PL214220B1 - Sposób sterowania procesem wzrostu drobnoustrojów, zwłaszcza drożdży piekarskich - Google Patents
Sposób sterowania procesem wzrostu drobnoustrojów, zwłaszcza drożdży piekarskichInfo
- Publication number
- PL214220B1 PL214220B1 PL381790A PL38179007A PL214220B1 PL 214220 B1 PL214220 B1 PL 214220B1 PL 381790 A PL381790 A PL 381790A PL 38179007 A PL38179007 A PL 38179007A PL 214220 B1 PL214220 B1 PL 214220B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- biomass
- profile
- initial
- nutrient
- product
- Prior art date
Links
- 240000004808 Saccharomyces cerevisiae Species 0.000 title claims description 17
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 15
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 claims description 25
- 235000014680 Saccharomyces cerevisiae Nutrition 0.000 claims description 16
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 claims description 12
- 238000013178 mathematical model Methods 0.000 claims description 4
- 230000000813 microbial effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000005457 optimization Methods 0.000 claims description 2
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 claims 1
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 4
- 239000002609 medium Substances 0.000 description 3
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 description 2
- 238000009395 breeding Methods 0.000 description 2
- 230000001488 breeding effect Effects 0.000 description 2
- 239000008103 glucose Substances 0.000 description 2
- 229940041514 candida albicans extract Drugs 0.000 description 1
- 238000009795 derivation Methods 0.000 description 1
- 239000006481 glucose medium Substances 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 230000004060 metabolic process Effects 0.000 description 1
- 230000003534 oscillatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 102220201851 rs143406017 Human genes 0.000 description 1
- 239000012138 yeast extract Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
- Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)
Description
(21) Numer zgłoszenia: 381790
Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (22) Data zgłoszenia: 20.02.2007 (51) Int.Cl.
C12N 1/18 (2006.01) C12Q 1/02 (2006.01) G06F 19/00 (2006.01) C12R 1/865 (2006.01)
| (54) Sposób sterowania procesem wzrostu drobnoustrojów, zwłaszcza drożdży piekarskich | |
| (73) Uprawniony z patentu: | |
| (43) Zgłoszenie ogłoszono: 01.09.2008 BUP 18/08 | UNIWERSYTET EKONOMICZNY WE WROCŁAWIU, Wrocław, PL |
| (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: 31.07.2013 WUP 07/13 | (72) Twórca(y) wynalazku: TADEUSZ MIŚKIEWICZ, Wrocław, PL DANIEL BOROWIAK, Wrocław, PL |
PL 214 220 B1
Opis wynalazku
Przedmiotem wynalazku jest sposób sterowania wzrostem drobnoustrojów, zwłaszcza drożdży piekarskich, w którym wykorzystano model matematyczny w postaci funkcji logistycznej jako podstawę sterowania dopływem pożywki.
Znanych jest wiele modeli matematycznych opisujących proces wzrostu drobnoustrojów, w tym drożdży piekarskich i ciągle powstają nowe. Ich przegląd znajduje się na przykład w pracy: Patnaik P.R. Oscillatory metabolism of Saccharomyces cerevisiae: an overview of mechanisms and models. Biotechnology Advances, t. 21, nr 3, s. 183-192, 2003r. Wadą wielu modeli matematycznych jest ich ogromna złożoność, wynikająca między innymi z faktu uwzględnienia dużej ilości informacji. W konsekwencji sprawia to, że ich zastosowanie w praktyce jest bardzo trudne. Jednym z prostszych modeli jest funkcja logistyczna, która jak wiadomo z pracy: Wachenheim D. E., Patterson J. A. i Ladisch A. R.: Analysis of the logistic function model: derivation and applications specific to batch cultured microorganisms. Bioresource Technology, t. 8 nr 2, s.157-164, 2003, bardzo dobrze opisuje okresowy proces przyrostu biomasy drobnoustrojów i nadaje się lepiej niż funkcja wykładnicza do prognozowania ich wzrostu. Właściwość tę z powodzeniem wykorzystano do sterowania dopływem pożywki w hodowli drożdży piekarskich: Miśkiewicz T., Borowiak D.: A logistic feeding profile for a fedbatch baker's yeast process. Electronic Journal of Polish Agricultural Universities, t.8, nr 4, 2005. W pracy tej pokazano, że optymalizacja dopływu pożywki prowadząca do maksymalizacji kryterium będącego iloczynem wydajności biomasy drożdży (Y) i ich szybkości właściwej wzrostu (μ) może być opisana za pomocą funkcji logistycznej wyrażonej równaniem: f(t) = a/(1+b e- ), w którym f(t) oznacza masę wprowadzonej do reaktora glukozy w czasie t, natomiast a, b, c są parametrami równania. Wadą tego sposobu jest brak powiązania wartości parametrów funkcji opisującej logistyczny profil dopływu pożywki, zapewniający maksymalizację iloczynu (Υ·μ), z początkową zawartością biomasy drożdży w reaktorze. Sprawia to, że dobranie parametrów a, b, c profilu maksymalizującego korzyści wyrażone tym iloczynem jest bardzo kłopotliwe.
