專利名稱：可燃性氣體傳感器在微生物發(fā)酵培養(yǎng)中的應(yīng)用與控制技術(shù)的制作方法
在微生物發(fā)酵培養(yǎng)過程中，因為大約微生物干重的50％是碳，因此碳源的選擇與控制具有及其重要的意義。一般來說，葡萄糖或甘油等化合物可以作為微生物生長的主要或唯一碳源，但是由于這些化合物無法在線監(jiān)測，因此伴隨微生物的迅猛生長，往往導(dǎo)致流加碳源控制戰(zhàn)略的實施被滯后，從而對微生物的生長、活性和目標(biāo)代謝產(chǎn)物的生產(chǎn)造成不良影響。如果用過量的玉米、豆餅或淀粉等原料作為碳源，又會因微生物無法充分利用而造成浪費和導(dǎo)致發(fā)酵廢水中有機物濃度過高，不利于廢水達(dá)標(biāo)排放。因此，在微生物發(fā)酵培養(yǎng)過程中，無論微生物生長到那個階段，始終能夠保持培養(yǎng)基中的碳源濃度恒定并能夠在線監(jiān)測具有非常重要的應(yīng)用價值。
與葡萄糖和甘油相比，既可溶解于水又易溶解于有機溶劑的乙醇具有分子量小且更易于進(jìn)入細(xì)胞從而被代謝吸收的優(yōu)點。但是正是由于乙醇容易進(jìn)入細(xì)胞，如果在培養(yǎng)基中的乙醇濃度超過1.0％(不同微生物可能略有差異)時，將會對微生物的生長和活性產(chǎn)生負(fù)面效應(yīng)。因此，如果采用乙醇作為微生物生長的碳源，始終能夠使培養(yǎng)基中的乙醇保持低濃度恒定是微生物發(fā)酵培養(yǎng)控制的一個最佳選擇。
為了解決這一科研難題，我們成功地創(chuàng)建了可燃性氣體傳感器-微生物發(fā)酵罐控制系統(tǒng)用于微生物發(fā)酵培養(yǎng)控制。其基本原理是在低濃度情況下，當(dāng)曝氣量為定值時，發(fā)酵罐培養(yǎng)基中的乙醇濃度與從發(fā)酵罐流出空氣中乙醇濃度之間存在線性關(guān)系。在微生物發(fā)酵培養(yǎng)過程中，隨著微生物對乙醇的利用，使培養(yǎng)基中和發(fā)酵罐流出空氣中的乙醇濃度都降低，流出空氣中乙醇濃度的減少將引起傳感器中氣敏元件電阻的升高，繼電器得到氣敏元件電阻升高到某一設(shè)定值的信號后，自動打開蠕動泵向發(fā)酵罐中流加乙醇作為微生物生長的碳源。隨著發(fā)酵罐培養(yǎng)基中乙醇濃度的增加，流出空氣中乙醇的濃度也相應(yīng)增加，導(dǎo)致傳感器氣敏元件電阻的降低，當(dāng)繼電器得到氣敏元件電阻降低到同一設(shè)定值的信號后，自動關(guān)閉蠕動泵停止流加乙醇。這樣通過可燃性氣體傳感器的控制，既可保持發(fā)酵罐培養(yǎng)基中乙醇濃度保持恒定，又可用記錄儀在線監(jiān)測培養(yǎng)基中乙醇濃度的變化。另外，可燃性氣體傳感器不僅可以應(yīng)用在乙醇的自動流加控制，而且可以應(yīng)用在甲醇等其它任何能揮發(fā)可燃性氣體的有機化合物的自動流加控制。
通過可燃性氣體傳感器，不僅可以監(jiān)測和控制發(fā)酵罐培養(yǎng)基中任何能揮發(fā)可燃性氣體有機物的濃度保持恒定，而且可以通過調(diào)節(jié)可燃性氣體傳感器和繼電器，使發(fā)酵罐培養(yǎng)基中能揮發(fā)可燃性氣體有機物的濃度在0.5g/L到50.0g/L范圍內(nèi)的任意選擇可調(diào)，進(jìn)行恒定或改變有機物濃度的控制。
為了借助于可燃性氣體傳感器對微生物生長所需的氮、磷或硫源進(jìn)行控制，可將含氮、磷或硫的化合物按一定比列與乙醇或任何其它能揮發(fā)可燃性氣體的有機物進(jìn)行混合作為流加液，使氮、磷和硫的供給量同樣可以得到控制。
本發(fā)明的突出優(yōu)點是在微生物發(fā)酵培養(yǎng)過程中，無論微生物生長到什麼階段，都可以通過可燃性氣體傳感器進(jìn)行自動流加控制，使培養(yǎng)基中能揮發(fā)可燃性氣體有機物的濃度保持恒定。在發(fā)酵培養(yǎng)結(jié)束時，可通過記錄儀的在線監(jiān)測，使作為微生物生長碳源的有機物被全部充分利用。這樣一方面可以最大程度降低生產(chǎn)成本，另一方面又可以使發(fā)酵廢水中的有機物濃度達(dá)到最低，有利于環(huán)境保護(hù)。
