Немного о проекте моего отца

Аннотация
Способ управления ростом микроорганизмов в процессе получения их массы пищевого и кормового назначения. Цель изобретения - стабилизация качества биомассы в процессе их культивирования. Для этого выращивают микроорганизмы на известных для них средах и периодической культуре. По мере увеличения их биомассы регистрируют такие концентрации всех питательных компонентов и одновременно с этим проводят анализ качественного состава клеточной массы. Все данные наносят на график, ось абсцис которого представляет время роста микробной культуры, а ось ординат - все определяемые концентрации. Выделяют те моменты времени, и которые имело место наиболее подходящий качественный состав клеточной массы и соответствующие ему концентрации питательных компонентов. Верхние и нижние значения концентрации питательных компонентов. Верхние и нижние значения концентраций питательных компонентов соответственно делят на нижние и верхние концентрации биомассы и, таким образом, устанавливают оптимальную область удельных концентраций компонентов питательной среды. Далее, в процессе, например, непрерывного выращивания микроорганизмов полученные величины используются в качестве критерия для управления процессом, то есть для поддерживания оптимальных условий качественного микробиосинтеза.
Физико-Химические параметры биологической среды и управление микробиосинтезом. Николай Васильевич Золотухин.
Управление жизнедеятельностью клетки (одноклеточного организма) является одной из центральных проблем биологии и её прикладных разделов, а также первостепенной технологической задачей промышленных производств в различных физиологических активных веществ микробного проискождения. Решение данной проблемы имеет большое значение не только для более глубокого понимания структурной и функциональной организации живой материи, но  и для разработки соответствующих методов управления процессами жизнедеятельности на уровне клетки или клеточной популяции. Микробиологическое получение различных физиологически активных веществ, как известно, в настоящее время гораздо эффективнее химических способов. Тем не менее, в промышленном масштабе реализация микробиологических способов вообще проще и надёжнее. Это объясняется тем, что их прохождение в основном определяется внутренними фактормаи (параметрами), не доступными прямому, непрерывному измерению. Если в химических производствах основные параметры, например, концентрации ферментов, начальных промежуточных и конечных продуктов, а также рН, редокс потенциал и так далее, внутри клетки без разрушения биообъекта практически неопределяемы. В силу этого биологические процессы требуют иных способов контроля и тем более, управления. Очевидно, что те параметры, которые полностью обеспечивают течение химических реакций, в биологических процессах могут не быть определяющими, в ряде случаев полностью индеферентными к их изменениям. Например, прекращение роста клеток не обязательно сопровождается определёнными изменениями физико-химических параметров среды. В настоящем сообщении в общих чертах рассматриваются основы микробиосинтеза и роль физико-химических параметров среды в его управлении на примере модельного биологического объекта - водородных бактерий. Как известно жизнедеятельность микроба в первом приближении можно представить как совокупность энергетических и синтетических процессов, обеспечивающих размножение клеточных компонентов (биосинтез) которое завершается делением клетки. Эти процессы идут непрерывно при условии наличия в клетке определённых количеств энергии и элементов, из которых создаётся её структура. Всё это поступает в клетку в виде определённых веществ из окружающего её пространства, которые служат субстрактом для систем превращения вещества и энергии в соответствующие клеточные компоненты. Очевидно, что отношение количества аккумулированных веществ и энергии к количеству вновь синтезированной биомассы может характеризовать эффективность клеточного биосинтеза. Чем выше значение данного отношения, тем эффективнее процесс. Что касается качества вновь синтезируемой биомассы, то оно по-видимому определяется индивидуальными активностями вспех ферментных систем клетки, и сопряжённостью различных синтетических реакций, имеющих связи через общие исходные, промежуточные и конечные продукты. Иначе говоря, качество создаваемой биологической массы характеризуется отношением элементов, из которых она состоит. Например, отношение указывает на то, что созданная биомасса не содержит азот- фосфоросодержащих веществ, то есть белков, нуклеиновых кислот и их предшественников. Таким образом, регулируя работу энергетической и синтетической систем, клетки и составляющих их подсистем, появляется возможность стабилизировать качество получаемой биологической массы. Для исследования внутренней функциональной организации клетки или одноклеточных организмов решающее значение имеет правильный выбор биообъекта. Среди известных одноклеточных организмов наиболее доступными ( в смысле получения информации о связях между энергетическими и синтетическими процессами) являются водородные бактерии, так как именно для них уже разработаны методы управления основными - процессами их метаболизма. При помощи данных методов у водородных бактерийбыли выявлены следующие закономерности. Скорость роста микробных клеток есть величина переменная даже внутри одного вида и она поддаётся регулированию. Выход биомасссы на единицу израсходованного энергетического субстрата является переменной величиной и может принимать различные значения (положительные), включая и нулевые. Данная величина также поддаётся регулированию путём соответствующих воздействий на механизм холостого окисления субстрата и на его распределения. Перечисленные закономерности имеют место в широких диапазонах значений температуры, рН и окислительно-восстановительного потенциала питательной среды. Для удобства дальнейшего изложения рассмотрим в общем виде метаболизм клетки на примере водородных бактерий. На рисунке схематично представлены энергетическая и синтетическая системы данных микроорганизмов и исходные и конечные продукты. Как следует из данной системы данных микроорганизмов и исходные и конечные продукты. Как следует из данной схемы, жизнедеятельность водородных бактерий основана на поглощении элементарных веществ. аммиака и некоторых ионов) с последующим превращением их в соответствующие компоненты клетки. Данные превращения осуществляются энергетической и синтетической системами. Рассмотрим вкратце их работу. Энергетическая система у водородных бактерий принципиально не отличается от таковой, имеющейся в дрожжей и других одноклеточных организмов. Работа её в данном случае также сводится к высвобождению свободной энергии субстрата и превращению её в унифицированные формы, например в аденозинтрифосфат (АТФ). Субстратом для энергетической системы у водородных бактерий служит молекулярный водорот, а например у дрожжей - углеводы или углеводороды, а вернее - их водород. В обоих случаях клетки получают от электронов водорода в процессе перемещения их по ниспадающим энергетическим уровням на кислород или другой акцептор. В ходе данного перемещения часть энергии электронной трансформируется в соответствующие биоформы, а также рассеивается в окружающее пространство в виде тепла и других электромагнитных излучений. Очевидно, что чем больше энергии субстрата будет превращено например, в химические связи АТФ, тем эффективнее работа энергетической системы: тем выше выход биомассы по энергии. Синтетическая система у водородных бактерий, как и у остальных организмов, представлена множеством элементарных реакций и их совокупностей, в результате прохождения которых создаётся материальная основа жизнедеятельности, то есть воспроизводятся все компоненты клетки. На схеме они указаны в виде веществ, состоящих соответственно из водорода, углерода, азота, кислорода и так далее. Очевидно что для синтеза данных