Klíčový rozdíl – dávková versus kontinuální kultura
Mikroorganismy, jako jsou bakterie a houby, jsou velmi prospěšné pro různé typy průmyslových odvětví. Pro průmyslové použití by měly být mikroorganismy pěstovány ve velkém měřítku během fermentačního procesu, aby se extrahovaly nezbytné produkty vyplývající z mikrobiálního metabolismu. Ke kultivaci a udržování mikrobiální biomasy se používá speciální zařízení zvané průmyslový fermentor. Je to velká nádoba navržená tak, aby poskytovala prostor a nezbytné požadavky pro mikrobiální růst a metabolismus. V průmyslových odvětvích se běžně používají dva typy kultur průmyslové fermentace, nazývané vsádková kultura a kontinuální kultura. Klíčový rozdíl mezi vsádkovou kulturou a kontinuální kultivací je v tom, že vsádková kultura je technika používaná k pěstování mikroorganismů za omezené dostupnosti živin v uzavřeném systému, zatímco kontinuální kultivace je technika používaná k pěstování mikroorganismů za optimálního a kontinuálního zásobování živinami v otevřeném systému. průmysl.
Co je dávková kultura?
Batch culture je technika, která pěstuje mikroorganismy v uzavřeném systému, kde je zpočátku dodáváno omezené množství živin. Toto je nejběžnější technika používaná v průmyslu k výrobě užitečných produktů pomocí mikroorganismů, jako jsou bakterie a houby. Mikrob, který roste ve fermentoru, fermentuje živiny. Fermentace je proces rozkladu sacharidů na alkoholy a kyseliny mikroorganismy za anoxických podmínek. V technice vsádkové kultivace jsou živiny poskytovány na začátku a konkrétní mikroorganismus je naočkován do fermentoru. Fermentor je uzavřen a teplota a pH jsou udržovány pro růst mikroorganismů. Mikroorganismus roste uvnitř a využívá poskytnuté živiny a další podmínky. Časem se živiny omezují a podmínky prostředí se ve fermentoru mění. Mikrobiální růst tedy vykazuje odlišná čtyři stádia, jako je lag fáze, log fáze, stacionární fáze a fáze smrti. Na konci fermentace se proces zastaví a užitečné produkty se extrahují a čistí. Fermentor se před použitím pro další vsádkovou kulturu promyje a sterilizuje.
Specialitou techniky vsázkové kultury je to, že probíhá s omezeným množstvím živin a po určitou dobu. Nastavení fermentoru je jednoduché na výrobu a manipulaci. Podmínky prostředí uvnitř fermentoru se mění s časem. Požadovaná teplota, podmínky pH, míchání, tlak atd. jsou však správně udržovány, aby bylo dosaženo úspěšné tvorby produktu.
Technika vsádkové kultury se široce používá pro čištění sekundárních metabolitů, jako jsou antibiotika, pigmenty atd. Tato technika není vhodná pro produkci primárních metabolitů a produktů, které jsou spojeny s růstem.
Obrázek 01: Dávková kultura
Co je to kontinuální kultura?
Nepřetržitá kultivace je další technika, která pěstuje užitečné mikroorganismy. Jeho cílem je udržovat kontinuálně rostoucí mikrobiální kulturu v exponenciální fázi. Toho lze dosáhnout neustálým dodáváním čerstvých živin, odstraňováním nahromaděného odpadu a produktů stejnou rychlostí a udržováním ostatních podmínek na optimálních hodnotách. Provádí se ve speciální komoře zvané chemostat, jak je znázorněno na obrázku 02. Čerstvé médium se přidává nepřetržitě z jednoho konce, zatímco z druhého konce chemostatu se nepřetržitě extrahují metabolické produkty, aby se objem kultury udržoval na konstantní úrovni.
Nepřetržitá kultivace se používá v průmyslu, když je potřeba extrahovat užitečné primární metabolity, jako jsou aminokyseliny, organické kyseliny atd.z mikroorganismů. Primární metabolity jsou produkovány nejvyšší rychlostí, když jsou mikroorganismy ve své exponenciální fázi. Kontinuální kultivace je tedy vždy zaměřena na udržení mikrobiální biomasy ve fázi log. Provádí se neustálým monitorováním procesu a řízením systému.
Obrázek 02: Kontinuální kultivace v chemostatu
Jaký je rozdíl mezi dávkovou a kontinuální kulturou?
