Metodele industriale de cultivare a microorganismelor

Metoda de cultivare depinde de scopul final al cultivării (obiectivul este fie acumularea de biomasă sau obținerea unui anumit produs rezidual - metabolit).

Fermentația (cultivarea) - este întregul set de operații succesive, prin realizarea unui inocul mediu de cultură pre-gătite și termostatat (inocul) pentru a finaliza creșterea și procesele biosintetice datorită epuizării mediu nutritiv.

Există mai multe căi de cultivare industriale de microorganisme diferite:

· Conținutul de oxigen (aerobe și anaerobe);

· Prin numărul de fermentatoare (single, duble și mai multe etape);

· Prezența sau absența agitării (dinamice și statice);

· La starea fizică a mediului nutritiv (superficiale și profunde);

· Etapele metodei (discontinuu, continuu și intermediare).

Cultivarea suprafață este cultivarea aerobă a microorganismelor pe suprafata mediu nutritiv lichid și granular. Astfel, microorganismele primesc direct oxigenul din aer. La o cultură superficială a lichidului microorganismele media cresc sub formă de filme. Cultivarea de suprafață se realizează în băi speciale - cuvele. Cultivarea de suprafață poate fi doar periodic, în timp ce cultivarea submersă poate fi realizată într-un lot și proces continuu.

Cultivarea profundă se realizează pe medii lichide, în care microorganismele sunt în curs de dezvoltare în întregul volum al mediului nutritiv. Combinația de mediu de creștere și microorganisme care cresc în ea numit lichid de cultură. Pus în aplicare prin cultivarea submersă în aparate speciale - fermentatoare echipat cu agitator și un sistem de alimentare cu aer steril pentru creșterea microorganismelor aerobe. Aerarea - suflare de aer steril prin lichid de cultură. Metoda adâncă este mai avantajoasă pentru industria decât metoda de suprafață, deoarece permite efectuarea mecanizarea completă și automatizarea procesului, pentru a evita procesul de infectare microflora străine.

cultivare lot. Întregul volum de mediu nutritiv se inoculează cu o cultură pură, care au fost crescute în condiții optime, o anumită perioadă de timp înainte de acumularea cantității dorite de produs dorit. Trebuie remarcat faptul că, din moment ce cultura se desfășoară pe un mediu non-revolving (într-un spital), celulele sunt întotdeauna într-un mediu în schimbare și să treacă prin toate etapele de creștere și dezvoltare a populației (Figura 4.1.). Astfel, sistemul periodic poate fi considerat ca un sistem închis în care rata de creștere a biomasei ar trebui să conveargă întotdeauna la zero sau din cauza lipsei de nutrienți sau datorită acumulării de metaboliți toxici în mediu. Metoda periodică a microorganismelor în creștere utilizate pentru a produce inoculul pentru anumite etape, precum și în producția microbiologică de aminoacizi, producerea de vaccin, etc.

Cultivarea continuă. Într-un proces continuu, în mod continuu cultivarea microorganismelor influx preparate de mediu proaspăt de cultură steril și continuu din aparatul prezentat în biomasă împreună cu formate de metaboliți (o astfel de metodă în cultură poate fi numit un sistem „deschis“). În cultivarea continuă a microorganismelor nu ar trebui să le lipsește substratul nutritiv, deoarece rata de aflux este echilibrat, cu o viteză de ieșire a biomasei. În plus, cultura nu este otrăvit produsele de metabolism - in acest mare avantaj al metodei de cultură continuă în comparație cu un periodic, avantajul de sistem „deschis“, în comparație cu un „închis“. Cultivarea flux continuu permite menținerea condițiilor constante de creștere a microorganismelor datorită limitării (limita) de orice factor de mediu. În cazul în care factorul de creștere de limitare este compoziția chimică a mediului de cultură, un proces numit cultivare chemostat. Un alt principiu de control al procesului - turbidostat. In timp ce, în teorie, relația dintre concentrația de biomasă și rata de diluție este supusă acelorași legi și turbidostate chemostat, metodele de control de proces sunt diferite.

Creștere în chemostat. Atunci când se cultivă în condițiile chemostat se menține o concentrație constantă de una dintre componentele medii (de exemplu, carbon). Cu acest lucru în condiții de chemostat menține o viteză constantă de creștere a culturii. Cultura microorganismului este în condiții de echilibru dinamic. La rata de diluție mediu de cultură chemostat este constantă în conformitate cu o populație de densitate dată. Deoarece soluția nutritivă Incoming implică suspendarea microorganismelor din aceeași rată de diluție skorostyu.Izmenyaya poate primi moduri, oferind rate de creștere diferite.