Sposób według wynalazku polega na tym, że zautomatyzowano proces dobierania optymalnego profilu dozowania pożywki z punktu widzenia maksymalizowania iloczynu wydajności biomasy i szybkości właściwej wzrostu w zależności od początkowej zawartości biomasy drożdży w bioreaktorze. Automatyzację umożliwiło znalezienie liniowej zależności pomiędzy początkową zawartością biomasy w reaktorze, a profilem dopływu pożywki maksymalizującym iloczyn wydajności biomasy i szybkości właściwej wzrostu oraz zaimplementowanie tej zależności do algorytmu sterującego dopływem pożywki. Zależność pomiędzy początkową zawartością biomasy w reaktorze a profilem maksymalizującym iloczyn wydajności biomasy i szybkości właściwej wzrostu miała następująca postać:
m = -72,65+42,27'X(0) (gdzie: m - parametr reprezentujący profil dopływu pożywki, maksymalizujący iloczyn wydajności biomasy i szybkości właściwej wzrostu wyrażony w gramach, X(0) - początkowa zawartość biomasy wyrażona w g-i'1). Ilustracja tej zależności została pokazana na rysunku nr 1 (fig. 1.)
Sposób według wynalazku pozwala na automatyczne dobieranie takiego logistycznego profilu dopływu pożywki w hodowli drożdży piekarskich, który zapewnia maksymalizację wartości iloczynu wydajności biomasy i szybkości właściwej wzrostu tylko na podstawie znajomości początkowej zawartości biomasy drożdży w reaktorze.
Korzyści płynące z zastosowania sposobu według wynalazku ilustrują dane zamieszczone w tabeli 1, które pochodzą z ośmiu 12-godzinnych hodowli tego samego szczepu drożdży piekarskich na -1 syntetycznej pożywce glukozowej zawierającej (gf): glukozę (360), (NH4)2SO4 (104), KH2PO4 (60), MgSO4 · 7H2O (5), CaCI2 · 6 H2O (5) oraz ekstrakt drożdżowy (2). Wyjałowioną pożywkę wprowadzano do reaktora co 5 minut porcjami, których wielkość wynikała z profilu logistycznego opisanego równaniem: f(t) = a/(1+be- ). We wszystkich hodowlach bez użycia wynalazku (są one oznaczone literą N w tabeli 1) wartości parametrów równania logistycznego były identyczne (a=65g; b=20; c=0,3h-1), natomiast w przypadku hodowli z użyciem wynalazku (są one oznaczone literą T w tabeli 1) były inne dla każdej początkowej zawartości biomasy w reaktorze. Wartości parametrów a, b, c funkcji logistycznej obliczane były za pomocą programu sterującego na podstawie początkowej zawartości biomasy w reaktorze i automatycznie implementowane w algorytmie sterowania dopływem pożywki. Miernikiem korzyści wynikających z zastosowania wynalazku był iloczyn wydajności biomasy i szybkości właściwej wzrostu (kolumna 3 w tabeli 1). Wartości tego miernika (zaznaczono je czcionką wytłuszczoną)
PL 214 220 B1 były zawsze wyższe w hodowlach z użyciem wynalazku dla każdej początkowej zawartości biomasy w reaktorze.