соединений необходим непрерывный приток в систему веществ, служащих источниками соответствующих элементов и энергии, необходимой для их соединения в определённые структуры. Работа синтетической системы, как и энергетической, сопровождается соответствующими материальными и энергетическими потерями. В данном случае также вполне очевидно, условие эффективной работы синтетической системы. Следует подчеркнуть тот факт, что работа синтетической системы может быть эффективной даже при условии высоких материальных потерь, то есть даже при интенсивном выходе из клетки интермедиатов метаболизма, если в качестве целевого продукта рассматривать не только клеточную массу, но и сами продукты жизнедеятельности (витамины, аминокислоты, антибиотики, спирт и так далее). Поэтому полную эффективность работы синтетической системы того или иного объекта следует рассчитывать не только по массе но и по количеству компонентов утраченных объектом (клеткой) в ходе жизнедеятельности. Из сказанного следует, что целью управления микробиосинтезом является прежде всего обеспечение эффективной работы энергетической и синтетической систем микробных клеток. Для выполнения данного условия, очевидно, необходимо иметь информацию о связи между указанными системами. Рассмотрим это положение на конкретных примерах, без учёта влияния генетической системы клетки. По современным данным и общепринятым представлениям между энергетической и синтетической системами клетки существуют следующие связи. 1) Связь по общему субстрату. У водородных бактерий таковым является водород, у гетеротрофных организмов - сахара и другие вещества. 2) Связь по унифицированной форме энергии, например АТФ, продуцируемого энергетической системой. Интенсивность же работы энергетической системы (при прочих равных условиях) определяется скорость распада АТФ. В случае снижения данной величины до определённого уровня, в клетке происходит накопление АТФ. Это включает механизм, так называемого дыхательного контроля, который ингибирует реакции, синтезирующие АТФ. Это есть один из примеров отрицательной обратной связи в биологических системах. Снижение же концентрации АТФ снимает его ингибирующее действие на работу энергосистемы клетки и стимулирует дальнейшую работы. Иными словами, переодическое накопление АТФ выше критического уровня приводит работу энергетической системы клетки в колебательный режим. Синтетическая система при этом может работать в стационарном режиме. Как показывают исследования различных биологических объектов и явлений колебательные процессы широко распространены в живой природе и вполне вероятно, составляют основу для саморегулирования и самонастраивания живых систем. Следовательно разработки методов управления биопроцессами обязательно должны учитывать их колебательную природу и соответствующим образом реализовать их в процессе алгоритмизации. Роль же физико-химических параметров среды ( в определённых областях их значений) в данном случае сводится к нулю или к определённому минимуму. Рассмотрим это положение на конкретных примерах. На рисунке 2 показан рост водородных бактерий при различных значениях температуры и концентраций углеродного субстрата и кислорода. Эти данные показывают, что в присутствии углекислоты рост водородных бактерий идёт непрерывно, не смотря на значительные колебания температуры среды. Следовательно жёсткая стабилизация температуры среды. Следовательно жёсткая стабилизация температуры среды. Следовательно жёсткая стабилизация температуры среды. Следовательно жёсткая стабилизация температуры в данном случае не является обязательной. При остановке роста (из-за отсутствия углеродного субстрата или игибирования микробмосинтеза избытком кислорода в присутствии всех питательных компонентов в оптимальных количествах) любые температурные изменения не стимулируют рост бактерий. Следовательно, остановку и пуск микробиосинтеза можно осуществить путём соответствующего воздействия на внутриклеточные механизмы, вполне определённым способом. Аналогичным образом ведут себя дрожжи, для которых также изменения температуры от 20 до 38 градусов С не вызывают снижения их синтетической активности (также при прочих равных условиях). Здесь уместно также отметить, что уменьшение концентрации углеродного субстрата в 1,5-2 раза снижает биосинтетическую активность водородных бактерий в 10 и более раз. Повышение же парциального давления кислорода на несколько процентов значительно подавляет рост бактерий вплоть до полной остановки. Аналогичное действие кислорода на несколько процентов значительно подавляет рост бактерий вплоть до полной остановки. Аналогичное действие кислорода, как известно, проявляется и на других организмах. На рисунке 3 приведены данные по независимости роста водородных бактерий от рН среды в областяи 6,8 - 10 единиц. Подщелачивание среды в данном случае производили добавкам аммиака, а подкисление, то есть теми кислотно-щелочными компонентами, которые к тому же, являются элементами питания клеток. Из этих данных также не следует адекватность изменений физико-химической активности микробных клеток. Очевидно, что всем изменениям рН за счёт добавок, например, в отсутствии в среде будет однозначно соответствовать постоянство скорости роста микробов, численно равной нулю. Приведённые выше факты говорят о том, что на фоне меняющегося рН среды в клетке проходят все реакции, необходимые для её роста и давления. И наоборот, при самых "оптимальных" значениях рН не только отдельные системы, но вся клетка может не работать. В самой же клетке, вероятно, имеются возможности либо нейтрализовать действие рН среды собственной буферной ёмкостью или другим способом, либо внутриклеточные реакции в целой клетке вообще не чувствительны к изменениям рН в широком диапазоне. Поэтому в данном случае, также нет оснований для категоричных утверждений о непосредственной связи между значением рН окружающей среды и кинетикой внутреклеточных реакций. Этот параметр также не является прямым в регулировании внутриклеточных реакций и управлении процессами жизнедеятельности клеток. На рисунке 4 приведены изменения редокс потенциала среды и биосинтетической активности водородных бактерий на фоне изменяющихся рН. В данном случае изменения потенциала полностью определялись концентрациями кислорода и водорода в среде. Эти данные указывают на то, что редокс потенциал, как таковой, также не может служить "каналом" имеющим непосредственную связь с ходом внутриклеточных процессов и, тем более, служить параметром, селективно влияющим на отдельные реакции или их совокупность. Приведённые данные дают основание сделать соответствующий вывод. Значения температуры среды, концентрации в ней ионов её окислительно-восстановительные свойства в определённых областях их значений не имеют непосредственного отношения к закономерностям прохождения внутриклеточных процессов и реакций. Поэтому они не могут быть "опорными точками" в разработке и создании методов управления микробиосинтезом на уровне клетки, или, что всё равно, растущей клеточной популяции в промышленном аппарате. Эта также подтверждается многочисленными экспериментальными данными, получаемыми как в лабораториях, так и в условиях производства. Следовательно, основу управления микробиосинтезом могут составить только те методы, которые отражают и учитывают течение внутриклеточных реакций и процессов в их взаимозависимости и взаимосвязи. Таковыми, в частности, являются методы управления сложными динамическими системами, то есть методы кибернетики. Именно кибернетический подход к проблеме управления управления биопроцессами, вероятно может стать наиболее продуктивным и перспективным так как он базируется на понятиях отражающих динамическую природу процесса и требует обязательного выявления всех связей между отдельными его звеньями или подсистемами. Кроме того, кибернетика располагает высокопроизводительными средствами анализа, моделирования и управления процессами независимо от их природы.
