Промишлени методи за култивиране на микроорганизми

метод на култивиране зависи от крайната цел отглеждане (целта е или натрупване на биомаса, или получаване на някои отпадъци продукт - метаболит).

Ферментацията (култивиране) - е целия набор от последователни операции, като среда инокулум варени и термостатирана култура (инокулум) за завършване на растежа и биосинтетични процеси поради изчерпването на хранителна среда.

Има много начини, промишлено отглеждане на микроорганизми различни:

· Съдържанието на кислород (аеробни и анаеробни);

· На броя ферментатори (единични, двойни и многоетапни);

· Наличието или отсъствието на разбъркване (динамично и статично);

· На физическото състояние на хранителната среда (повърхностни и дълбоки);

· Етапите на метод (партида, постоянно и междинни).

култивиране на повърхността е аеробно култивиране на микроорганизми по повърхността на течността и гранулиран хранителен носители. Така микроорганизми директно получават кислород от въздуха. В повърхностна течност култивиране медийни микроорганизми растат под формата на филми. култивиране на повърхността се извършва в специални вани - кювети. култивиране на повърхността може да бъде само периодично, докато потопена отглеждане може да се проведе в една партида, и непрекъснат процес.

Дълбокото култивирането се извършва на течна среда, в която микроорганизми се развиват в целия обем на хранителната среда. Комбинацията от растежна среда и отглеждане на микроорганизми в него наречен течността култура. Изпълнено от потопена култивиране в специални апарати - ферментатори, снабдена с бъркалка и стерилна система за подаване на въздух за растежа на аеробни микроорганизми. Аерирането - разпенващ стерилен въздух през течност култура. Deep метод е по-изгодна за индустрията от метода на повърхността, тъй като дава възможност за извършване на пълна механизация и автоматизация на процеса, за да се избегне процеса инфекция външни микрофлора.

култивиране на партиди. Целият обем на хранителната среда се инокулира с чиста култура, които се отглеждат при оптимални условия, за определен период от време преди натрупването на желаното количество от желания продукт. Трябва да се отбележи, че тъй като културата се провежда на нереволвиране среда (в болница), клетките са винаги в променящата се среда и минават през всички етапи на растеж и развитие на населението (Фигура 4.1.). Така периодичната система може да се разглежда като затворена система, където скоростта на растеж на биомаса трябва винаги да клони към нула или поради липса на хранителни вещества или поради натрупването на токсични метаболити в средата. Периодичен метод за отглеждане на микроорганизми, използвани за получаване на инокулум за някои етапи, както и в микробиологичен производството на аминокиселини, производството на ваксина, и т.н.

Непрекъснато култивиране. В непрекъснат процес непрекъснато култивиране на микроорганизми получава приток на прясна стерилна хранителна среда и непрекъснато от устройството, показано на биомаса заедно с образуван от метаболити (например метод на култивиране може да се нарече "отворена" система). В непрекъснато култивиране на микроорганизми, не трябва да липсва хранителен субстрат, тъй като скоростта на притока е балансиран със скорост на излизане биомаса. Освен това, културата не е отровен продукти от обмяната на веществата - в това голямо предимство на метода непрекъсната култура в сравнение с периодично, в полза на "отворена" система в сравнение с "затворен". култивиране непрекъснат поток позволява да се поддържат постоянни условия за растеж на микроорганизми, дължащи се на ограничение (граница) на всеки един от факторите на околната среда. В случая, когато ограничаване растежен фактор е химическия състав на хранителната среда, процес наречен хемостатични култивиране. Друг принцип, управление на процеса - turbidostat. Докато на теория връзката между концентрацията на биомаса и степента на разреждане е предмет на същите закони и хемостатични turbidostate, методи за контрол на процеса са различни.

Растежът в хемостат. Когато се култивират при условията на хемостатични се поддържа постоянна концентрация на един от компонентите на средата (например въглен). С това в хемостат условия поддържа постоянна скорост на растеж на културата. Културата на микроорганизма е в условията на динамично равновесие. В скорост хемостатични среда разреждане култура е постоянна в съответствие с население дадена плътност. Както хранителния разтвор входящо това означава спиране на микроорганизми от същата скорост разреждане skorostyu.Izmenyaya може да получи режими, предоставяща различен растеж.