T a b e l a nr 1. Dane charakteryzujące hodowle drożdży piekarskich bez wykorzystania sposobu według wynalazku i z jego użyciem
| Hodowla z użyciem wynalazku (T) lub bez niego (N) | Początkowa zawartość biomasy drożdży w reaktorze | Miernik korzyści zastosowania wynalazku (Υ·μ) |
| (g-i·1) | (g^g-1h-1) | |
| 1 | 2 | 3 |
| T | 2,1 | 0,083 |
| N | 2,1 | 0,080 |
| T | 3,0 | 0,087 |
| N | 3,0 | 0,071 |
| T | 5,0 | 0,071 |
| N | 5,0 | 0,063 |
| T | 6,1 | 0,050 |
| N | 6,1 | 0,039 |
Zastrzeżenie patentowe
Claims (1)
- Sposób sterowania procesem wzrostu drobnoustrojów, zwłaszcza drożdży piekarskich, polegający na dozowaniu pożywki w oparciu o czasowy profil jej dopływu opisany za pomocą modelu matematycznego w postaci funkcji logistycznej, znamienny tym, że profil dozowania pożywki maksymalizujący iloczyn wydajności biomasy i szybkości właściwej wzrostu w zależności od początkowej zawartości biomasy drożdży w bioreaktorze lub jej stężenia dobiera się automatycznie, poprzez zaimplementowanie w algorytmie sterującym dopływem pożywki liniowej zależności pomiędzy początkową zawartością biomasy w bioreaktorze lub jej stężeniem, a profilem maksymalizującym kryterium optymalizacji będące iloczynem wydajności biomasy i szybkości właściwej wzrostu.PL 214 220 B1RysunekFig.1. Graficzna ilustracja zależności pomiędzy profilem dopływu pożywki maksymalizującym iloczyn wydajności biomasy i szybkości właściwej wzrostu zależnie od początkowej zawartości biomasy w reaktorze200180160140 12010060 40 20 0 13 4 5Początkowa zawartość biomasy (g-r1)Departament Wydawnictw UP RP
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL381790A PL214220B1 (pl) | 2007-02-20 | 2007-02-20 | Sposób sterowania procesem wzrostu drobnoustrojów, zwłaszcza drożdży piekarskich |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL381790A PL214220B1 (pl) | 2007-02-20 | 2007-02-20 | Sposób sterowania procesem wzrostu drobnoustrojów, zwłaszcza drożdży piekarskich |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL381790A1 PL381790A1 (pl) | 2008-09-01 |
| PL214220B1 true PL214220B1 (pl) | 2013-07-31 |
Family
ID=43035997
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL381790A PL214220B1 (pl) | 2007-02-20 | 2007-02-20 | Sposób sterowania procesem wzrostu drobnoustrojów, zwłaszcza drożdży piekarskich |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| PL (1) | PL214220B1 (pl) |
-
2007
- 2007-02-20 PL PL381790A patent/PL214220B1/pl unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PL381790A1 (pl) | 2008-09-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Kumawat et al. | Rhizospheric microbiome: bio-based emerging strategies for sustainable agriculture development and future perspectives | |
| Barbosa | Microalgal photobioreactors: scale-up and optimisation | |
| Katarzyna et al. | Non-enclosure methods for non-suspended microalgae cultivation: literature review and research needs | |
| Ali et al. | Production of citric acid by Aspergillus niger using cane molasses in a stirred fermentor | |
| US20180132434A1 (en) | Method and system for capable of selecting optimal plant cultivation method | |
| Murphy et al. | Flux balancing of light and nutrients in a biofilm photobioreactor for maximizing photosynthetic productivity | |
| Vázquez-Romero et al. | Techno-economic analysis of microalgae production for aquafeed in Norway | |
| Krichnavaruk et al. | Enhanced productivity of Chaetoceros calcitrans in airlift photobioreactors | |
| Kawaroe et al. | Comparison of density, specific growth rate, biomass weight, and doubling time of microalgae Nannochloropsis sp. cultivated in Open Raceway Pond and Photobioreactor | |
| PL214220B1 (pl) | Sposób sterowania procesem wzrostu drobnoustrojów, zwłaszcza drożdży piekarskich | |
| Corrochano et al. | Photomorphogenesis and gravitropism in fungi | |
| CN109152341A (zh) | 借助于co2源来培养光合生物的方法 | |
| Dabadé | Shrimp quality and safety management along the supply chain in Benin | |
| García et al. | Mathematical Model of a Bubble Column for the Increased Growth of Arthrospira platensis and the Formation of Phycocyanin | |
| El-Baz et al. | Pilot Scale of Microalgal Production Using | |
| Ellert et al. | Design of experiments with small-scale bioreactor systems | |
| Mehta et al. | Statistical in vitro model for upscaling biofilm of Chroococcidiopsis cubana by media optimization and its protocol for DNA extraction | |
| Kvist et al. | Using evolutionary operation to improve yield in biotechnological processes | |
| Saguy et al. | Agri-Food Future: Strategic Insights Into Innovation, Sustainability, and Global Food Security | |
| Wysokinski et al. | Land as main production factor on dairy farms in Poland | |
| Wafi et al. | Performance Assessment of Automatic Feeder Technology in Intensive Shrimp Farming | |
| Ryszczuk et al. | Evaluation of mammalian fed-batch cultivations by two different models | |
| de Vasconcelos Barbosa | Microalgal Photobioreactors: Scale-up and Optimisation | |
| Chad | Statistical optimization of fermentation parameters for enhanced fibrinolytic enzyme production by Pseudomonas aeruginosa | |
| Jeong et al. | Integrating flux balance analysis into microalgae growth kinetics for dynamic simulation |