Литература
1. Бауер Э.С. Теоретическая биология М.-Л. 1935 г.
2. Винер Н. Кибернетика. М. "Советское радио" 1958
3. Золотухин Н.В. Рост водородных бактерий при меняющихся концентрациях водорода и кислорода. Из АН СССР сер. биологии N3 1969г.
4. Золотухин Н.В. Наусные доклады высшей школы. биол. науки 8 1969г.
5. Золотухин Н.В. Исследование хемосинтеза у водородных бактерий условиях управляемого газового питания. Кандидатская диссертация Пущино на Оке 1970г.
6. Золотухин Н.В. Биофизика № 1 1972а
7. Золотухин Н.В. Биофизика № 4. 1972б
8. Иерусалимский Н.Д. Основы физиологии микробов М., 1963
9. Иерусалимский Н.Д. В сб. "Управляемый биосинтеза" Наука. М. 1966.
10. Чернавский Д.С. Иерусалимский Н.Д. 1966. Там же.
11. Кальве, Прат. Микрокалориметрия. ИЛ, 1963
12. "Колебательные процессы в биологических и химических системах" Сб. матер. всесоюзного симпозиума. Пущино на Оке 1967
13. Ленинджер Митохондрия. ИЛ 1966
14. Пасынский А.П. Биофизическая химия, "Высшая школа", М., 1968
15. Работнова И.Л. Роль физико-химических условий (рН и 2Н2) в жизнедеятельности микроорганизмов. Изд. АН СССР, М. 1957
16. Сент-Дьердьи. Биоэлектроника. "МИР" М., 1971.

 

Фиксация углекислоты развивающейся популяцией водородных бактерий.
Описан метод определения расхода и кинетики потребления СО2  растущей популяцией водородных бактерий. Метод основан на титровании суспензии растущих бактерий двуокисью углерода. Увеличение содержания растворённой СО2 и её потребление бактериями Hydrogenomonas Z=1 регистрировали по рН. Показано, что потребление СО2 бактериями НYZ=1 пропорционально росту биомассы. Причём, наиболее интенсивное включение СО2  происходит в лаг- и начале логарифмической фазах роста популяции. В отсутствие кислорода и при 30% его содержания в газовой смеси фиксацию СО2 бактериями НYZ=1 не наблюдали. Хемосинтетическая фиксация углекислоты водородокисляющими бактериями изучалась многими авторами (Лебедев, 1910; Беляева, 1950; Schatz, 1952; Marino, Clifton, 1955;  Packer, Vishniac, 1955; McFadden, Atkinson, 1955, 1957; Bergman etal, 1958; Zechtman etal, 1963, и другие). В ранних работах потребление СО2 водородными бактериями определяли из общего расхода газовой смеси за время роста (Лебедев 1910). Такой метод давал представление лишь об изменении начального состава газовой смеси и о количестве использованных Н2,О2 и СО2 за определённый промежуток времени. В более поздних работах по водородным бактериям для изучения потребления газообразных компонентов были применены методы газовой хроматографии (Zechtman etal, 1963), монометрии (Schatz, 1952) и радиоактивных изотопов (Bergman etal 1958). Этимиметодами в основном пользуются и сейчас. Методами монометрии и радиоактивных изотопов исследования обычно проводят на покоящихся клетках и бесклеточных препаратах водородных бактерий. Газовая хроматография применяется при длительном выращивании этих бактерий. Газовая хроматография применяется при длительном выращивании этих бактерий. Этот метод позволяет контролировать изменения газовой смеси за определённые промежутки времени. Исследования с применением данных методов показали, что фиксация СО2 проходит только при наличии кислорода и осуществляется реакциями пентозофосфатного цикла. Причём, этот процесс протекает всегда при Н2/O2 > 2. Настоящая работа посвящена изучению процесса фиксации СО2 растущей популяцией водородных бактерий в зависимости от фазы роста и физиологического состояния клеток.
Материалы и методы.
В опытах использовали активный штамм Hydrogenomonas Z-1, выделенный в Отделе физиологии хемосинтезирующих микроорганизмов ИНМИ АН СССР. Для выращивания данного штамма их применяли минеральные среды следующего состава (г/л): Среда №1 (рекомендованная Шлегелем Schlegel, etal, 1961): NaHPO4 - 9,0; KH2PO4- 1,5; NH4Cl-1,0; MgSO4-0,2; NaHCO3-0,5; CaCl2- 0,02, Fe (NH4) C6H5O7- 0,012 и микроэлементы Хогланда. Среда №2. KH2PO4 - 0,5; K2CO3-0,4; NaHCO3-0,6; H4CL-0,8; MgSO4-0,2,  остальные компоненты те же, что и для среды №1. Среда №3. NaHPO4-6,0; KH2PO4- 0,6;  остальные компоненты те же, что и для среды №1. Электроды. В качестве электрода сравнения применяли электрод марки ХСР 5268\ ЗИП, Гомель и рН-электрода - электрод марки ЭСЛ-11-04. Стерилизацию сред проводили в автоклаве при 1 атм. избыточного давления. Чистоты культуры проверяли путём высева проб на чашки с картофельным агаром. Изменения биомассы определяли по сухому весу или по оптической плотности на ФЭК-58 при длине волны 660 ммк. Расход СО2, O2 и Н2 определяли путём прямых измерений объёмов этих газов, подаваемых в реактор. Для этой цели использовали мерные цилиндры, соединённые системой резиновых шлангов и кранов с реактором и резервуарами с Н2, O2, и CO2. Определение углекислоты. Поскольку потребление газообразных компонентов при выращивании водородных бактерий на жидких средах происходит в жидкой фазе, нами была поставлена задача регистрации изменений именно растворённой СО2 в жидкой фазе реактора, то есть непосредственно в бактериальной суспензии. В основу нашего метода определения углекислоты были положены работы по определению СО2 в жидкой фазе по рН ( Spruit a. KOK, 1956, Siggard-Andersene.a., 1960). 1/ конечными продуктами хемосинтеза водородных бактерий являются клетки и вода. 2/ концентрации минеральных компонентов среды с увеличением биомассы только уменьшаются. 3/ можно подобрать такую минеральную среду, кислотно-щелочные свойства которой будут определяться содержанием в ней углекислоты не зависимо от концентрации бактерий. 4/ в геометрическом реакторе уменьшение содержания СО2 в жидкой и газовой фазах пропорционально росту бактерий и изменению рН.
Результаты и обсуждение.