Creșterea în turbidostate. munca turbidostata se bazează pe menținerea unei concentrații constante a celulelor vii. Într-un vas pentru cultivarea tuturor substanțele nutritive sunt conținute în exces, iar rata de creștere bacteriană se apropie la maxim. Acesta aprovizionare mediu nutritiv este o celulă fotovoltaică la comandă, densitatea optică de înregistrare a culturii într-un fermentator. Rata de diluție este setat automat, în conformitate cu o populație de densitate dată.

fermentație continuă poate avea loc într-un sistem omogen de amestecare ideală, sistem complet de deplasare și dacă tipul de sistem solid-lichid.

ideale amestecare sisteme omogene. Sistemul de microorganisme perfecte de amestecare să crească în mediul de cultură la o compoziție constantă și, prin urmare, la un moment dat sunt în stare fiziologică aceeași, adică în starea de echilibru de echilibru dinamic. Prin numărul de fermentatoare sisteme omogene pot fi cu o singură treaptă, în două etape, și mai multe etape.

folosesc un singur sistem pentru a reveni celule pentru a produce concentrații ridicate de biomasă. în care celulele separate din fluidul de cultură de către pompă este reciclată înapoi în fermentator. Celulele retur (reciclare) este importantă în acele procese în care timpul de staționare a celulelor din fermentator nu reușește să-și realizeze potențialul în ceea ce privește sinteza produsului dorit.

Sistemele polifazice constau dintr-o serie de fermentatoare conectate în serie - baterie. Utilizarea sistemului multietajate permite obținerea unei culturi cu orice rată de creștere - de la faza de lag la exponențială și staționar. Mai multe etape de cultură se utilizează la prepararea acidului lactic, alcool etilic.

Sistem de deplasare completă de cultivare. Deschide sistem complet de deplasare diferă de sistemul de amestecare ideală în care cultura nu este amestecat în ea și reprezintă fluxul de fluid prin tubul. Cel mai frecvent aparat pentru cultivare în acest caz este fermentator tubular. sistem complet de deplasare este, de curgere prin cultură variantă lot tridimensională. O astfel de cultură în timpul însămânțării a descărcării trece prin toate etapele culturii lotului, faza de creștere nu este distribuită în timp și în spațiu, în care fiecare parte a fermentatorului la starea de echilibru corespunde unui anumit segment al curbei de creștere. Această metodă este utilizată pentru cultivarea proceselor anaerobe. Acest principiu poate fi utilizat în etapa de fermentare a producției de bere.

Sistem de tip solid-lichid. Prin sisteme solide de lichide de tipul celor menționate sisteme multifazice în care cultura crește la interfața diferitelor faze: lichid - fază solidă - gaz. In aceste sisteme, celulele sunt deținute de atașare la un suport solid - material de umplutură și proliferează pe acesta pentru a forma un film de biomasă. Un exemplu tipic este producerea oțetului în aparate de ras.

În acest sistem, un factor de limitare pentru microbi aerobe sunt oxigen și substratul (nutrienți). In filme subtiri fiecare atașat la suprafața celulei este asigurată pe deplin de aceste substanțe și este în măsură să crească și să se înmulțească rata maximă exponențială. Ca celule pentru a forma un film gros de creștere a biomasei limitate lor (straturile superioare nu este suficient oxigen, inferior - nutrienți).

Cultivarea microorganismelor din biomasa peliculogen este realizată într-o coloană de tip fermentator cu umplutură. Umplutura poate fi utilizat makronositel (cocs, tije, fulgi, mărgele de sticlă, etc.) și micropurtătoare (rășină Amberlite, particule de Sefadex etc.). Celulele cultivate în acest mod este numit imobilizat. Utilizarea celulelor imobilizate are mai multe avantaje:

· Este posibil pentru funcționarea pe termen lung a celulelor în cazul de fermentație continuă;

· Rezistența celulelor crescute la o varietate de factori de mediu nefavorabile (temperatura, pH-ul, concentrația substanțelor toxice și altele), ca urmare a imobilizare;

· Procedura de izolare simplificată utilizată și lichidul de cultură celulară care conține produsul dorit;

· Consumul redus de energie pentru întregul proces: prin reducerea (și, prin urmare, mai ieftin) dimensiuni fermentatoare utilizate; precum și prin simplificarea procedurilor de izolare și purificare a produsului final.

