления кислорода,тепловыделения и т.д,).Данная цель достигается тем, чтоизменяют время пребывания культуральной жидкости визмерительной камерев пределах от 44.5 до 80 ф 120 с а скорость йзменения физико-химического параметра определяют с учетом времени 10пребывания культуральной жидкости визмерительной камере.- На фиг. 1 изображена схема устрой-"-" ства для измерения скорости потребления О 2 к примерам 1-3; на фиг. 2 - зависимость парциальиого давления кисллбро-;:да в образце от времени задержки; нафиг, 3 показано влияние парциальногодавления кислорода на скорость его потребленйя. - 20Культуральйую жидкость "с клеткамипропускают через измерительную камеру,создавая переменную продолжительностьпребывания образца в ней, Это достигается изменением производительности на-соса, изменением объема камеры, примейением нескольких камер различногообъема и т.д., Измерение интересующегопараметра; например парциальногодавления кислорода или выделення тепла, проводят в одной точке измерительной камеры-.3Определение скорости потребления кислорода проводят на основании величинпарциального давления кислорода, полученных при различных продолжительностях35выдерживания образца в камере в пределах от 44.5 до 604120 с. Определение-скороСти "тепловыделения . осуществляютюосйовании велйчин температуры, по 40лученных при различных продолжитель"ностях выдерживания образца в камере,либо на "осйовании" величин" отводатейладля поддержания постоянной температурыЗначения измеряемого параметра даютинформацию об изменении скорости про 45цесса от продолжитежности"выйержйвания образйа.Сопоставляя скорость потребления " " кислородас .величинами парциальногодавления кислорода, снижающимися помере выдерживания образца, определяютвлйянйе йарциального давления кислорода" "на скорость потребления кйслорода. Аналогичным образом определяют влйяййепарциального давления кйслорода на скорость выделения;"тепла мйкрооргаййзмов-,Пример 1. Измерение скорости по треблеййя кислородамикрооргаЧйзмами,где С - концентрация растворенного кислорода в среде, равновесная с воздухом, при 1 =37, равная 7 мг/л;арО - разность измеренных величин рО при двух исследованных скоростях прокачивания, впроцентах от насыщения; д 6 - разность между временами задержки при двух исследованных скоростях прокачивания.Вычисленное значение скорости потребления кислорода соответствовало значению рО 2, среднему между двумя последовательными режимамй прокачивания (см, табл. 1).Зависимость рО на выходе камеры вт времени пребывания образца в ней дана на фиг. 2. Экстраполяция этой зависимости к нулевому времени пребывания дала значение.рО в ферментере, равное70%, Оно близко к рО,показанному от6Насос, подключенный к выходу Измерительной трубки после термочувствител ного элемента, работает по программе нескольких режимов производительности Е, указанных в табл. 2. Время пребыва ния образпа в измерительной камере рв: счйтывали, исходя из объема камеры и потока через нее. Скорость тепловыделения рассчитывали по формуле Где- скорость теплопродукции, ккал/л ч 1- 1000 г/л - плотность среды;С0,01 ккал/г.град - удельная теплоемкость среды;дТ - разность температуры на выхо де устройства между данным режимом; прокачивания и режимом с максимальной скоростью прокачивания (50 мл/ч).Значения скорости тепловыделения даны в табл.2. Они хорошо согласуются друг с другом. Среднее значение скорости тепловыделения близко к 1,6 ккал/л ч. Таблица 1. 96 35,0 30 251 1,10 14,0 6,10 1,5 2,34 9,9 30 2 80 111 19 5,00 12,5 7,7,8 1,595 ,8 1,636 0 Од 009 1916 процессе культивированиямов, предусматривающийкультуральной жидкостиизмерительную камеру и изобрет Фор микроорга низ прокач ива ние с клетками через определениескорости изменегб параметра в пределео-химиче 5 77626дельным электродом, установленным вферментере, равному 70%,Зависимость скорости потребления.кислорода от рО дана на фиг. 3, Экстраполяция этой зависимости к рО = 70%. 5дала 0,32 мг/л сек.Пример 2, Определение скорости тепловыделения микроорганизмов.Культуру дрожжей 54 ссйбго госев Сегебэ 1 сИ 14 выращивали на среде .11-Е. Проводилось измерение скоростивыделения тепла клетками. Для этогосреду с дрожжевыми клетками направляли из ферментера в специальную ячейку,где она освобождалась от пузырьков нерастворенного воздуха. Часть обработанной таким образом среды с клетками спомощью насоса с программным управлением прокачивалась через измерительнуюкамеру (трубку) аналогично примеру 1. 20На выходе измерительной трубки установлен термочувствитедьный элемент,с помощью которого измеряли разностьтемпературы среды на выходе измерительной трубки между режимом, соответ. 25ствующим наибольшей скорости прокачивания среды, и остальными режимами.17 разности значений измеряемого пара метра, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности опреде- ления, изменяют время пребывания куль туральной жидкости в измерительной камере в пределах от 4+ 5 до 60 е 120 с, а скорость изменения физико-химического 778262 8параметра определяют с учетом временипребывания культуральной жидкости в измерительной камере.Источники информациипринятые во внимание при экспертизе1. Патент США % 3510406,кл, 204-1, 1970.