Для проверки упомянутых допущений нами были проведены различные опыты со средами без бактерий и с растущими бактериями. На рис.1 показаны изменения рН при продувке сред смесью 80% Н2 + 10% О2 + 10% СО2. Из этих данных видно, что при высоком содержании фосфатов в среде и, следовательно, большой буфферной ёмкости смещение рН меньше, чем при малых значениях этих величин. Аналогичные результаты были получены и с суспензией растущих бактерий (рис.2 и 3). Кроме того, было установлено, что независимо от содержания фосфатов отклонение рН тем больше, чем больше СО2 в газовой фазе реактора (рис. 2 и 3), а расход СО2 возрастает с увеличением концентрации клеток. Изменения режима поступления СО2 в реактор рН меняется в ответ на добавление этого газа и потребление его клетками. Постоянное поступление СО2 в смеси с Н2 и О2 не приводит к изменениям кислотно-щелочных свойств среды (рисунок 4, участок АВ). Исключение СО2 из газовой смеси вызывает повышение рН (рисунок 4, участок ВС). Значит 10% СО2 в газовой смеси полностью потреблялись бактериями с той же скоростью, которой поступал этот газ. По мере увеличения биомассы в среде изменения рН при добавлении одного и того же количества СО2 в реактор повышаются. Можно предложить, что эти изменения наступают вследствие уменьшения концентрации минеральных компонентов. Таким образом, приведённые данные дают основания проводить различные исследования по метаболизму углерода у водородных бактерий в зависимости от физиологического состояния клеток и условий эксперемента. Для получения более полной картины процесса фиксации двуокиси углерода растущей популяцией Z=1 дальнейшие исследования проводили на интактной культуре. Продолжительность опытов достигала нескольких десятков часов. На рисунке 5 показаны изменение сухого веса биомассы и общего расхода СО2 на 1 мл. суспензии бактерий Z=1 дальнейшие исследования проводили на интактной культуре. Продолжительность опытов достигала нескольких десятков часов. На рисунке 5 показаны изменение сухого веса биомассы и общего расхода СО2 на 1 мл. суспензии бактерий Z=1. Из этих данных видно, что потребление СО2 клетками Z=1 пропорциональо увеличению биомассы. И это вполне очевидно. В опытах по изучению интенсивности процесса фиксации СО2 бактериями Z-1 по фазам роста была вскрыта интересная закономерность. Было установлено, что наиболее интенсивное включение СО2 происходит в лаг и начале логарифмической фазах роста бактерий. По мере перехода популяции в стационарную фазу роста интенсивность включения СО2. снижается (рис.6). Аналогичная закономерность в синтезе основных клеточных компонентов для данной культуры была показана ВЕДЕНИНОЙ (1968). Интенсивное включение СО2 бактериями Z-1 в указанных фазах роста,следовательно, связано с усиленным синтезом белков, нуклеиновых кислот и, в меньшей степени, других веществ. Увеличение содержания этих компонентов происходит, вероятно, за счёт ферментных систем, обеспечивающих синтез энергии и восстановление углекислоты. Исследование влияния кислорода на рост Z-1, окисление водорода и фиксацию СО2 показали, что все эти процессы полностью затормаживаются когда и клетки находятся в состоянии анаэробиоза. Добавление кислорода возобнавляет указанные процессы. Увеличение О2 до 30% также останавливает рост и фиксацию СО2  показали, что все эти процессы полностью затормаживаются когда клетки находятся в состоянии анаэробиоза. Добавление кислорода возобнавляет указанные процессы. Увеличение О2 до 30% также останавливает рост и фиксацию СО2  показали, что все эти процессы полностью затормаживаются когда клетки находятся в состоянии анаэробиоза. Добавление кислорода возобнавляет указанные процессы. Увеличение О2 до 30% также останавливает рост и фиксацию СО2. На рис.7 приведена типичная картина изменений роста и потребление СО2 бактериями Z-1 под влиянием кислорода. После подачи 40 мл СО2  и 20мл кислорода в реактор поступал только водород. По мере потребления кислорода (эти данные на рисунке не показаны) наступало замедление роста и потребления СО2 (участок АВ). Полное исчерпание О2 прекращало рост и фиксацию (Участок ВС). Последующее добавление СО2 вызывало только снижение рН без дальнейшего повышения. Добавление же кислорода немедленно стимулировало рост биомассы и потребление СО2 вызывало только снижение рН без дальнейшего его повышения. Добавление же кислорода немедленно стимулировало рост биомассы и потребление СО2 (участок СД). Аналогичная картина наблюдалась и при снижении высоких парциальных давлений О2 (>25%) до оптимальных. (<22%, =22%). Приведённые выше данные указывают на прямую зависимость процесса фиксации углекислоты у водородных бактерий от реакций синтеза бактерий от реакций синтеза энергии, в которых конечным акцептором электронов служит кислород. Последний, вероятно, может влиять на процесс фиксации СО2 следующим образом: при снижении парциального давления кислорода до нуля происходит полное восстановление компонентов дыхательной цепи. Вследствие этого окисление водорода, перенос электронов по дыхательной цепи и синтез богатых энергией соединений прекращаются, что, в свою очередь, приводит к прекращению фиксации СО2. В случае высоких парциальных давлений кислорода, вероятно, возникает холостое окисление водорода. При этом через некоторое время наступает полное истощение ранее синтезируемой энергии и превращении фиксации СО2.
 
Рис.5. Потребление СО2 (1) растущими плетками Н.Z-1 и изменение биомассы (2). Бактерии выращивались на среде №3. Остальные условия те же, что и на рисунке 1.
 
Рис 3.
 
Рис.7
 
Рисунок 1                Рисунок 2
 
Рисунок 5. Расход СО2 (х-х) на единицу биомассы Hydrogenononas Z-1 в давлении массы от фазы роста культуры. кривая роста.
 
Рисунок 6 Ингибирование и стимуляци потребования СО2 и роста Hydrogenononas Z-1 кислородом (пояснение в тексте). кривая роста, изменения рН.
 
Рисунок 6. Расход СО2 (х-х) на единицу биомассы в зависимости от фазы роста бактерий Н. Z-1. изменения сухого веса биомассы. Условия те же, что и на рисунке 3.
Подписи к рисункам.
