Система управления процессом культивирования микроорганизмов

 

Изобретение относится к микробиологической промышленности и может быть использовано в пищевой промышленности . Изобретение направлено на увеличение производительности ферментера за счет снижения расходных коэффициентов . Система управления процессом культивирования микроорганизмов включает пульт управления (ПУ) 5, блок датчиков контролируемых параметров (ЕДКИ) 2,вход которого соединен с ферментером 1, а выход - с первым

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (51)4 С 12 Q 3/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕПЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО.ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4230453/30-13 (22) 17.04.87 (46) 15,11.88. Еюл. У 42 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт биосинтеза белковых веществ (72) В.И.Огарков,К,A.ßíîâñêèé, В.Г.Попов, В.В.Кафаров, А.Ю.Винаров, Ю.Г..Козлов, Е.П.Пантелеев,В.И.Шихер, В.Г,Сухоручников, В.M.×åðíûé-Галафре, В.Г.Курочкин и В.А.Осипов (53) 663,15 (088 ° 8) (56) Авторское свидетельство СССР

N - 635736, кл. С 12 Q 3/00, 1976, „SU 1437 98 А1 (54) СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ПРОПЕССОМ

КУЛЪТИВИРОВАНИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ (57) Изобретение относится к микробиологической промышленности и может быть использовано в пищевой промышленности. Изобретение направлено на увеличение производительности ферментера за счет снижения расходных коэффициентов. Система управления процессом культивирования микроорганизмов включает пульт управления (ПУ) 5, блок датчиков контролируемых параметров (ЕДКП) 2,вход которого соединен с ферментером 1, а выход — с первым

14 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 - ГНУ 6, а выход блока сумматоров 3 соединен с блоком исполнительных механизмов 4,,,âûõîä 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 вы числителем 9, а второй - с формирователем коррекции, к входам которо37398

ro подключены БДКП 2, вычислит 1ь 9 и УВДХ и ИА 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 10 памяти, а блок 13 автоматического отбора и доставки пробы подключен к ферментеру и к входам блока 8 сканирующих микроскопов и УВДХ и MA 7. 2 ил. (1

Изобретение относится к микробиологической промышленности и может найти применение на заводах белково-витаминных концентратов, ферментов, антибиотиков, в производствах, связанных с культивированием микроорганизмов.

Цель изобретения — увеличение производительности ферментера за счет снижения расходных коэффициентов.

На фиг. 1 пр едставл ена схема пред- 10 .пагаемой системы;.на фиг,2 —. блок автоматического отбора и доставки проб, Система управления включает фер" ментер 1 блок 2 датчиков контролируемых параметров процесса ферментации, 1е блок 3 сумматоров, блок 4 исполнительных механизмов, пульт 5 управления, блок 6 начальных уставок управ.— ляемых параметров, устройства 7 ввода данных 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. распределения амплитуд яркостей, который обеспечивает увеличение точности и скорости измерения содержания активНых и ослабленных клеток. При сканировании препарата от блока 8 получают 30 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 пробы обеспечивает 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 культу37»Я

4 писанш ми )iа ст: —..". пах в блоке 10 памяти, если решение оказалось отрицательным (выход биомассы уменьшился, качество ее ухудшилось), то страница стирается из памяти. На этой же странице записываю во сколько ра3 увеличился экономический показатель.

С заданным дискр етом 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=uX- DX;

50 з

= У вЂ” < X, (4 (5 X +a

3 4 ры, Выход блока 12 соединен с входсл блока 10, что позволяет записать в память блока данные активности куль туры, а. блок 13 автоматического Отбора и доставки пробы подключен к ферментеру 1 для отбора культуральной среды, к входам блока 8 сканирующих микроскопов и к устройству 7 ввбда данных химического анализа с тем, чтобы обеспечить скоростную доставку отобранной пробы (в течение

2-3 мин) при сохранении физико-химических свойств и активности культуры.

Система управления процессом культивирования микроорганизмов работает следующим образом.