Ръстът на turbidostate. turbidostata работа се основава на поддържане на постоянна концентрация на живи клетки. В съд за култивиране на всички вещества се съдържат в излишък, и скоростта на растежа на бактериите се приближава до максимума. Тя хранителна среда за доставки е фотоволтаична клетка по команда, за записване на оптическата плътност на културата в апарат за ферментация. скорост на разреждане се настройва автоматично в съответствие с население дадена плътност.

Непрекъснато ферментация може да се извърши в хомогенна система идеално смесване, цялостна система за преместване и дали видът на твърдо-течно система.

идеално смесване хомогенни системи. Системата за смесване перфектни микроорганизми растат в средата за култивиране на постоянен състав и, следователно, по всяко време са в същото физиологично състояние, което е в стабилно състояние на динамично равновесие. По броя на ферментатори хомогенни системи могат да бъдат един етап, два етапа и многоетапен.

използват единна система за връщане на клетките да произвеждат висока концентрация на биомаса. в която клетките се отделят от културалната течност от помпата се рециклира обратно към ферментатора. Връщане клетки (рециклиране) е важно в тези процеси, в които времето на престой на клетките във ферментатора не успяват да реализират своя потенциал по отношение на синтеза на желания продукт.

Битови системи се състоят от поредица от последователно свързани ферментатори - батерия. Използването на многостепенен система позволява да се получи култура с всяка скорост на растеж - от забавяне фаза на експоненциално и неподвижно. Multi-етап на култивиране се използва при получаването на млечна киселина, етилов алкохол.

Система за пълно изместване на отглеждането. Отваряне цялостна система изместване различава от идеалната система за смесване с това, че културата не е смесен в него, и представлява флуидния поток през тръбата. Най-често устройството за отглеждане в този случай е тръбна ферментатор. цялостна система за преместване е триизмерен, потока вариант партида култура. Такава култура по време на засяването на разряд преминава през всички етапи на периодичната култура, етапа на растеж не е разпределена във времето и в пространството, където всяка част на ферментатора в стационарно състояние съответства на определен сегмент на кривата на растеж. Този метод се използва за отглеждане на анаеробни процеси. Този принцип може да се използва в етапа на ферментация на производство на бира.

Тип твърдо-течно система. Чрез твърдо-течно системи от типа, посочен многофазни системи, в които културата расте в интерфейса на различни фази: течност - твърда фаза - газ. В тези системи, клетките се държат от свързване към твърда подложка - пълнител и пролиферират тях да се образува филм биомаса. Типичен пример е производството на оцет в бръснене апарати.

В тази система, ограничаващ фактор за аеробни микроорганизми са кислород и субстрата (вещества). В тънки слоеве всеки прикрепен към клетъчната повърхност е напълно осигурено от тези вещества и е в състояние да растат и да се размножават максималната експоненциално. Тъй като клетките да образуват дебел филм на растеж биомаса техните ограничени (горни слоеве не е достатъчно кислород, по-ниски - хранителни вещества).

Отглеждането на микроорганизми от филмообразуващият биомасата се извършва в колона тип ферментатор с пълнител. Пълнителят може да се използва makronositel (кокс, пръти, люспи, стъклени перли, и т.н.) и микроносител (Amberlite смола, Sephadex частици и т.н.). Клетките, култивирани по този начин се нарича имобилизиран. Използването на имобилизирани клетки има няколко предимства:

· Възможно е да дългосрочна работа на клетки в случай на постоянна ферментация;

· Повишена устойчивост на клетки на различни неблагоприятни фактори на околната среда (температура, рН, концентрация на токсични вещества и други), в резултат на обездвижване;

· Опростена процедура изолация използва и течността от клетъчната култура, съдържаща желания продукт;

· Намалена консумация на енергия за целия процес: чрез намаляване (и следователно по-евтин) размери използват ферментатори; както и чрез опростяване на процедурите за изолиране и пречистване на крайния продукт.