Рисунок 1. Изменения РН сред №1 (1) и №2 (2) при продувани их смесью составом: 80 % Н2+10% О2+10%СО2. Стрелками показаны начала продувания. Рисунок 2. Изменения рН (1) и оптимистической плотности суспензии растущих клеток Hydrogenomonas Z=1 (2). Стрелками показаны моменты добавления СО2 в реактор (мл): 1-80, 2-50. Среда №1, Т=30 градусов, объём реактор (мл): 1-80, 2-50. Среда №1, Т=30 градусов, объём жидкой фазы реактора-0,5 л., газовой- 0,7 л. Число оборотов магнитной мешалки-1200 об\минуты. Рисунок 3. Изменения рН(1) и оптической плотности суспензии растущих клеток  Hydrogenomonas Z=1 (2). Стрелками показаны моменты добавления СО2 в реактор (мл): 1-44, 2-54, и 3-84. Среда №2. Остальные условия те же, что на рисунке 2. Обозначения смотрите на рисунке 2. Рисунок 4. Изменения рН (1) и оптической плотности суспензии растущих клеток  Hydrogenomonas Z=1(2) стрелками показаны моменты добавления СО2 в реактор (мл): 1-44, 2-54, и 3-84. Среда №2. Остальные условия те же, что и на рисунке 2. Обозначения смотрите на рисунке 2. Рисунок 4. Изменения рН(1) и оптической плотности суспензии растущих клеток Hydrogenomonas Z=1(2) Стрелками показаны моменты добавления газов: 1-80 мл СО2; 2-55 мл СО2; 3-76 мл. СО2; 4- 10%СО2+10%О2+80%Н2. Среда№2. Остальные обозначения смотрите на рисунке 2. Рисунок 5. Изменения общего расхода СО2 (1_ и сухого веса биомассы растущей популяции Hydrogenomonas Z=1 (2) стрелками показаны моменты добавления газов: 1-80 мл СО2; 2-55 мл СО2; 3-76 мл СО2; 4-10%СО2 +10%О2+80%Н2. Среда №2. Остальные обозначения смотрите на рисунке 2. Рисунок 5. Изменения общего расхода СО2(1) и сухого веса биомассы растущей популяции Hydrogenomonas Z=1 (2). Среда № 3. Остальные обозначения смотрите на рисунке 2. Рисунок 6. Расход СО2 на единицу сухого веса биомассы (1) в зависимости от фазы роста Hydrogenomonas Z=1 (2). Среда № 3. Остальные условия те же, что и на рисунке 2. Рисунок 6. Расход СО2 на единицу сухого веса биомассы (1) в зависимости от фазы роста  Hydrogenomonas Z=1 2-изменения сухого веса биомассы. Условия те же, что и на рисунке 5. Обозначения смотрите на рисунке 2.
Всесоюзный Научно-исследовательский биотехнический институт автор: Золотухин Н.В.
Способ получения биомассы микроорганизмов, использующих газообразные субстраты
Изобретение относится к технической микробиологии и способу получения биомассы микроорганизмов с максимальным использованием компонентов питательной среды. Известен способ получения биомассы, например, водородокисляющих микроорганизмов в непрерывной культуре, по которому культурная жидкость не возвращается, а скорость протока регулируются скоростные подачи в реактор питательной среды при помощи насоса. Кроме того, по данному способу осуществляется регистрация растворенных О2 и СО2, но не Н2 и источника азота. Уровень по данному способу фиксируется жестким трубопроводом, введённым в аппарат снизу на определённую его высоту. / Bonges, Medici, 1968. Bioregenerative systems/ . Недостатками данного способа являются: 1. большой расход минеральных солей на единицу синтезируемой биомассы: 2. Отсутствие датчиков на Н2 и источник азота; отсутсвие регулятора, согласующего со скорости выхода биомассы из реактора со скоростью подачи в него питательной среды; 4. невозможность регулирования уровня микробной культуры в реакторе в ходе процессса. Цель настоящего изобретения - разработка способа получения биомассы микроорганизмов в серильных условиях с максимальным использованием компонентов питательной среды. Поставленная цель постигается путём выращивания микроорганизмов в замкнутом по газам и жидкости и изолированной от посторонней флоры системе, при этом осуществляют циркуляцию газовой смеси по туру газового питания с регистрацией и поддержанием оптимальной концентрации каждого из газовых компонентов: бактерий подают в реактора через приемник в сепаратор для отделения биомассы от культурной жидкости, которую затем обогащают дозами смеси солей. Количество каждой из которых в дозе равно количеству её в биомассе, отделённой при сепарировании обогащаемого объёма культурной жидкости, и через бактериальные фильтры под действием вакуума подают в систему питания бактерий минеральными компонентами, а поддержание постоянства концентрации биомассы в аппарате и осуществляют регулированием потока среды, входящей в реактор непрерывно, при помощи датчика концентрации биомассы на выходе её из реактора и регулируют уровень микроной суспензии в реакторе высотой столба её на высоте из реактора, выполненном в виде гибкого трубопровода. Предлагаемый способ может осуществлен, например, при помощи системы, представленной на фигуре 1. Бактерии выращиваются в реакторе 1, в который введены датчики величины Н2:О2, концентрации растворенной углекислоты 3 и газообразного аммиака 4 Показания датчиков регистрируются и усиливаются усилителями 5-7 и передаются на контрольно-командное устройство 8, которое регулирует потоки соответствующих газов в зависимости от концентрации их в реакторе и скорости потребления клетками. Газы в реактор проходят через бактериальный фильтр 9, выполненный, например, из ваты. В реакторе газы смешиваются и циркулируют по замкнутому контуру через конденсатор паров воды 10, компрессор 1 фильтр и жидкую фазу реактора. Из реактора бактериальная суспензия через гибкий трубопровод 12 поступает в приёмник 13, газовая фаза которого соединена с газовой фазой реактора для обеспечения возможности выполнения приемника бактериальной культурой. Из приемника бактериальная суспензия, лишенная пузырьков газов, в результате отстоя, направляется в сепаратор 14, из которого биомасса поступает в сушилку или на обработку, а культурная жидкость - в сосуд для обогащения минеральными компонентами 15. В данный сосуд каждый минеральный компонент подается из соответствующего бункера 23 через смеситель 24, бункер 16 при помощи дозатора 17 и дозами, количественно равным содержанию его в биомассе, отдельной при сепарировании обогащаемого объёма культуральной жидкости. Для более интенсивного растворения солей в сосуде15, сквозь его жидкую фазу продувается воздух при помощи компрессора 18. После обогащения раствор подаётся через бактериальные фильтры 19 в сосуды 20 под действием вакуума, создаваемого в этих сосудах вакуумными насосами 21. После наполнения сосуда 20 питательной средой открывается сообщение его газовой фазой через фильтр 9 с тем, чтобы среда могла вытекать из сосуда в реактор. На схеме показано два сосуда, один из которых в тот или иной момент времени является рабочим, а другой в это время заполняется обогащённой культурной жидкостью. Регулирование скорости протока по данному способу осуществляется регулированием потока среды, входящей в реактор из сосудов 20, при помощи датчика концентрации биомассы 22 на выходе её из реактора и системы, регулирующей поток питательной среды в реактор, например, путём изменения сечения трубопровода, по которому среда поступает в реактор. Уровень культуры в реакторе поддерживается и регулируется путём сохранения или изменения положения гибкого трубопровода 12 в вертикальной плоскости, который вместе с реактором составляет систему сообщающихся сосудов. Перед началом процесса стерилизации подвергается: реактор; сосуды для сбора обогащённой культурной жидкости; трубопроводы, по которым жидкая среда поступает в реактор и магистрали для газов.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Способ получения биомассы микроорганизмов, использующих газообразные субстраты, на минеральной среде, например, водородокисляющих микроорганизмов, в условиях контролируемого питания и непрерывности процесса отличающийся тем, что с целью максимального исполязования компонентов питательной среды, выращивание микроорганизмов производят в замкнутой по газам жидкости и изолированной от проникновения посторонней микрофлоры системе, при этом осуществляют циркуляцию газовой смеси по контуру газового питания с регистрацией и подбактериальную суспензию из реактора через приёмник подают в сепаратор для отделения биомассы откултуральной жидкости, которую затем обогащают дозами смеси солей, количество каждой из которых в дозе равно количеству её в биомассе, отделённой при сепарировании обогащаемого объёма культуральной жидкости, и через бактериальные фильтры под действием вакуума подают в систему питания бактерий минеральными компонентами, а поддержание постоянства концентрации в реакторе осуществляют регулированием потока среды, входящей в реактор непрерывно, при помощи датчика концентрации биомассы на выходе ей из реактора и системы, меняющей поток минеральной среды, поступающей в реактор, и регулируют уровень микробной суспензии в реакторе высотой столба ей на выходе из реактора, выполненном в виде гибкого трубопровода. Автор:   Заместитель директора по науке . \К.М.Богданов\
"УТВЕРЖДАЮ"
Заместитель директора по науке ВНИИбиотехника
_______________\К.М.БОГДАНОВ\
"___" _______ 1971г.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
О полезности предполагаемого изобретения "Способ получения биомассы микроорганизмов, использующих газообразные субстраты".
