Способ управления культивированием микроорганизмов в группе реакторов

 

О П И С А Н И Е ()977489

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 02.07.80 (21) 2984864/29-15 с присоединением заявки №вЂ” (51) М. Кл э

С 12 N 1/00

Опубликовано 30.11.82. Бюллетень № 44

Дата опубликования описания 05.12.82 по делам изобретеиий и открытий (53) УДК 576.8. .093 (088.8) (72) Авторы изобретения

Ю. Н. Филипповский и Е. С. Попова с

Всесоюзный научно-исследовательский биотехнический институт (71) Заявитель (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ КУЛЬТИВИРОВАНИЕМ

МИКРООРГАНИЗМОВ В ГРУППЕ РЕАКТОРОВ

1оеудорстееииык комитет 23 П (23) Приоритет—

Изобретение относится к управлению и исследованию биологических процессов и может найти широкое применение в микробиологической промышленности.

Известен способ управления культивированием исследуемых культуры в равных условиях. При этом культивирование ведется одновременно в нескольких сосудах с общими нефелометром для контроля биомассы в процессе культивирования и электрическим приводом мешалок. Предусмотрена одновременная регистрация физико-химических показателей культуральных жидкостей в сосудах (1).

Недостатком известного способа является сложность аппаратурного оформления, трудоемкость оценки процесса культивирования и возможность ее субъективности.

Известен также способ управления культивированием микроорганизмов, где исследования проводятся в культиваторах, каждый из которых снабжен рядом систем поддержания заданных режимов (2) .

Недостатком способа является необходимость длительного ведения процесса при исследованиях, зависимость интенсивности фотосинтеза и физиологического состояния микроводорослей от условий их выращивания, что обуславливает большие трудозатраты проведения сопутствующих всему ходу процесса анализов состояния культуры в каждом культиваторе.

Цель изобретения — упрощение процесса и выявление эффективных режимов культивирования.

Поставленная цель достигается тем, что измерение оптической плотности и поддержание ее постоянной производят в одном из реакторов, а в остальных реакторах осуществляют слив и долив суспензии с частотоЙ и дозой, равными таковым для реактора, в котором производят измерение оптической плотности, причем в этих реакторах по окончании процесса культивирования измеряют плотность суспензии, сравнивают ее с поддерживаемой постоянно плотностью суспензии и по разности величин плотностей оценивают эффективность режимов культиви 0 PoBaHHsr.

Накопление суммарной разности плотностей в конце опыта позволяет оценить наглядно, что очень важно для биологических процессов, ход процесса в опытных реакто977489

t оп

pp= —, tn

gp <,,ц надбавка удельной скорости роста;

G и — конечная плотность биомассы в опытной камере;

G» — конечная плотность биомассы в контрольной камере; — время опыта.

Предлагаемый способ управления и исследования предусматривает осуществление текущего контроля плотности культуры в контрольном реакторе вручную или автоматически с помощью канала регулирования плотности. Кратность такого контроля весьма высока (до 2 — 3 раз/ч), операции рах, а следовательно, влияние на процесс исследуемых в опытных реакторах режимов.

Так, в достаточно широком аспекте проводятся исследования фоторежимов на культи вирова ние фотоавтотрофных микроорганизмов. Исследуются различные источники искусственного света, влияние различных частей спектра, влияние интенсивности света и т.д. на различные штаммы микроводорослей и при различных режимах культивирования. Культивирование в опытных и контрольном реакторах осуществляют в турбидостатном режиме, устанавливают контрольный световой режим в контрольном реакторе, исследуемые световые режимы — в опытных реакторах и по конечной плотности культуры судят о целесообразности исследуемого светового режима.

На чертеже приведена схема, поясняющая способ.

На схеме обозначены контрольный реактор 1 контрольны"; опытные реакторы 3,4 ...п; исследуемые источники 5, 6 ...m света; датчик 7 плотности; сосуд 8 с питательной средой; клапаны 9 подачи питательной среды; емкость 10 для сбора урожая.

