Способ определения концентрации микроорганизмов

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН ННЫЙ НОМИТЕТ СССРЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ ГОСУДАРСТВПО ДЕЛАМ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ М. Саргаеверинарный м,(21) 3289078/28-13(54) (57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТ РАЦИИ МИКРООРГАНИЗМОВ, предусматривающий прокачку суспензии, последних ЯО 1013477 через электрохимические преобразова тельизмерение изменения электрохи мического показателя преобразователя при прокачке через него суспензии микроорганизмов, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повыаения точности, прокачку суспензии микроорганизмов осуществляют с пост янной скоростью, к электрохимическому преобразователю прикладывают постоянное электрическое поле напря женностью 80-120 В/см, измеряют изменение .электрохимического показателя на частоте 50-10 Г 4, а опреде ление концентраций микроорганизмов,осуществляют по скорости изменения измеренного параметра.Изобретение относится к микробиологии, а точнее к физическим методамконтроля концентрации микроорганизмов, и может быть использовано в микробиологической, пищевой и медицинской промышленностях.Известен способ определения концентрации микроорганизмов непосредственно в процессе ферментации, основанный на измерении величины элект"рического заряда. В известном спосо",бе в исследуемой среде создают электрическое поле шестиэлектродным датчиком путем подачи постоянного напряжения на крайние электроды датчика,.Благодаря наличию заряда у живыхклеток, микроорганизмы смещаются кодному из электродов. Возникшая разность потенциалов между клетками исредой улавливается средними электродами, разность потенциалов между все,ми клетками и средой пропорциональнаколичеству клеток, находящихся в сре,де, Способ не требует отбора проби позволяет определить концентрацию непосредственно в процессе фер".,ментации 1 3.Однако известно, что величина поверхностного электрического зарядамикроорганизмов значительно варьируется и зависит от ионной силы,среды,;функционального и морфологического состояния микроорганизмов,Эти .факторы приводят к погрешностям в определении концентрации 35вплоть до +304, обуславливая недостаточную точность этого способа. Кроме того, этим методом невозможно измерить концентрации ниже О,1 г/л ивыше 100 г/л, так как в первом случае недостаточна чувствительностьметода, а во втором - поляризационные явления диффузионной части двойного электрического слоя делают невозможным с достаточной точностью 45определить параметры поверхностного электрического заряда. Таким образом, этот способ обладает недоста.точными шириной диапазона измеренийи точностью,Известен также способ определения концентрации микроорганизмов предусматривающий,:прокачку суспензии последних через электрохимический преобразователь, измерение изменения электрохимического показателя преобразователя при прокачке через него суспензии микроорганизмов 12 ,Однако известный способ такжене обеспечивает достаточную точностьизмерения,Целью изобретения является повышение точности,Указанная цель достигается тем,что согласно способу определенияконцентрации микроорганизмов, предусматривающему прокачку суспензии последних через электрохимиче- .ский преобразователь, измерениеизменения электрохимического показателя преобразователя при прокачкечерез него суспвнзии микроорганизмов,прокачку суспензии микроорганизмовосуществляют с постоянной скоростью,к электрохимическому преобразователю прикладывают постоянное электрическое поле напряженностью 80120 В/см, измеряют изменение электрохимического показателя на часто-:те 50-10 Гц, а определение концентрации микроорганизмов осуществляютпо скорости изменения измеренного параметра.