1. На заключение представлен способ получения биомассы микроорганизмов, использующих газообразные субстраты, на минеральной среде в условиях контролируемого питания и непрерывности процесса, по которому выращивание микроорганизмов производят в замкнутой по газам и жидкости и изолированной от проникновения посторонней микрофлоры к системе, при этом осуществляют циркуляцию газовой смеси по контуру газового питания с регистрацией и поддержанием оптимальной концентрации каждого из газовых компонентов; бактериальную суспензию из реактора через приёмник подают в сепаратор для отделения биомассы от культуральной жидкости, которую затем обогащают дозами смеси солей, количество каждой из которых в дозе равно количеству её в биомассе, отделённой при сепаральные фильтры под действием вакуума подают в систему питания бактерии минеральными компонентами, а поддержание постоянства концентрации биомассы в реакторе регулируют потоком среды, входящую в реактор нептора и стистемы, меняющей поток минеральной среды, входящую в реактор нептора и системы, меняющей поток минеральной среды, поступающей в реактор, и регулируют уровень микробной суспензии в реакторе высотой столба ей на выходе из реактора, выполненном в виде гибкого трубопровода.
2. Прототипом данного способа является способ, по которому выращивание микроорганизмов производят в непрерывной культуре с подачей питательной среды при помощи насоса, регистрируют концентрации растворённых О2 и СО2 при помощи датчиков, а уровень культуры в реакторе поддерживают при помощи жёсткого трубопровода, введённого снизу в реактор на соответстующую его высоту.
3. Общими признаками предлагаемого способа и прототипа являются непрерывность процесса и контроль концентрации О2 и СО2 , а также поддержание постоянного уровня бактериальной суспензии в реакторе.
4. Предлагаемый способ проходит испытания \ лабораторные + в институте\ и даёт положительные результаты.
5. Предлагаемый способ полезен и нов. В данном способе найдены условия максимального превращения компонентов среды в биомассу, решена задача регулирования уровня микробной суспензии в реакторе в ходе процесса и обеспечивается стерильный возврат в реактор культуральной жидкости без её предварительного нагрева.
6. В связи с большим интересом, проявляемым зарубежными фирмами \США, ФРГ, Канады, Англии, ГДР, Японии и других\ к работам автора в данном направлении, считаем целесообразным патентование данного изобретения в США, Японии, ФРГ, Канаде, Англии, Франции, Италии, Дании, Венгрии.
Заведующий лабораторией физико-химического анализа \ Р.М. Терникова\
ВСЕСОЮЗНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ БИОТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
Автор: Золотухин Н.В.
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БИОМАССЫ МИКРООРГАНИЗМОВ ИСПОЛЬЗУЮЩИХ ГАЗООБРАЗНЫЕ СУБСТРАТЫ.
Изобретение относится к технической микробиологии и способу получения биомассы микроорганизмов с максимальным использованием компонентов питательной среды.
Известен способ получения биомассы, например, водородоокисляющих микроорганизмов в непрерывной культуре, по которому культурная жидкость не возвращается, а скорость протока регулируется скоростью подачи в реактор питательной среды при помощи насоса. Кроме того, по данному способу осуществляется регистрация растворенных О2 и СО2 , но не Н2 и источника азота. Уровень по данному способу фиксируется жёстким трубопроводом, введённым в аппарат снизу на определённую его высоту \ Bongers, Medici, 1968. Bioregenerative systems\
Недостатками данного способа являются: 1. большой раскол минеральных солей на единицу синтезируемой биомассы; 2. Отсутствие датчиков на Н2 и источники азота; отсутствие регулятора, согласующегося скорости выхода биомассы из реактора со скоростью подачи в него питательной среды; 4. невозможность регулирования уровня микробной культуры в реакторе в ходе процесса. Цель настоящего изобретения - разработка способа получения биомассы микроорганизмов в стерильных условиях с максимальным использованием компонентов питательной среды.
Поствленная цель достигается путём выращивания микроорганизмов в замкнутой по газам и жидкости и изолированной от посторонней микрофлоры системе, при этом осуществляют циркуляцию газовой смеси по контуру газового питания с регистрацией и поддержанием оптимальной концентрации каждого из газовых компонентов; бактериальную суспензию реактора через приёмник подают в сепаратор для отделения биомассы от культуральной жидкости, которую затем обогащают дозами смеси солей, количество каждой из которых в дозе равно количеству её в биомассе, отделённой при сепарировании обогащаемого объёма культуральной жидкости, и через бактериальные фильтры под действием  вакуума подают в систему питания бактерий минеральными компонентами, а поддержание постоянства концентрации биомассы в аппарате осуществляют регулированием потока среды, входящей в реактор непрерывно, при помощи датчика концентрации биомассы на выходе её из реактора и регулируют уровень микробной суспензии в реакторе высотой столба её на выходе из реактора, выполненном в виде гибкого трубопровода.
Предлагаемый способ может быть осуществлён, например, при помощи системы, представленной на фигуре 1. Бактерии выращиваются в реакторе 1, в которые введены датчики величины Н2:О2 2,  концентрации растворённой углекислоты 3 и газообразного аммиака 4. Показания датчиков регистрируются и усиливаются усилителями 5-7 и передаются на контрольно-командное устройство 8, которое регулирует потоки соответствующих газов в зависимости от концентрации их в реакторе и скорости потребления клетками. Газы в реактор проходят через бактериальный фильтр 9, выполненный, например, из ваты. В реакторе газы смешиваются и циркулируют по замкнутому контуру через конденсатор паров воды 10, компрессор 11 фильтр и жидкую фазу реактора.
