Способ определения скорости потребления кислорода микроорганизмами
Изобретение относится к способам контроля параметров процесса культивирования и направлено на повышение точности определения скорости поглощения кислорода микроорганизмами. В процессе культивирования микроорганизмов в ферментере создают режим замкнутой аэрации путем отключения внешней аэрации и циркуляции газовой фазы ферментера через культуральную жидкость. В этих условиях измеряют скорость изменения парциального давления растворенного кислорода (DP:DT)<SB POS="POST">I</SB>.Затем аэрацию полностью отключают и измеряют скорость изменения парциального давления растворенного кислорода (DP:DT)<SP POS="POST">II</SP>, а скорость потребления кислорода микроорганизмами вычисляют по формуле Q=-(DP:DT): RT(V:V<SB POS="POST">г</SB>) [1+(DP:DT)<SB POS="POST">I</SB>:(DP:DT)<SB POS="POST">II</SB>], где Q - скорость потребления кислорода микроорганизмами, ммоль/л.мин V<SB POS="POST">I</SB>V<SB POS="POST">г</SB> - объемы жидкой и газовой фаз, л R - универсальная газовая постоянная л. атм/ ммоль.град Т -абсолютная температура,град. 1 табл.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИК
m4 С 12 Q 3/00
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
dP
dt La
К (P-P) -QH т где Ри
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
AO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР (21) 4268237/28-13 (22) 25.06,87 (46) 15,05.89, Бюл. И 18 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт прикладной микробиологии (72) В.Б.Бабцов и С.В,Попова (53) 663,1 (088,8) (56) Авторское свидетельство СССР
11 958495, кл. С 12 N 1/ОО, 1981. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТИ ПОТРЕБЛЕНИЯ КИСЛОРОДА МИКРООРГАНИЗМАМИ (57) Изобретение относится к способам контроля параметров процесса культивирования и направлено на повьппение точности определения скорости поглощения кислорода микроорганизмами, В процессе культивирования микроорганизмов в ферментере создают режим
Изобретение относится к технической микробиологии и может быть использовано для контроля параметров процесса культивирования микроорга". низмов
Цель изобретения — повьппение точности определения скорости поглощения кислорода микроорганизмами.
Сущность предлагаемого способа заключается в следующем, Изменение парциального давления кислорода в культуральной жидкости определяется соотношениями процессов
его потребления культурой микроорганизмов и транспорта кислорода из газовой фазы в жидкость
„„SU„„1479519 А 1 замкнутой аэрации путем отключения внешней аэрации и циркуляции газовой фазы ферментера через культуральную жидкость ° В этих условиях измеряют скорость изменения парциального давления растворенного кислорода (dp:dt).
Затем аэрацию полностью отключают и измеряют скорость изменения парциального давления растворенного кислорода (dP:ЙТ)п, а скорость потребления кислорода микроорганизмами вычисляют по формуле Q = — (dP;dT):RT(V:V„) х х (1 + (йР:йТ) (dP;dt) где Q— скорость потребления кислорода микроорганизмами, ммоль/л мин, V, Чг объемы жидкой и газовой фаз, л1 RЖ универсальная газовая постоянная, л атм/амаль гран; Т вЂ” абсолютная тем- (/) пература, град. 1 табл.
С::
P - парциальные давления
r кислорода в жидкой и газовой фазах соответственно, атм — коэффициент массообмена
-! по кислороду, мин — скорость потребления кислорода, ммоль/л мин; — константа Генри,л атм/ммоль
Для определения скорости потребления кислорода сначала создают режим замкнутой аэрации, при которой отключают внешнюю аэрацию и осуществля3 1 47951 9 т ют аэрацию путем циркуляции газовой фазы, находящейся в ферментере через кулътуральную жидкость, Для процесса замкнутой аэрации можно, записать уравнение материального баланса
m4- m m„+ m + QVgtр (2) где ш, lm0 - количество кислорода в газовой .и жидкой фазе со- 0 ответственно в начале процесса замкнутой аэрации, ммоль;
m m - количество кислорода в газовой и жидкой фазе че- 15 реэ время ht ммоль.