На пульт 5 управления и в блок 10 памяти поступают данные с блока 2 датчиков контролируемых физико-химических параметров, с вычислителя 9 отличительных морфологических признаков и данные химического анализа с устройства 7. По этим данным с пульта 5 принимается решение изменить в определенной 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 одну страницу рядом с данными блоков 2 и 12, устройства 7 и вычислителя 9, для которых было принято решение на изменение параметров. Если решение оказалось положительным, то эта страница с данными блоков 2 и 12, устройства 7 и вычислителя 9 и соответствующим решением на измение величины и знака компонента остается в блоке 10 памяти с cc cò ветствуюшими решениями.

Елок формировалиB 11 выбирает из блока 10 данные тои страницы книги для

5 заданного типа сырья, которые ближе всего к данным текущего процесса, и с этой страницы берется записанное ранее положительное решение на изме10 нение ycтавок блока 5.

В ка - .естве Отличительных эталонных признаков процесса ферментации (классоB). которые =-агисываютбя в блок 10 памяти. Ири прсведении реального про-. цесса на заводе принимаются следующие: показания дат-1икОB контролируемых параметров по Bcей технологической линии —..ро,;ecc=- ферментации, морфологические параметры-, Определяемые Вычис

20 лителе 9 культуры микрООрганизмов (самих микроорганизмов, включ ений B 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 активность культуры, рс cтавленная с помощью блока 13 из ферментера 1. Пробу помешают на предметное стекло и приготавливают препарат с монослойным расположением клеток, Препарат закрепляют на столике сканирующего микроскопа и определяют распределение амплитуд яркостей .

: Bbrx клеток в дрожжевой суспензии с последуюшим машинным анализом. Результаты анализа B " иде информации 0 процентчом содержании активных и ослаб40 ленных клеток B популяции поступают в блок 10 памяти, где эта информация используется для расчета удельной скорости роста микроорганизмов и формирования сигналов коррекции процесса в блоке 11 по следующему алгоритму.

Идентификация кинетических констант модели."

Расчет сигналов коррекции подачи

1углеродного питания и скорости. разве" дения D из условия минимума функции

1437398 хоцеом коэффициенте 1, 14), что являетсяя оптимальным дл..Г произво ". .

,3 jpp=u ß) л

Д (.л

Р (D - -: =- Т д Л

D qg ) o

aI д

BI

aB

3I

Р, (О) а (о) 1 где "i.

1 концентра ия биомассы; концентрация остаточных углеводов; расходный коэффициент и= па= 25 рафину; кинетические константы; удельная скорость роста микро ор Га низ мов, промежуточные перемеиные; :1п расходный коэффициент экзогенчого метаболизма (на поддержание жизни микроорганизмов); задание величины,цля данного

3 Ф штамма и аппарата.

"1 т

В 1 1

Предлагаемая система обеспечивает увеличение производительности ферментера до 30„4 т. биомассы в сутки при значении расходного коэффициента

1, 09 (rro сравнению с контрольным пе— риоцом, где производительность фер=.. ментера достигала 28,9 т/сут при рас=

Блок 13 автоматическо."о отбора и доставки проб подключен к блоку 8 сканирующих микроскопов и к устройст-, ву 7 ввода данных химического анализа 40 и обеспечивает быструю доставку отобранной пробы культуральной среды из ферментера 1, что сохраняет представительность культурной среды, ее физические, химические свойства и ак- 45 тивнасть популяции за счет сокращения времени дос" àâêè; при этом отобранная проба находится минимальное время (2-3 мин) в условиях, отличных от условий культивирования. 50 формула изобретения

Система 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 данных 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 входам 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, отличающаяся тем, что, с целью увеличения производительности ферментера за счет снижения расходных коэффициентов, в нее введены блски определения активности культуры rro функции распределения амплитуд яркостей дрожжевой суспензии и автоматического отбора и доставки проб среды, при этом вход блока. определения активности культуры соединен с выходом блока -..êàírpóþUrèõ 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.Петровых

Редактор И.Киштулинец Техред А. Кравчук Корректор В.Гирняк

Заказ 5857/26

Тираж 520 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1l3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4