Из реактора бактериальная суспензия через гибкий трубопровод 12 поступает в приёмник 13, газовая фаза которого соединена с газовой фазой реактора для обеспечения возможности наполнения приёмника бактериальной культурой. Из приемника бактериальная суспензия, лишеная пузырьков газов, в результате отстоя, направляется в сепаратор 14, из которого биомасса поступает в сушилку или на обработку, а культуральная жидкость - в сосуд для обогащения минеральными компонентами 15. В данный сосуд каждый минеральный компонент подаётся из соответствующего бункера 23 через смеситель 24, бункер 16 при помощи дозатора 17 и дозами, количественно равными содержанию его в биомассе, отделённой при сепарировании обогащаемого объёма культуральной жидкости. Для более интенсивного растворения солей в сосуде 15, сквозь его жидкую фазу продувается воздух при помощи компрессора 18. После обогащения раствор подаётся через бактериальные фильтры 19 в сосуды 20 под действием вакуума, создаваемого в этих сосудах вакуумными насосами 21. После наполнения сосуда 20 питательной средой открывается сообщение его газовод фазой через фильтр 9 с тем, чтобы среда могла вытекать из сосуда в реактор. На схеме показано два сосуда, один из которых в тот или иной момент времени является рабочим, а другой в это время заполняется обогащённой культуральной жидкостью.
Регулирование скорости протока по данному способу осуществляется регулированием потока среды, входящей в реактор из сосудов 20, при помощи датчика концентрации биомассы 22 на выходе её из реактора и системы, регулирующей поток питательной среды в реактор, например, путём изменения сечения трубопровода, по которому среда поступает в реактор.
Уровень культуры в реакторе поддерживается и регулируется путём сохранения или изменения положения гибкого трубопровода 12 в вертикальной плоскости, который вместе с реактором составляет систему сообщающихся сосудов.
Перед началом процесса стерилизации подвергаются: реактор; сосуды для сбора обогащённой культуральной жидкости; трубопроводы, по которым жидкая среда поступает в реактор и магистрали для газов.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Способ получения биомассы микроорганизмов, использующих газообразные субстраты, на минеральной среде, например, водородокисляющих микроорганизмов, в условиях контролируемого питания и непрерывности процесса, отличающихся там, что с целью максимального использования компонентов питательной среды, выращивание микроорганизмов производят в замкнутой по газам и жидкости и изолированной от проникновения посторонней микрофлоры системе, при этом осуществляют циркуляцию газовой смеси по контуру газового питания с регистрацией и поддержанием оптимальной концентрации каждого из газовых компонентов; бактериальную суспензию из реактора через приёмник подают в сепаратор для отделения биомассы откультуральной жидкости, которую затем обогащают дозами смеси солей, количество каждой из которых в дозе равно количеству её в биомассе, отделённой при сепарировании обогащаемого объёма культуральной жидвкости, и через бактериальные фильтры под действием вакуума подают в систему питания бактерий минеральными компонентами, а поддержание постоянства концентрации каждого из газовых компонентов; бактериальную суспензию из реактора через приёмник подают в сепаратор для отделения биомассы откультуральной жидкости, которую затем обогащают дозами смеси солей, количество каждой из которых в дозе равно количеству её в биомассе, отделённой при сепарировании обогащаемого объёма культуральной жидкости, и через бактериальные фильтры под действием вакуума подают в систему питания бактерий минеральными компонентами, а поддержание постоянства концентрации в реакторе осуществляют регулированием потока среды, входящей в реактор непрерывно, при помощи датчика концентрации биомассы на выходе её из реактора и системы, меняющей поток минеральной среды, поступающей в реактор, и регулируют уровень микробной суспензии в реакторе высотой столба её на выходе из реактора выполненном в виде гибкого трубопровода.
Автор: Заместитель директора по науке \К.М. Богданов\
"УТВЕРЖДАЮ"
Заместитель директора по науке ВНИИбиотехника
__________________________ \К.М. Богдаров\
"____" ____________________ 1971г.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
О полезности предполагаемого изобретения "Способ получения биомассы микроорганизмов, использующих газообразные субстракты".
1. На заключение представлен способ получения биомассы микроорганизмов, использующих газообразные субстраты, на минеральной среде в условиях контролируемого питания и непрерывности процесса, по которому выращивание микроорганизмов производят в замкнутой по газам и жидкости и изолированной от проникновения посторонней микрофлоры системе, при этом осуществляют циркуляцию газовой смеси по контуру газового питания с регистрацией и поддержанием оптимальной концентрации каждого из газовых компонентов; бактериальную суспензию из реактора через приёмник подают в сепаратор для отделения биомассы от культуральной жидкости, которую затем обогащают дозами смеси солей, количество каждой из которых в дозе равно количеству её в биомассе, отделённой при сепарировании обогащаемого объёма культуральной жидкости, и через бактерии минеральными компонентами, а поддержание постоянства концентрации биомассы в реакторе регулируют потоком среды, входящую в реактор непрерывно, при помощи датчика концентрации биомассы на выходе её из реактора системы, меняющей поток минеральной среды, поступающей в реактор, и регулируют уровень микробной суспензии в реакторе высотой столба её на выходе из реактора, выполненном в виде гибкого трубопровода.
2. Прототипом данного способа является способ, по которому выращивание микроорганизмов производят в непрерывной культуре с подачей питательной среды при помощи насоса, регистрируют концентрации растворённых О2 и СО2 при помощи датчиков, а уровень культуры в реакторе поддерживают при помощи жёсткого трубопровода, введённого снизу в реактор на соответствующую его высоту.
3. Общими признаками предлагаемого способа и прототипа являются непрерывность процесса и контроль концентрации О2 и СО2 , а также поддержание постоянного уровня бактериальной суспензии в реакторе.
4. Предлагаемый способ проходит испытания \ лабораторные + в институте\ и даёт положительные результаты.
5. Предлагаемый способ полезен и нов. В данном способе найдены условия максимального превращения компонентов среды в биомассу, решена задача регулирования уровня микробной суспензии в реакторе в ходе процесса и обеспечивается стерильный возврат в реактор культуральной жидкости без её предварительного нагрева.
6. В связи с большим интересом, проявляемым зарубежными фирмами \США, ФРГ, Канады, Англии, ГДР, Японии и других\ к работам автора в данном направлении, считаем целесообразным патентование данного изобретения в США, Японии, ФРГ, Канаде, Англии, Франции, Италии, Дании и Венгрии.
Заведующий лабораторией физико-химического анализа \Р.М. Терникова\
ВСЕСОЮЗНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ БИОТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ.
Автор: Золотухин Н.В.
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БИОМАССЫ МИКРООРГАНИЗМОВ,
ИСПОЛЬЗУЮЩИХ ГАЗООБРАЗНЫЕ СУБСТРАТЫ
Изобретение относится к технической микробиологии и способу получения биомассы микроорганизмов с максимальным и спользованием компонентов питательной среды.