Способ определения концентрациимикроорганизмов основан на известномявлении электроудержания заряженныхколлоидных частиц в любых макропористых телах, находящихся в постоянномэлектрическом поле. При фильтрациисуспензии микроорганизмов через макропористый фильтр в отсутствии внешнего постоянного электрического поля,микроорганизмы проходят через фильтр,не задерживаясь в нем, При приложении постоянного электрического полявозникающая поляризация поверхностифильтра обуславливает электрическоевзаимодействие между поверхностьюи заряженной клеткой микроорганизма,что приводит к,удержанию и накоплению микроорганизмов в макропористомфильтре. Скорость накопления зависит от концентрации микроорганизмови скорости прокачки жидкости черезфильтр. При постоянной скорости прокачки суспензии микроорганизмов скоростьих накопления в фильтре пропорциональна концентрации микроорганизмов.Скорость накопления микроорганизмовможет быть измерена по скорости изменения диэлектрической проницаемости фильтра с адсорбированными микроорганизмами.При снятии постоянного электрического поля микроорганизмы вымываются из фильтра потоком жидкости ифильтр вновь приходит в исходное со3 1013477 ф стояние, позволяющее провести новое Откуда концентрация микроорганизмов измерение. в суспензииНезависимо от величины заряда, мор.фологического и функционального со- Ж/М стояния клеток микроорганизмов лю- . 5+с,36С =бая клетка гюдвержена электроудержанию в макрогюристом фильтре, поэтомуизмеряемая скорость изменения диэлектрической проницаемости Фильтра с Как видно, в формулу дпя определе-. адсорбированными микроорганизмами , в, ния концентрации суспензии входит и отражающая скорость накопления, не скорость изменения диэлектрической зависит от состояния клеток микропроницаемости (дй/дС) и скорость организмов, причем изменение можно прокачки суспензии Щ/дй). Для по" вести автоматическими методами случения однозначной зависимости достаточно высокой точностью (пог концентрации от .скорости изменения решность не более 0 33 на частотах диэлектрической проницаемости, нуж-.,Ф50-10 ф Гц) . При частотах меньших но Фильтровать суспензию черезУм 50 Гц, значительное влияние сказы- , Фильтр с постояннои скоростью вает поляризация, а при частотах,.больших 10 Гц, усложняется техни- ,= К 2 , тогда концентрацйя. мик= ка эксперимента. роорганизмовКонцентрацию микроорганизмов поскорости изменения диэлектрическойпроницаемости Фильтра с адсорбироМЮп м Е ДВЕ ванными микроорганизмами (дЕ/дс ) Ж можно представить в виде Чм ф С=К К ИпЕ Е,1 2 где Функция%щ "6 Е,МЯ дФ,Я 3А= К.1 К ЬЪ Е Е Ьчопределяется калибровкой.В противном случае, т.е. когдаскорость фильтрации не постоянна,понизится точность определения кон 35центрации микроорганизмов иэ-за неоп"ределенности закона изменения скорости фильтрации суспензии,Определение концентрации (С) осуществляется по скорости измене".ния измеряемого параметраЯ - диэлектрическая проницаемость или у "электропроводность), т.е. где Е д и Еф - диэлектрическаяпроницаемость и весовая доля адсорбированных микроорганизмов и диэлектрическая проницаемость материалаФильтра соответственно;а- скорость изменения весовМдоли адсорбированных микроорганимов з-,40В свою очередь величина (0 с дг.);.может быть представлена как Функцияскорости Фильтрации суспензии (дй /бс)и концентрации (С) микроорганизмов всуспензии 45т макро- ффиции. я ными, перигде К - коэффициент, зависящи постоянной датчика и размеров пористого накопителя. Этот коэ 50 ент определяется из калибровкЗначения напряженностей по80-120 В/см являются оптималь Это доказывают результаты экс ментов, приведенные в табл,101 3477 6 ТаГлица 1 Напряженность поля В/ом о 20 40 60 80 100 120 140 Процент удержанных микроорганизмов 100 100 ф 0 12 30 80 100 100 П р и м е р , фильтр й 1 диаметром 3 см и толщиной 1 см имеет средний размер пор 0,1 мм, фильтры М 2 иМ 3 имели такие же внешние размеры,ф но средний размер пор 0,5 мм (и 2)и 1 мм (Н 3) .