In Industrial sisteme de tip solid Microbiologie au fost utilizate în tratarea apelor reziduale, în producția de solvenți organici, acizi, etc.

moduri intermediare kultivirovaniya.Prodlenny proces discontinuu. precum și periodic, asigură o încărcare o singură dată și descărcarea fermentatorului. Cu toate acestea, dezvoltarea microorganismelor în ciclul procesului discontinuu extins sau Jgheaburi prelungit (lot sau adăugarea continuă de mediu nutritiv), sau din cauza retenție prelungită a celulelor din sistemul (cultura de dializă). În acest caz, faza exponențială prelungită și o fază de creștere liniară. Esența procesului de dializă este că cultura se dezvoltă în spațiul definit de o membrană semipermeabilă și produsele metabolice sunt difuzate în soluția externă. Cea mai simplă metodă de dializă - cultivarea în saci de celofan imersate în mediul de cultură.

proces de cultură multiciclice numit cele în care ciclul de cultivare cultură repetată de multe ori fără a mai multe containere de sterilizare. Cultivarea policiclic poate varia. Acesta poate fi realizat într-un fermentator, în mod repetat, repetarea unui ciclu complet de dezvoltare a culturii, fără întrerupere pentru sterilizare. Metodele efectuate într-un fermentator, se numește o singură treaptă.

Policiclici posibile procese. Multistep bazat pe principiul culturii discontinue secvențiale și repetate, care curge în mai multe fermentatoare conectate la baterie, în scopul de a utiliza o cultură extinsă. O variantă de realizare a unei astfel de metode este următoarea: cultura este crescut într-un bioreactor, iar în momentul în care se trece in faza de dezvoltare exponențială a inoculului de la ea este luată pentru a inocula reactorul următor. In primul reactor pentru faza de creștere cultura doraschivat dorită. Când cultura în al doilea reactor a ajuns la faza exponențială, este de asemenea realizat din reseeding într-un al treilea reactor etc. Deoarece cultura tot timpul passaged în faza exponențială, aceasta nu se produce imbatranire si degenerare. În plus, există un câștig în timp de mai multe fermentatoare sunt acționate simultan. procese policiclici cultivarea microorganismelor utilizate pentru obținerea de biomasă, și pentru producerea de produse microbiene sinteza - antibiotice, enzime extracelulare, aminoacizi. Aplicarea acestei metode permite de mai multe ori pentru a reduce costurile forței de muncă de producție a produsului în comparație cu un proces discontinuu.

In sistemele semicontinue, încărcarea totală și descărcarea se efectuează o dată fermentatorului, dar în procesul de creștere a părții de cultură a lichidului de cultură este drenat, iar volumul liber este umplut cu mediu proaspăt. Astfel funcționează sistemul de scurgere-add. Diferite variante ale sistemelor semicontinue utilizate în producția de drojdie, alge, antibiotice și acid citric.

Clasificarea proceselor de cultivare microorganisme este prezentată în Fig. 4.2.

procese microorganism de cultură

Fig. 4.2. Clasificarea proceselor de cultivare microorganisme prin etapele de proces

ÎNTREBĂRI PENTRU SINE:

1. Ce este o cultură pură?

2. Metode pentru izolarea culturilor pure de microorganisme.

3. Clasificarea mediilor de cultură pentru alte scopuri.

4. Factorii de creștere și sursele lor pentru cultivarea comercială a microorganismelor.

5. Metode de determinare a biomasei microbiene.

6. Metode de determinare a numărului de microorganisme.

7. În ce stadiu se observă atunci când microorganismele în creștere într-un mediu de cultură de neschimbat.

8. Ce metode de cultivare a microorganismelor cunosti?

9. Suprafața este diferită de cultivarea profundă?

10. Care este „cultura pură“, a unui microorganism?

11. Cum să obțineți și să păstreze culturi pure?

12. Dă definiția „cultură discontinuă“ a microorganismului.

13. Cum pot obține o șarjă de cultură?

14. Pentru caracterizarea logaritmică cultura batch faza de creștere.

sprijin 15. chemostat condiții de creștere continuă în cultură?

16. Condiții de sprijin turbidostata pentru creșterea continuă a culturii?

17. Ceea ce este diferit de cultura lot continuă?

18. Caracterizați creștere staționară cultură discontinuă fază.

19. Ce bacterii pot fi cultivate mod superficial?

20. Cum este cultivarea de microorganisme mod profund?

21. Principalele avantaje ale cultivării continuă a microorganismelor în industria