В промишлени системи твърд тип микробиология са били използвани при пречистване на отпадъчни води, в производството на органични разтворители, киселини и т.н.

Междинните начини kultivirovaniya.Prodlenny периодичен процес. както и периодично, осигурява натоварване еднократно и разтоварване на ферментатора. Въпреки това, развитието на микроорганизмите в цикъла на процеса на удължено партида или удължени Водостоци (партида или непрекъснато добавяне на хранителна среда), или поради удължено задържане на клетките в системата (диализа култура) на. В този случай, продължителното експоненциална фаза и фаза на растеж. Същността на процеса на диализа е, че културата се развива в пространството, определено от полупропусклива мембрана и метаболитни продукти се разпръсква във външния разтвор. Най-простият метод на диализа - отглеждане в целофан торби потопени в културалната среда.

Многопръстен процес култура нарича тези, в които култивиране култура цикъл се повтаря много пъти, без множество стерилизационни контейнери. Полициклични култивиране може да варира. Той може да се провежда в ферментатор многократно повтаряне на пълния цикъл на развитие на културата, без прекъсване за стерилизация. Методите, извършвани в ферментатор се нарича един етап.

Полициклични възможни многоетапни процеси. основава на принципа на последователно и многократно партида култура, протичащ в няколко ферментатори свързани към батерията, за да се използва за продължителен култура. Едно изпълнение на този метод е както следва: културата се отглежда в биореактор, и по времето, когато той преминава в развитието си експоненциална фаза инокулум от това се взема за инокулиране на следващото реактора. В първия реактор до желаната фаза doraschivat растеж култура. Когато културата във втория реактор достига експоненциална фаза, също така е направен от презасяване в трета реактор и т.н. Тъй като култура през цялото време пасира в експоненциална фаза, това не се случва стареене и дегенерация. В допълнение, има печалба във времето, тъй като няколко ферментатори работят едновременно. Полициклични процеси култивиране на микроорганизми, използвани за получаване както биомаса и за производство на микробни продукти на синтеза - антибиотици, екстрацелуларни ензими, аминокиселини. Прилагането на този метод позволява на няколко пъти, за да намалят разходите за труд на производство на продукта в сравнение с партиден процес.

В полунепрекъснато системи, общият товаренето и разтоварването се извършва веднъж ферментатора, но в процеса на растеж на културата част на течност на културата се отделя, и свободен обем е изпълнен с прясна среда. Така работи системата за изтичане-добавка. Различни изпълнения на полунепрекъснато системи, използвани в производството на дрожди, водорасли, антибиотици и лимонена киселина.

Класификация на процесите микроорганизми култивиране е показано на фиг. 4.2.

микроорганизъм култивиране процеси

Фиг. 4.2. Класификация на култивиране микроорганизъм процеси от стъпките на процеса

ВЪПРОСИ ЗА СЕБЕ СИ:

1. Какво е чиста култура?

2. Методи за изолиране на чисти култури от микроорганизми.

3. Класификация на среди за други цели.

4. растежни фактори и техните източници на търговското отглеждане на микроорганизми.

5. Методи за определяне микробна биомаса.

6. Методи за определяне на броя на микроорганизмите.

7. Какво етап се наблюдава при отглеждане на микроорганизми в културална среда неизменна.

8. Какви са начините за култивиране на микроорганизми, знаеш ли?

9. повърхност е различен от отглеждането на дълбоко?

10. Какво е "чиста култура" на микроорганизми?

11. Как да получите и да се чисти култури?

12. Дайте на определението за "партида култура" на микроорганизма.

13. Как мога да получа една партида култура?

14. За да се характеризира логаритмична фаза на растеж партида култура.

15. подкрепа хемостатични условия на непрекъснат растеж в културата?

16. подкрепа условия turbidostata за непрекъснато нарастване на културата?

17. Какво е различно от непрекъснатите партиди култура?

18. характеризират стационарна фаза на растеж партида култура.

19. Какви бактерии могат да бъдат култивирани повърхностен начин?

20. Как е отглеждането на микроорганизми дълбок начин?

21. Основните предимства на непрекъснато култивиране на микроорганизмите в индустрията