фильтры располагают в областипостоянного электрического поля напряженностью 80 В/см и 120 В/см. Через эти фильтры прокачивали1000 мл взвеси дрожжевых клетокза, 2-3 мин. Концентрацию дрожжевыхклеток определяли на частотахР 0-1 10 В Гц по скорости изменения диэлектрической проницаемостиРезультаты сравнения с известным методом и абсолютным приведены втабл . 2, Измерение концентрации абсолютным методом проводилось путемотбора проб,Результаты в табл. 1 показывают, что полное, удержание микроорганизмов обеспечивают поля 80-120 В/см выше 120 В/см начинается активный ,электролиз воды в суспензии клеток,Интервал частот 50-10 Гц взят, исходя из расположения в этом интервале 50-10 ф Гц гигантской низкочастотной дисперсии, что резко.повышает точность измерений,К преимуществам предлагаемого способа относится также расширение диапазона измеряемых концентраций За-.счет эффекта накопления микроорганизмов в фильтре возможно измерение сколь угодно малых концентраций. Измерение высоких концентраций лимитируется лишь емкостью фильтра. Таблица 2 Напряженность постоянногоэлектрического поля содержание абсолютно сухих дрожжей,г/лОпыт Абсолютный способ Предлагаемый способ70 25 80 18 80 0,970,44 1,00,43 0,055 0 0,055 100,2 79 18 100 100,578,5200,980,44О 056 100 120 80 80 702531 18 19 910 2 100 0,990,440,053 1,00 0,430 055 1,00,43 0,055 П р и м е ч а н и е . Начался активный электролиз воды, резко снижающий результаты измерений.Содержание абсолютно сухих дрожжей,г/л Напряженность пос тоянного электрического поля Опыт Предлагаемы способ,053 Затраченное время на определение концентрации дрожжей предлагаемым способом может не превышать 20 с либо вообще измерения могут проводиться непрерывно, в то время как абсолютный весовой метод требует 3 ч, обеспечивая точность 1, Данные табл,2 показывают, что точность предлагаемого способа выше точности известных способов. По затрачиваемому времени предлагаемый способ может считаться экспресс-методом, а также обеспечивает автоматический контроль с повышенной точностью определения любых концентраций микроорганизмов в среде. Концентрация в кул ьтурдл ьной среде по данным весово го анализа,гlл Концентрацияв среде, по данным предлагаемго способа,.гl Ошибка в определении, Ф ид микроорганизма. ЗсоТС 11 шт,КС1,2 0,7 1) 0,8 4,214,3 5,6 011115, К2,5 80 17,1 0,5 6,3 33 0 1,6 8,1 1,2 С. - Тгор 1 са 1 з, Л С, сй 111 егпюпо 011, шт.58Рз, Г 1 цогезсепзС.пусо 1 еппа Щ Напзепца ро 1 увогрйаАзр, п 1 дегЕ. Со 11СгурСососсцз йегг 1 со 1 уз Клетка микроорганизма застревает(сорбируется) в малых отверстиях чувствительного элемента датчика, накап 2 з ливается там, что фиксирует вторичный прибор. Застревание клетки в ма" лом отверстии датчика известного кондуктометрического способа выводит его из строя. В данном способе наозв борот., сорбция клеток ведет к ростучувствительности. В табл. 3 представлены сравнительные данные по определению концентрации микроорганизмов известным и предложенным способом, а также ошибка в определении.Редактор О, Половка Заказ 2942/34 Тираж 521БНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб д, 4/5 Подписное филиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная, 4 9 1013477 10Использование предлагаемого спо- мально управлять биосинтезом, что соба контроля концентрации микроор- приведет к увеличению выхода конечганизмов в микробиологической про- ного продукта и повышению произвомыщленности позволит шире автоматизи- дительности труда. Ожидаемый годовой ровать производство, непрерывно конт- з экономический эффект при внедрении ролировать рост микроорганизмов, на одном биохимическом заводе состаЭто, в свою очередь, позволит опти- вит не менее 25 тыс. руб,