Batch vs. kontinuální kultura |
|
| Technika vsádkové kultury se používá ke kultivaci prospěšných mikroorganismů pod omezeným množstvím živin v uzavřeném fermentoru po určitou dobu. Mikrobiální růst uvnitř vsádkové kultury vykazuje typickou křivku mikrobiálního růstu, ve které lze identifikovat čtyři odlišné fáze. | Technika kontinuální kultivace se používá k pěstování prospěšných mikroorganismů při optimální hladině živin v otevřeném systému, ve kterém jsou živiny přidávány nepřetržitě a odpad a produkty jsou odstraňovány stejnou rychlostí, aby byl růst udržován v exponenciální fázi. |
| Živiny | |
| Živiny jsou dodávány jednou před zahájením fermentačního procesu. | Živiny jsou přidávány mnohokrát (na začátku a mezi procesem). |
| Typ systému | |
| Dávková kultura je uzavřený systém | Nepřetržitá kultura je otevřený systém. |
| Ukončení procesu | |
| Po vytvoření produktu se proces vsádkové kultury zastaví. | Proces se nezastaví, i když se vytvoří produkt. Nepřetržité odstraňování produktu se provádí bez zastavení procesu v kontinuální kultuře. |
| Environmentální podmínky | |
| Podmínky prostředí uvnitř dávkové kultury nejsou konstantní. | Podmínky prostředí uvnitř kontinuální kultury jsou udržovány na konstantní úrovni. |
| Mikrobiální růst | |
| Mikrobiální růst uvnitř vsádkové kultury následuje fáze zpoždění, log a stacionární fáze. | Mikrobiální růst je udržován na optimální úrovni, což je exponenciální fáze růstu. |
| Míra obratu | |
| Rychlost obratu je nízká, protože živiny a další podmínky jsou uvnitř omezené. | Rychlost obratu je vysoká, protože je zachována optimální hladina živin a další podmínky. |
| Použitý fermentor | |
| Pro dávkové kultury se používá velkoobjemový fermentor | Pro kontinuální kultivaci se používá malý fermentor. |
| Použít | |
| Kvasková kultivační fermentace se běžně používá v průmyslových odvětvích | Kontinuální kultivační fermentace se v průmyslu méně používá. |
| Nastavení kultury | |
| Nastavení dávkové kultury je snadné vytvořit a spustit. | Nepřetržité nastavení kultury není snadné vytvořit a spustit. |
| Kontaminace | |
| Kontaminace jsou minimální ve vsádkových kulturách | Šance na kontaminaci je při kontinuální kultuře vysoká. |
| Metody ovládání | |
| Metody ovládání jsou snadné a rychlé. | Metody kontroly jsou složité a časově náročné. |
| Vhodnost | |
| Vsádková kultura je vhodnější pro produkci sekundárních metabolitů, jako jsou antibiotika. | Kontinuální kultivace je vhodnější pro produkci primárních metabolitů, jako jsou aminokyseliny a organické kyseliny. |
Shrnutí – dávka vs kontinuální kultura
Vsádková kultivace a kontinuální kultivace jsou dva typy technik používaných ke kultivaci mikroorganismů ve velkém měřítku pro průmyslové a jiné účely. Ve vsádkové kultuře jsou mikroorganismy na začátku zásobovány živinami a pěstovány. Když mikrobi využívají dostupné živiny, živiny se po určité době omezí. Mikroorganismy rostou prostřednictvím fáze zpoždění, logaritmu, stacionární fáze a fáze smrti. Fermentační proces se provádí vsádkově v technice vsádkové kultury. Po každé dávce se fermentor vyčistí a použije se čerstvě pro další dávku. Při kontinuální kultivaci jsou mikroorganismům kontinuálně poskytovány adekvátní hladiny čerstvých živin, aby se mikroby vždy udržely v log fázi, aby se extrahovaly primární metabolity mikroorganismů. Objem kontinuální kultury je udržován na konstantní hodnotě přidáváním čerstvých živin a odstraňováním produktů stejnou rychlostí bez zastavení procesu. Vsádková kultura je potřebná ve srovnání s velkým uzavřeným fermentorem, zatímco pro kontinuální kultivaci je zapotřebí malý otevřený fermentor. To je rozdíl mezi dávkovou a kontinuální kultivací.
