Устройство для автоматического ферментативного определения концентрации пенициллина в процессе биосинтеза

 

Изобретение относится к устройствам для контроля процесса ферментации антибиотиков и направленно на повышение точности контроля концентрации пенициллина в процессе его биосинтеза. В снабженную мешалкой ячейку наливается анализируемый раствор. В него погружаются измерительный ферментный электрод, снабженный мембраной с иммобилизированной на ней пенициллиназой, дополнительный рН электрод, снабженный мембраной с инактивированным ферментом, и электрод сравнения. К ферментному электроду и электроду сравнения прикреплены катоды электролизеров, анод у которых общий и также погружен в анализируемый раствор. Токи электролиза электролизеров с помощью электронных схем, состоящих из регуляторов, сумматоров, задатчиков и преобразователей, поддерживаются такими, чтобы вблизи ферментного и дополнительного электрода величина рН была равна оптимальному значению для ферментативной реакции гидролиза пенициллина, при этом измеряются токи электролизов ферментного и дополнительного электродов, по разности которых определяется концентрация пенициллина в анализируемом растворе. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ.

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

А1 (19) (И) (51) 4 С 12 M 1/36 а .. 11 Я Ц г .:;) 1!

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPGHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ П(НТ СССР

1 (21) 4406328/30-13 (22) 16. 03. 88 (46) 30. 11.89. Бюп, Ф 44 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт антибиотиков (72) А.Г.Добролюбов, С.Б.Ицыгин, С.Н.Захаров, Т.П.Левадная, Ю.Э.Бартошевич, В.В.Бирюков, И.В.Кораблев, Д.Д.Гриншпан, Э.В.Ралис и В.И.Краняускас (53) 663. 1 (088.8) (56) Enbors S.Î., Nilsson Н. Enzyme

М1сгоЬ. Technol. vol. 1, 1979. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО

ФЕРМЕНТАТИВНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ПЕНИЦИЛЛИНА В ПРОЦЕССЕ БИОСИНТЕЗА (57) Изобретение относится к устройствам для контроля процесса ферментации антибиотиков и направлено на повышение точности контроля концентрации пенициллина в процессе его биосинтеэа. В снабженную мешалкой ячейку наливается анализируемый раИзобретение относится к микробиологическому производству, а именно к устройствам для контроля процесса ферментации антибиотиков.

Целью изобретения является повышение точности определения концентрации пенициллина в процессе его биосинтеза.

На чертеже приведена принципиальная схема устройства.

Устройство для автоматического

I ферментативного определения концент2 створ. В него погружаются измерительный ферментный электрод, снабженный мембраной с иммобилизованной на ней пенициллинаэой, дополнительный рН электрод, снабженный мембраной с инактивированным ферментом, и электрод сравнения. К ферментному электроду и электроду сравнения прикреплены катоды электролизеров, анод у которых общий и также погружен в анализируемый раствор. Токи электролиза электролизеров с помощью электронных схем, состоящих из регуляторов, сумматоров, задатчиков и преобразователей, поддерживаются такими, чтобы вблизи ферментного и дополнительного электродов величина рН быпа равна оптимальному значению для ферментативной реакции гидролиза пенициллина, при этом измеряются токи электролиэов ферментного и дополнительного электродов, по разности которых определяется концентрация пенициллина в анализируемом растворе. 1 ил. рации пенициллина в процессе биосинтеза содержит ферментный измерительный электрод 1, снабженный мембраной 2 с иммобилизованной на ней пенициллиназой, дополнительный рНэлектрод 3, снабженный ферментной мембраной 4 с инактивированным ферментом. Электрод 5 сравнения является общим для электродов 1 и 3, которые через преобразователи 6 и 7 подключены к первым входам сумматоров 8 и 9 соответственно, к вторым

1525206 входам сумматоров 8 и 9 подключены задатчики 10 и 11. Устройство также снабжено двумя электролизерами 12 и 13, которые подключены через регуляторы 14 и 15 соответственно к выходам сумматоров 8 и 9. Катод 16 электролизера 12 прикреплен к ферментному измерительному электроду

1, а катод 17 электролизера 13 — к дополнительному р Н-электроду 3.

Анод 18, общий для электролизеров

12 и 13, погружен в анализируемый раствор 19, находящийся в емкости

20, снабженной магнитной мешалкой

21, В цепь катодов электролизеров 12 и 13 включены измерители 22 и 23, измеряющие токи электролиза, выходы которых подключены к сумматору 24.

Устройство работает следующим образом.

Анализируемый раствор 19 наливают в емкость 20 и с помощью магнитной мешалки 21 перемешивают с постоянной скоростью. Для исключения влияния температуры на результат анализа емкость 20 термостатируется при температуре 37+0,5 С оптимальной для обеспечения максимальной скорости реакции ферментативного гидролиза.