Как видно из приведенной схемы, датчик 7 плотности установлен только на контрольном реакторе 1. В контрольном реакторе 1 проводится непрерывное культивирование микроорганизмов в турбидостатном режиме. По командам с датчика 7 плотности осуществляется долив среды из сосуда 8 с питательной средой как в контрольный реактор 1, так и в опытные 3,4...n и соответственно отбор урожая в емкость 10 для его сбора. В ходе процесса плотность биомассы в контрольном реакторе 1 остается постоянной. В опытных реакторах 3, 4...п концентрация биомассы возрастает (или уменьшается), если скорости роста культуры в них отличаются от скорости роста в контрольном реакторе. Количественно это приращение плотности выражается через надбавку удельной скорости роста

2О

2О

25 зо

55 слива — долива в каждом из реакторов проводятся по результатам замеров- плотности культуры в контрольном. Перед каждой операцией слива — долива проводится 1 анализ вместо нескольких, исключается влияние ошибок и неточности измерений в опытных реакторах, а флуктуации течения процесса в каждом из реакторов, обусловленные различными исходными условиями опыта (например, различными источниками света), при длительном ведении процесса накапливаются и в итоге обеспечивают четкий качественный показатель течения процесса, отпадает необходимость производства частных периодических анализов в опытных культиваторах. Например, при выборе в качестве интегрального показателя оценки процесса культивирования водорослей плотности культуры в результате п-кратных сливов — доливов суспензии в опытных реакторах, плотность культуры становится в них визуально очень высокой (темно-зеленая окраска суспензии) или наоборот низкой (светлая суспензия) . Такой наглядный результат позволяет судить о целесообразности использования того или иного светового режима или типа источника света для выращивания данного вида микроорганизмов.

Пример. Проводят культивирование клеток хлореллы (Chlorel1 a vulg. — термофильный штамм) в двух одинаковых плоских камерах. Одна камера освещается эталонным (опорным) источником света — лампой накаливания Кà — 1000 — 4. Другая камера освещалась исследуемым источником света — натриевой лампой высокого давления ДНаТ-400. Интенсивности фотосинтетически активной радиации (ФАР) в обеих камерах устанавливается по 100 Вт/м . В камере на лампе накаливания (контрольный культиватор) поддерживается на постоянном уровне оптическая плотность путем периодического измерения проб на фотокалориметре и разбавления культуры свежей питательной средой Тамия. В опытной камере на натриевой лампе контроля плотности не проводится, но каждое разбавление в ней проводят в точности такое же, как и в контрольной камере. В результате через двое суток непрерывного культивирования в контрольной камере плотность составляет 4 106 кг/ мл, а в опытной 44.206 кг/м.

Надбавка плотности в опытной камере свидетельствует о более интенсивном росте в ней клеток Chlorella (разность составляет

40 106 кг/мл). Надбавка удельной скорости роста:

Gos

hP= (и при G 44 106 кл/мл

G = 4.10 кл/мл

48 ч

Ьр = 0,05 ч

Таким образом, наличие даже небольшой разности удельных скоростей роста

977489

ВИИИПИ Заказ 9! 17/32 Тираж 505 Подписное

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4 приводит к накапливанию конечной разности плотностей, которую нетрудно выявить и измерить.

Предлагаемый способ позволяет осуществить дифференциальное культивирование. Его применение особенно перспективно для сравнительной оценки: интенсивности роста штаммов; эффективности питательных сред; температурных, световых и других режи мов выращивания микроорга низмов.

При использовании способа в оранжере- ях, например, при поддержании оптимальной влажности искусственной почвы полив осуществляют по сигналам контрольной аппаратуры, установленной выборочно в

1 — 2 кюветах с растениями. Нормальное развитие растений в остальных кюветах вполне наглядный показатель поддержания режима полива. в ходе вегетации. Отклонения, которые могут случиться в 1 — 2 кюветах при их общем количестве 50 — 100 вполне допустимы в сравнении с необходимостью сложной аппаратурной обвязки каждой кюветы.

Формула изобретения

Способ управления культивированием микроорганизмов в группе реакторов, включающий измерение оптической плотности суспензии по мере роста микроорганизмов, слив и долив суспензии для поддержания постоянной плотности микроорганизмов, отличающийся тем, что, с целью упрощения процесса и выявления эффективных режимов культРвирова ния, измерение оптической плотности и поддержание ее постоянной производят в одном из реакторов, а в остальных реакторах осуществляют слив и долив суспензии с частотой и дозой, равными таковым для реактора, в котором производят измерение оптической плотности, причем в этих реакторах по окончании процесса культивирования измеряют плотность суспензии, сравнивают ее с поддерживаемой постоянно плотностью суспензии и по разности величин плотностей оценивают эффективность режимов культивирования.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

l. Авторское свидетельство СССР № 169200, кл. С 12 N 1/10, !963.

2. Проблемы космической биологии. Т. 28

1975, с. 60 — 73.