Kluczowa różnica – partia vs kultura ciągła
Mikroorganizmy, takie jak bakterie i grzyby, są bardzo korzystne dla różnych gałęzi przemysłu. Do zastosowań przemysłowych mikroorganizmy powinny być hodowane na dużą skalę podczas procesu fermentacji w celu wyekstrahowania niezbędnych produktów wynikających z metabolizmu drobnoustrojów. Do hodowli i utrzymywania biomasy mikrobiologicznej służy specjalna aparatura zwana przemysłowym fermentorem. Jest to duże naczynie zaprojektowane, aby zapewnić przestrzeń i niezbędne wymagania dla wzrostu i metabolizmu drobnoustrojów. Istnieją dwa rodzaje przemysłowych kultur fermentacyjnych powszechnie stosowanych w branżach o nazwie kultura wsadowa i kultura ciągła. Kluczowa różnica między kulturą okresową a kulturą ciągłą polega na tym, że kultura okresowa jest techniką stosowaną do hodowli mikroorganizmów przy ograniczonej dostępności składników odżywczych w systemie zamkniętym, podczas gdy hodowla ciągła jest techniką stosowaną do hodowli mikroorganizmów przy optymalnym i ciągłym dostarczaniu składników odżywczych w systemie otwartym w branże.
Co to jest kultura wsadowa?
Kultura okresowa to technika, w której mikroorganizmy są hodowane w systemie zamkniętym, w którym na początku dostarczana jest ograniczona ilość składników odżywczych. Jest to najpowszechniejsza technika stosowana w przemyśle do wytwarzania użytecznych produktów przy użyciu mikroorganizmów, takich jak bakterie i grzyby. Mikrob, który rośnie w fermentorze fermentuje składniki odżywcze. Fermentacja to proces rozkładania węglowodanów na alkohole i kwasy przez mikroorganizmy w warunkach beztlenowych. W technice hodowli okresowej składniki odżywcze są dostarczane na początku, a konkretny drobnoustrój jest zaszczepiany do fermentora. Fermentor jest zamknięty, a temperatura i pH są utrzymywane w celu rozwoju mikroorganizmów. Mikroorganizm rozwija się wewnątrz i wykorzystuje dostarczone składniki odżywcze oraz inne warunki. Z czasem składniki odżywcze ulegają ograniczeniu, a warunki środowiskowe w fermentorze zmieniają się. W związku z tym wzrost drobnoustrojów wykazuje odrębne cztery etapy, takie jak faza zastoju, faza logarytmiczna, faza stacjonarna i faza śmierci. Pod koniec fermentacji proces jest zatrzymywany, a użyteczne produkty są ekstrahowane i oczyszczane. Fermentor jest myty i sterylizowany przed użyciem do kolejnej hodowli wsadowej.
Specjalnością techniki hodowli okresowej jest to, że jest ona prowadzona przy ograniczonej ilości składników odżywczych i przez określony czas. Konfiguracja fermentora jest łatwa do wykonania i obsługi. Warunki środowiskowe wewnątrz fermentora zmieniają się w czasie. Jednak wymagana temperatura, warunki pH, mieszanie, ciśnienie itp. są odpowiednio utrzymywane w celu osiągnięcia pomyślnego tworzenia produktu.
Technika hodowli okresowej jest szeroko stosowana do oczyszczania wtórnych metabolitów, takich jak antybiotyki, pigmenty itp. Ta technika nie jest odpowiednia do wytwarzania pierwotnych metabolitów i produktów związanych ze wzrostem.
Rysunek 01: Kultura wsadowa
Czym jest kultura ciągła?
Kultura ciągła to kolejna technika, w której hodowane są pożyteczne mikroorganizmy. Jego celem jest utrzymanie stale rosnącej kultury drobnoustrojów w fazie wykładniczej. Można to osiągnąć poprzez ciągłe dostarczanie świeżych składników odżywczych, usuwanie nagromadzonych odpadów i produktów w tym samym tempie oraz utrzymywanie innych warunków na optymalnych wartościach. Odbywa się to w specjalnej komorze zwanej chemostatem, jak pokazano na rycinie 02. Świeża pożywka jest dodawana w sposób ciągły z jednego końca, podczas gdy produkty przemiany materii są stale ekstrahowane z drugiego końca chemostatu, aby utrzymać objętość hodowli na stałym poziomie.
Kultura ciągła jest wykorzystywana w przemyśle, gdy wymagana jest ekstrakcja użytecznych metabolitów pierwotnych, takich jak aminokwasy, kwasy organiczne itp.z mikroorganizmów. Metabolity pierwotne są wytwarzane z największą szybkością, gdy mikroorganizmy znajdują się w fazie wykładniczej. Dlatego ciągła hodowla zawsze ma na celu utrzymanie biomasy drobnoustrojów w fazie logarytmicznej. Odbywa się to poprzez ciągłe monitorowanie procesu i kontrolowanie systemu.