При погружении электродной системы в анализируемый раствор пенициллина на стеклянных мембранах ферментного измерительного электрода 1 и дополнительного рН-электрода 3 возникают потенциалы, пропорциональные логарифмам активное и ионов водоро-. да в ферментных мембранах 2 и 4. Активность ионов водорода в ферментной мембране 2 связана с концентрацией кислоты, выделившейся в ходе ферментативной реакции, величиной рН и буферной емкостью анализируемого раствора. Активность ионов водорода в инактивированной ферментной мембране

4 определяется только величинами рН и буферной емкости анализируемого раствора. Потенциалы электродов 1 и

3, измеренные относительно электрода 5 сравнения, преобразуются высокоомными преобразователями 6 и 7, а их низкоомные выходные сигналы поступают соответственно на сумматоры 8 и 9, где сравниваются с сигналами эадатчиков рН 10 и 11. Величина задания рН одинакова для обоих электродов и соответствует значению рН, оптимальному для ферментативной реакции гидролиза пенициллиПример

Отношение плоВеличина погрешности определения концентрации пенициллина, Х щади анода к площади катода

5,45

3,83

2,32

2,29

2,28

1:1

2:1

3:1

4:1

5:1

2

50 4

П р и м е ч а н и е. Концентрация пенициллина 10; 0,1 Х

55 фосфатный буфер, Предлагаемое устройство может бытЫ использовано как для дискретного. на в присутствии специфичного фермента (пенициллиназы или пенициллинамидазы) .

Разности сигналов с сумматоров 8 и 9 поступают на входы электронных регуляторов 14 и 15 тока электролиза отрабатывающих ПИД-закон регулирования, таким образом, чтобы на каждом из электродов 1 и 3 в ферментных мембранах 2 и 4 поддерживалась оптимальная для ферментативной реакции величина рН, соответствующая заданию. Установившиеся значения токов электролиза, протекающих между катодами 16, 17 и общим анодом 18, измеряются с помощью измерителей 22 и 23 в цепи электролиза, проводимого в области ферментного измерительного

20 электрода и дополнительного рН-электрода соответственно. Замеренные величины гоков вычитаются с помощью сумматора 24, отградуированного в единицах концентрации пенициллина.

При этом концентрация пенициллина ° пропорциональна разности токов.

Обязательным условием для высокой точности определения концентрации пенициллина является использование

30 в электролизерах анода с площадью, в 3-5 раэ превышающей площадь каждого из катодов. Необходимость и достаточность этого условия проиллюстрирована таблицей, из которой видно, что при отношениях площади анода к площади катода, меньших чем 3:1, погрешность возрастает, а увеличение этой величины до 5: 1 практически не оказывает на погрешность никакого влияния

06

Ф1 о р м у л а и з обретения

Устройство для автоматического ферме нтатив ного определе ния конце нтрации пенициллина в процессе биосинтеза, содержащее ферментный электрод, дополнительный рН-электрод, преобра25

Составитель Н.Алкеев

Редактор Л.Веселовская Техред М.Ходанич Корректор Л.Бескид

Заказ 7188/20

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", г.Ужгород, ул. Гагарина,101

5 15252 так и для непрерывного определения концентрации пенициллина в технологических растворах за счет непрерывного прокачивания растворов через ячейку или при непосредственном по5 гружении электродной системы в термостатируемый реактор. Оно может быть также использовано для определения концентрации других субстратов (при использовании ферментных мембран с ферментами, специфичными к другим субстратам, например мочевины, глюкозы и др.), для которых реакция ферментативного гидролиэа сопровождается изменением активности ионов водо1 рода за счет диссоциации образовавшихся кислот. Применение устройства позволит значительно повысить точность оперативного определения суб- 20 страта. зователи и сумматор, о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, оно снабжено двумя электролизерами с анодом и катодами с электронными регуляторами, двумя дополнительными сумматорами, двумя задатчиками и двумя измерителями тока, при этом катоды электролизеров закреплены на ферментном электроде и дополнительном рН-электроде, а пло щадь общего анода электролизеров относится к площади каждого катода как

3: 1-5: 1, выходы преобразователей ферментного электрода и дополнительного рН-электрода соединены с первыми входами основного и одного дополнительного сумматоров, к вторым входам которых подсоединены соответственно два задатчика, выходы сумматоров подсоединены к двум электронным регуляторам электролизеров соответственно, а в цепь тока электролиза ферментного электрода и дополнительного рН-электрода включены два измерителя тока, выходы которых подключены к первому и второму входам второго дополнительного сумматора.