Из уравнения Менделеева-Клайперона находим
В этом случае уравнение (1) принимает ваап (— -) =-QH
ЙР (7)
dt
Индекс II у производной обозначает режим отключенной аэрации. Из уравнений (б) и (7) получаем выражения для расчета скорости потребления кислорода микроорганизмами Я и константы Генри Н
1Р V Г dP
Q=-(— -) /RT — i1+ (— -) /
dt z Ч, dt
/(— — ) (8)
dP
dt. n
Н = (— -) /О (9)
dP
dt, п
Пример 1, Культуру Bacillus Ьиг пя1епв з культивируют в периоди ческом режиме в аэробных условиях на осветленной питательной среде, содержащей ферментативный гидролизат
БВК и солир 7» CaC1 1ó5ó, Мс С1 31 4пС1 0,3; МАМБО 0,3; Еп$0 0,2 при о
30 С в.ферментере, Объем культуральной жидкости Ч, 1,50 л, объем газовой фазы с учетом подводящих трубок
V„ 2,18 л.
В таблице представлены значения скорости потребления кислорода и константы Генри в разные моменты роста культуры, рассчитанные по формулам.
При замкнутой аэрации разность температур .щдкой и газовой фаз не прео вышала 1 С, объемы определены с точ-, ностью до 0,57. Погрешность при расчете величины О с учетом погрешности в определении температуры, отношений объемов и погрешности в определес1Р dp нии (- — ) и (— -) составляет 3-5Ж.
dt ? dt П
Определение скорости потребления кислорода микроорганизмами осуществляют по формуле
Vr 1 dP Г dP () /Г1 +
V RT dt 2 dt (3) P = С RT = — RT
r r Ч„. 20
/(д )„). (10) о тключают. где Р— давление кислорода в газог вой фазе, атм
С„- концентрация кислорода в газовой фазе, ммоль/л; 25
R — универсальная газовая посто-. янная л атм/ммоль град;
Т - абсолютная температура, град, Из уравнения Генри находим.
С =
m P (4)
V Н где С вЂ” концентрация кислорода в жидкости, ммоль/л.
Выразив Р> и Р иэ уравнений (2-4) и подставив в уравнение (1), получаем
dP m + шд V RT — = К - — - RT — P(l + — — )dt " Vr 7 Н
-Q — RT6t — QH .
V (5) г
В установившемся режиме при замкнутом цикле аэрации можно положить d Р йе — — = 0 и из уравнения (5) получаем
Vr 1 ЙР V RT
Q= (") (1+ )2
V RT dt е V„H где V и Ч вЂ” объемы жидкой и газоф вой фаз ферментера соответственно, а инденкс I у производной означает режим замкнутой аэрации, После проведения процесса культивирования в режиме замкнутой аэрации в течение времени, достаточном .чтобы определичь (-Y аэрацию полностью
dP
Иt z
Ошибка при расчете величины Q по известному способу может достигать 200Х за счет того, что пренебре,гают изменением растворимости кисло-. рода в культуральной жидкости в про- . цессе культивирования, Формула изоб рв тения
Способ определения скорости потребления кислорода микроорганизмами, dP, dP (- ) и (--) — скорости уменьше"
dt i dt ния парциального давления растворенного кислорода в режимах замкнутой аэрации и отключения аэрации соответственно, 10
К6нстанта
Генри. Н л а тм/ммоль
Скорость потребления кислорода, Q, ммоль/л мин
Время куль тив ироваиия, ч
0,24
0,24
ОЭ17
0,08
0,29
0,42
7,5
8,0
9,0
1О, 25
1095 !
5 2
0,06
0,07 .О 19
0,37
0,30
О 08 где Q — — скорость потребления кислорода, ммоль/л мин;
Составите ль Н.Алкеев
Техред Л.Сердюкова Корректор М.Васильева
Редактор M Недолуженко
° Заказ 2505/26,Тираж 501 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35,.Раушская наб., д. 4/5
Производственно-издательский комбинат "Патент" » r.Óæãîðîä, ул. Гагарина,101
5 14 предусматривающий их культивирование в аэробных условиях, отключение аэрации, измерение скорости уменьшения парциального давления растворенного кислорода и вычисление скорости потребления кислорода микроорганизмами, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, перед отключением аэрации осуществляют saмкнутую аэрацию путем принудительной циркуляции газовой фазы.ферментера через культуральную жидкость без газообмена с внешней средой, измерение в этих условиях скорости уменьшения парциального давления растворенного кислорода, а Йычисление скорости потребления кислорода микроорганизмами осуществляют по формуле
7951 9 6
7и V< — объемы жидкой и газовой фаэ ферментера соответственно, л;
R — универсальная газовая постоянная,л-атм/моль град, Т вЂ” абсолютная температура, p j