Rysunek 02: Ciągła hodowla w chemostacie
Jaka jest różnica między kulturą wsadową a ciągłą?
Partia a kultura ciągła |
|
| Technika hodowli okresowej służy do hodowania pożytecznych mikroorganizmów przy ograniczonej ilości składników odżywczych w zamkniętym fermentorze przez określony czas. Wzrost drobnoustrojów wewnątrz hodowli wsadowej wykazuje typową krzywą wzrostu drobnoustrojów, w której można zidentyfikować cztery odrębne fazy. | Technika hodowli ciągłej jest stosowana do hodowania pożytecznych mikroorganizmów przy optymalnym poziomie składników odżywczych w systemie otwartym, w którym składniki odżywcze są dodawane w sposób ciągły, a odpady i produkty są usuwane w tym samym tempie, aby utrzymać wzrost w fazie wykładniczej. |
| Odżywki | |
| Składniki odżywcze są dostarczane raz przed rozpoczęciem procesu fermentacji. | Składniki odżywcze są dodawane wiele razy (na początku i pomiędzy procesem). |
| Typ systemu | |
| Kultura wsadowa to system zamknięty | Kultura ciągła to system otwarty. |
| Zakończenie procesu | |
| Proces hodowli okresowej zostaje zatrzymany po utworzeniu produktu. | Proces nie jest zatrzymywany, mimo że produkt jest formowany. Ciągłe usuwanie produktu odbywa się bez zatrzymywania procesu w ciągłej hodowli. |
| Warunki środowiskowe | |
| Warunki środowiskowe wewnątrz hodowli wsadowej nie są stałe. | Warunki środowiskowe wewnątrz ciągłej hodowli są utrzymywane na stałym poziomie. |
| Wzrost drobnoustrojów | |
| Wzrost drobnoustrojów w hodowli wsadowej następuje po fazach opóźnienia, logarytmowania i stacjonarności. | Wzrost drobnoustrojów jest utrzymywany na optymalnym poziomie, który jest wykładniczą fazą wzrostu. |
| Wskaźnik obrotu | |
| Wskaźnik rotacji jest niski, ponieważ składniki odżywcze i inne warunki są w środku ograniczone. | Wskaźnik obrotów jest wysoki, ponieważ utrzymywany jest optymalny poziom składników odżywczych i inne warunki. |
| Używany fermentor | |
| Do hodowli wsadowych używany jest duży fermentor | Do ciągłej hodowli używany jest mały fermentor. |
| Użyj | |
| Fermentacja kultur wsadowych jest powszechnie stosowana w przemyśle | Ciągła fermentacja kultury jest rzadziej stosowana w przemyśle. |
| Konfiguracja kultury | |
| Konfiguracja kultury wsadowej jest łatwa do wykonania i uruchomienia. | Konfiguracja ciągłej kultury nie jest łatwa do wykonania i uruchomienia. |
| Zanieczyszczenie | |
| Zanieczyszczenia są minimalne w hodowlach wsadowych | Szansa na skażenie jest wysoka w ciągłej kulturze. |
| Metody kontroli | |
| Metody kontroli są łatwe i szybkie. | Metody sterowania są skomplikowane i czasochłonne. |
| Przydatność | |
| Hodowla okresowa jest bardziej odpowiednia do produkcji metabolitów wtórnych, takich jak antybiotyki. | Kultura ciągła jest bardziej odpowiednia do produkcji podstawowych metabolitów, takich jak aminokwasy i kwasy organiczne. |
Podsumowanie – partia vs kultura ciągła
Kultura okresowa i hodowla ciągła to dwa rodzaje technik stosowanych do hodowli mikroorganizmów na dużą skalę do celów przemysłowych i innych. W hodowli okresowej mikroorganizmy są na początku dostarczane z substancjami odżywczymi i rozwijane. Kiedy drobnoustroje wykorzystują dostępne składniki odżywcze, po pewnym czasie składniki odżywcze ulegają ograniczeniu. Mikroorganizmy rozwijają się w fazie opóźnienia, logarytmowania, stacjonarności i śmierci. Proces fermentacji przeprowadza się partiami w technice hodowli okresowej. Po każdej partii fermentor jest czyszczony i używany świeżo do następnej partii. W hodowli ciągłej mikroorganizmom dostarcza się stale odpowiednie poziomy świeżych składników odżywczych, aby zawsze utrzymywać drobnoustroje w fazie logarytmicznej w celu ekstrakcji pierwotnych metabolitów mikroorganizmów. Objętość ciągłej hodowli jest utrzymywana na stałym poziomie poprzez dodawanie świeżych składników odżywczych i usuwanie produktów w tym samym tempie bez zatrzymywania procesu. Hodowla okresowa jest potrzebna w porównaniu z dużym zamkniętym fermentorem, podczas gdy wymagana jest hodowla ciągła w małym otwartym fermentorze. Jest to różnica między hodowlą okresową a ciągłą.