Известен способ получения биомассы, например, водородокисляющих микроорганизмов в непрерывной культуре, по которому культурная жидкость не возвращается, а скорость протока регулируется скоростью подачи в реактор питательной среды при помощи насоса. Кроме того, по данному способу осуществляется регистрация растворённых О2 и СО2, но не Н2 и источника азота. Уровень по данному способу фиксируется жёстким трубопроводом, введённым в аппарат снизу на определённую его высоту \Bongers, Medici, 1968. Bioregenerative systems\
Недостатками данного способа являются: 1. большой расход минеральных солей на единицу синтезируемой биомассы; 2. отсутствие скорости выхода биомассы из реактора со скоростью подачи в него питательной среды; 3. невозможность регулирования уровня микробной культуры в реакторе в ходе процесса.
Цель настоящего изобретения - разработка способа получения биомассы микроорганизмов в стерильных условиях с максимальным использованием компонентов питательной среды.
Поставленная цель достигается путём выращивания микроорганизмов в замкнутой по газам и жидкости и изолированной от посторонней флоры системе, при этом осуществляют циркуляцию газовой смеси по туру газового питания с регистрацией и поддерживанием оптимальной концентрации каждого из газовых компонентов: бактериальную суспензию ректора через приёмник подают в сепаратор для отделения биомассы от культуральной жидкости, которую затем обогащают дозами смеси солей, количество каждой из которых в дозе равно количеству её в биомассе, отделённой при сепарировании обогащаемого объёма культуральной жидкости, и через бактериальные фильтры под действием вакуума подают в систему питания бактерий минеральными компонентами, а поддержание постоянства концентрации биомассы в аппарате осуществляют регулированием потока среды, входящей в реактор непрерывно, при помощи датчика концентрации биомассы на выходе её из реактора и регулируют уровень микробной суспензии в реакторе высотой столба её на выходе из реактора, выполненном в виде гибкого трубопровода.
Предлагаемый способ может быть осуществлён, например, при помощи системы, представленной на фигуре 1. Бактерии выращиваются в реакторе 1, в который введены датчики величины Н2:О2 2, концентрации растворённой углекислоты 3 и газообразного аммиака 4. Показания датчиков регистрируются и усиливаются усилителями 5-7 и передаются на контрольно-командное устройство 8, которое регулирует потоки соответствующих газов в зависимости от концентрации их в реакторе и скорости потребления клетками. Газы в реактор проходят через бактериальный фильтр 9, выполненный, например из ваты. В реакторе газы смешиваются и циркулируют по замкнутому контуру через конденсатор паров воды 10, компрессор 11 фильтр и жидкую фазу реактора.
Из реактора бактериальная суспензия через гибкий трубопровод 12 поступает в приёмник 13, газовая фаза которого соединена с газовой фазой реактора для обеспечения возможности наполнения приёмника бактериальной культурой. Из приёмника бактериальная суспензия, лишённая пузырьков газов, в результате отстоя, направляется в сепаратор 14, из которого биомасса поступает в сушилку или на обработку, а культуральная жидкость - в сосуд для обогащения минеральными компонентами 15. В данный сосуд каждый минеральный компонент подаётся из соответствующего бункера 23 через смеситель 24, бункер 16 при помощи дозатора 17 и дозами, количественно равным содержанию его в биомассе, отделённой при сепарировании обогащаемого объёма культуральной жидкости. Для более интенсивного растворения солей в сосуде 15, сквозь его жидкую фазу продувается воздух при помощи компрессора 18. После обогащения раствор подаётся через бактериальные фильтры 19 в сосуды 20 под действием вакуума, создаваемого в этих сосудах вакуумными насосами 21. После наполнения сосуда 20 питательной средой открывается сообщение его  газовой фазой через фильтр 9 с тем, чтобы среда могла вытекать в тот или иной момент времени является рабочим, а другой в это время заполняется обогащённой культуральной жидкостью.
Регулирование скорости протока по данному способу осуществляется регулированием потока среды, входящей в реактор из сосудов 20, при помощи датчика концентрации биомассы 22 на выходе её из реактора и системы, регулирующей поток питательной среды в реактор, например, путём изменения сечения трубопровода, по которому среда поступает в реактор.
Уровень культуры в реакторе поддерживается и регулируется путём сохранения или изменения положения гибкого трубопровода 12 в вертикальной плоскости, который вместе с реактором составляет систему сообщающихся сосудов.
Перед началом процесса стерилизации подвергаются: реактор; сосуды для сбора обогащёной культуральной жидкости; трубопроводы, по которым жидкая среда поступает в реактор и магистрали для газов.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Способ получения биомассы микроорганизмов, использующих газообразные субстраты, на минеральной среде, например, водородокисляющих микроорганизмов, в условиях контролируемого питания и непрерывности процесса, отличающийся тем, что с целью максимального использования компонентов питательной среды, выращивание микроорганизмов производят в замкнутой по газам и жидкости и изолированной от проникновения посторонней микрофлоры системе, при этом осуществляют циркуляцию газовой смеси по контуру газового питания с регистрацией и поддержинием оптимальной концентрации каждого из газовых компонентов; бактериальную суспензию из реактора через приёмник подают в сепаратор для отделения биомассы откультуральной жидкости, которую затем обогащают дозами смеси солей, количество каждой из которых в дозе равно количеству её в биомассе, отделённой при сепарировании обогащаемого объёма культуральной жидкости, и через бактериальные фильтры под действием вакуума подают в систему питания бактерий минеральными компонентами, а поддержание постоянства концентрации в реакторе осуществляют регулированием потока среды, входящей в реактор, и регулируют уровень микробной суспензии в реакторе высотой столба её на выходе из реактора выполненном в виде гибкого трубопровода.
Автор: Заместитель директора по науке \К.М. Богданов\
"УТВЕРЖДАЮ"
Заместитель директора по науке ВНИИбиотехника
__________________________ \К.М. Богдаров\
"____" ____________________ 1971г.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
О полезности предполагаемого изобретения "Способ получения биомассы микроорганизмов, использующих газообразные субстраты".
1. На заключение представлен способ получения биомассы микроорганизмов, использующих газообразные субстраты, на минеральной среде в условиях контролируемого питания и непрерывности процесса, по которому выращивание микроорганизмов производят в замкнутой по газам и жидкости и изолированной от проникновения посторонней микрофлоры системе, при этом осуществляют циркуляцию газовой смеси по контуру газового питания с регистрацией и поддержанием оптимальной концентрации каждого из газовых компонентов; бактериальную суспензию из реактора через прикости, которую затем обогащают дозами смеси солей, количество каждой из которых в дозе равно количеству её в биомассе, отделённой при сепарировании обогащаемого объёма культуральной жидкости и через бактерии минеральными компонентами, а поддержание постоянства концентрации биомассы в реакторе регулируют потоком среды, входящую в реактор нептора и системы, меняющей поток минеральной среды, поступающей в реактор и регулируют уровень микробной суспензии в реакторе высотой столба её на выходе из реактора, выполненном в виде гибкого трубопровода.
2. Прототипом данного способа является способ, по которому выращивание микроорганизмов производят в непрерывной культуре с подачей питательной среды при помощи насоса, регистрируют.