綜上所述，本發(fā)明是一項將可燃性氣體傳感器在微生物發(fā)酵培養(yǎng)控制中的應(yīng)用技術(shù)，在醫(yī)藥、食品和環(huán)境微生物發(fā)酵培養(yǎng)過程中具有及其重要且廣泛的應(yīng)用前景與價值。
說明書附圖
顯示，在微生物發(fā)酵培養(yǎng)過程中，當(dāng)曝氣量為定值時，從發(fā)酵罐流出空氣中乙醇或其它任何一種能揮發(fā)可燃性氣體有機物濃度的減小，將引起可燃性氣體傳感器氣敏元件電阻的增加，繼電器得到氣敏元件電阻升高到某一設(shè)定值的信號時，自動打開蠕動泵流加這種有機物。隨著培養(yǎng)基中能揮發(fā)可燃性氣體有機物濃度的升高，使流出空氣中可燃性氣體的濃度也隨之升高，導(dǎo)致氣敏元件的電阻減小。當(dāng)氣敏元件的電阻低于同一設(shè)定值時，繼電器自動斷開流加有機物的蠕動泵。采用此方法，可以使發(fā)酵罐培養(yǎng)基中的能揮發(fā)可燃性氣體有機物的濃度恒定控制在0.5g/L到50.0g/L之間的任何一個濃度。發(fā)酵罐培養(yǎng)基中能揮發(fā)可燃性氣體有機物的濃度可通過記錄儀進(jìn)行在線監(jiān)測，并可以通過調(diào)節(jié)可燃性氣體傳感器和繼電器，改變培養(yǎng)基中能揮發(fā)可燃性氣體有機物的濃度控制值。
權(quán)利要求
1 在微生物發(fā)酵培養(yǎng)過程中，用可燃性氣體傳感器在線監(jiān)測發(fā)酵罐流出空氣中可燃性氣體的濃度，通過繼電器開關(guān)控制蠕動泵或其它類型的泵，自動流加作為微生物生長碳源的乙醇或其它任何能揮發(fā)可燃性氣體的有機化合物，并始終使其在培養(yǎng)基中的濃度保持恒定。
2 在權(quán)利要求第1項記載的方法中，通過調(diào)節(jié)可燃性氣體傳感器和繼電器，可以使發(fā)酵罐培養(yǎng)基中的乙醇或其它任何能揮發(fā)可燃性氣體的有機化合物的濃度在0.5g/L到50.0g/L范圍內(nèi)任意可調(diào)，并保持恒定。
3 在權(quán)利要求第1項記載的方法中，通過記錄儀對發(fā)酵罐培養(yǎng)基中的乙醇或其它任何能揮發(fā)可燃性氣體的有機化合物濃度進(jìn)行在線監(jiān)測。
4 在微生物發(fā)酵培養(yǎng)過程中，將作為微生物生長氮、磷或硫源的含氮、磷或硫的化合物按一定比列與乙醇或其它任何能揮發(fā)可燃性氣體的有機化合物進(jìn)行混合作為流加液，使氮、磷和硫的供給量同樣可以通過可燃性氣體傳感器進(jìn)行流加控制。
5 將權(quán)利要求第1、2、3或4項記載的方法，在各種發(fā)酵罐和各種培養(yǎng)基中進(jìn)行微生物發(fā)酵培養(yǎng)的應(yīng)用與控制。
6 將權(quán)利要求第1、2、3或4項記載的方法，在各種微生物發(fā)酵培養(yǎng)中的應(yīng)用與控制。
全文摘要
在微生物發(fā)酵培養(yǎng)中,用可燃性氣體傳感器監(jiān)測發(fā)酵罐流出空氣中可燃性氣體濃度,并通過繼電器開關(guān)控制泵,自動流如作為微生物生長碳源的任何能揮發(fā)可燃性氣體的有機物,并使其在培養(yǎng)基中的濃度在0.5到50.0g/L范圍內(nèi)任何一個濃度下始終保持恒定。同時將含氮、磷或硫的化合物與能揮發(fā)可燃性氣體的有機物進(jìn)行混合作為微生物生長的氮、磷或硫源,使它們的流加量同樣可以通過可燃性氣體傳感器進(jìn)行控制。在微生物發(fā)酵培養(yǎng)中的重要的應(yīng)用價值。
文檔編號C12M1/36GK1303922SQ9912186
公開日2001年7月18日 申請日期1999年10月21日 優(yōu)先權(quán)日1999年10月21日
發(fā)明者閻海, 張洪勛, 楊敏, 潘綱, 吳剛 申請人:中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心