Ключевая разница – периодическая и непрерывная культура
Микроорганизмы, такие как бактерии и грибки, очень полезны для различных отраслей промышленности. Для промышленного использования микроорганизмы следует выращивать в больших масштабах в процессе ферментации, чтобы извлечь необходимые продукты, образующиеся в результате микробного метаболизма. Для выращивания и поддержания микробной биомассы используется специальный аппарат, называемый промышленным ферментером. Это большой сосуд, предназначенный для обеспечения пространства и необходимых условий для микробного роста и метаболизма. Существует два типа промышленных ферментационных культур, широко применяемых в промышленности, называемых периодической культурой и непрерывной культурой. Ключевое различие между периодической культурой и непрерывной культурой заключается в том, что периодическая культура - это метод, используемый для выращивания микроорганизмов при ограниченной доступности питательных веществ в закрытой системе, в то время как непрерывная культура - это метод, используемый для выращивания микроорганизмов при оптимальном и постоянном снабжении питательными веществами в открытой системе. отрасли.
Что такое пакетная культура?
Пакетное культивирование – это метод выращивания микроорганизмов в закрытой системе, где вначале подается ограниченное количество питательных веществ. Это наиболее распространенный метод, применяемый в промышленности для производства полезных продуктов с использованием микроорганизмов, таких как бактерии и грибы. Микробы, которые растут в ферментере, ферментируют питательные вещества. Ферментация – это процесс расщепления углеводов на спирты и кислоты микроорганизмами в бескислородных условиях. В методе периодического культивирования питательные вещества предоставляются в начале, а конкретный микроорганизм инокулируется в ферментер. Ферментер закрывается, а температура и рН поддерживаются для роста микроорганизмов. Микроорганизм растет внутри и использует предоставленные питательные вещества и другие условия. Со временем питательные вещества становятся ограниченными, и условия окружающей среды внутри ферментера меняются. Следовательно, микробный рост имеет четыре четко выраженные стадии, такие как лаг-фаза, логарифмическая фаза, стационарная фаза и фаза гибели. По окончании ферментации процесс останавливают, извлекают и очищают полезные продукты. Ферментер промывают и стерилизуют перед использованием для другой периодической культуры.
Специфика метода периодического культивирования заключается в том, что он проводится при ограниченном количестве питательных веществ и в течение определенного периода времени. Установка ферментера проста в изготовлении и обращении. Условия окружающей среды внутри ферментера меняются со временем. Тем не менее, необходимая температура, условия pH, перемешивание, давление и т. д. должным образом поддерживаются для достижения успешного образования продукта.
Метод периодического культивирования широко используется для очистки вторичных метаболитов, таких как антибиотики, пигменты и т. д. Этот метод не подходит для производства первичных метаболитов и продуктов, связанных с ростом.
Рисунок 01: Культура пакетной обработки
Что такое непрерывная культура?
Непрерывное культивирование – еще один метод выращивания полезных микроорганизмов. Он направлен на поддержание непрерывно растущей микробной культуры в экспоненциальной фазе. Это может быть достигнуто за счет непрерывной подачи свежих питательных веществ, удаления накопленных отходов и продуктов с одинаковой скоростью и поддержания других условий на оптимальных значениях. Это делается внутри специальной камеры, называемой хемостатом, как показано на рисунке 02. Свежая среда непрерывно добавляется с одного конца, в то время как продукты метаболизма постоянно извлекаются с другого конца хемостата, чтобы поддерживать объем культуры на постоянном уровне.
Непрерывная культура используется в промышленности, когда требуется извлечь полезные первичные метаболиты, такие как аминокислоты, органические кислоты и т.д.от микроорганизмов. Первичные метаболиты образуются с максимальной скоростью, когда микроорганизмы находятся в экспоненциальной фазе. Следовательно, непрерывное культивирование всегда направлено на поддержание микробной биомассы на логарифмической фазе. Это достигается постоянным мониторингом процесса и контролем системы.
Рисунок 02: Непрерывное культивирование в хемостате
В чем разница между периодической и непрерывной культурой?
Пакетная и непрерывная культура |
|
| Техника периодического культивирования используется для культивирования полезных микроорганизмов при ограниченном количестве питательных веществ в закрытом ферментере в течение определенного периода времени. Микробный рост внутри периодической культуры показывает типичную кривую микробного роста, на которой можно выделить четыре отдельные фазы. | Техника непрерывного культивирования используется для выращивания полезных микроорганизмов при оптимальном уровне питательных веществ в открытой системе, в которой питательные вещества добавляются постоянно, а отходы и продукты удаляются с одинаковой скоростью, чтобы поддерживать рост в экспоненциальной фазе. |
| Питательные вещества | |
| Питательные вещества подаются один раз перед началом процесса ферментации. | Питательные вещества добавляются много раз (в начале и между процессами). |
| Тип системы | |
| Групповая культура - это закрытая система | Непрерывная культура - это открытая система. |
| Завершение процесса | |
| Процесс периодической культуры останавливается после формирования продукта. | Процесс не останавливается, хотя продукт формируется. Непрерывное удаление продукта осуществляется без остановки процесса в непрерывной культуре. |
| Условия окружающей среды | |
| Условия окружающей среды внутри периодической культуры непостоянны. | Условия окружающей среды внутри непрерывной культуры поддерживаются на постоянном уровне. |
| Микробный рост | |
| Микробный рост в периодической культуре следует запаздывающей, логарифмической и стационарной фазам. | Микробный рост поддерживается на оптимальном уровне, который является стадией экспоненциального роста. |
| Оборот | |
| Оборачиваемость низкая, так как питательные вещества и другие условия внутри ограничены. | Оборачиваемость высокая, так как поддерживаются оптимальные уровни питательных веществ и другие условия. |
| Ферментер б/у | |
| Для периодического культивирования используется ферментер большого размера | Для непрерывного культивирования используется небольшой ферментер. |
| Использовать | |
| Периодическая культуральная ферментация обычно используется в промышленности | Непрерывная культуральная ферментация в меньшей степени используется в промышленности. |
| Настройки культуры | |
| Пакетную культуру легко настроить и запустить. | Настройку непрерывной культуры непросто создать и запустить. |
| Загрязнение | |
| Контаминации минимальны в периодических культурах | Вероятность загрязнения высока при непрерывной культуре. |
| Методы контроля | |
| Методы управления просты и быстры. | Методы контроля сложны и требуют много времени. |
| Пригодность | |
| Периодическая культура больше подходит для производства вторичных метаболитов, таких как антибиотики. | Непрерывное культивирование больше подходит для производства первичных метаболитов, таких как аминокислоты и органические кислоты. |
Резюме – периодическая и непрерывная культура
Периодическое культивирование и непрерывное культивирование представляют собой два типа методов, используемых для культивирования микроорганизмов в больших масштабах для промышленных и других целей. В периодической культуре микроорганизмы вначале обеспечиваются питательными веществами и растут. Когда микробы используют доступные питательные вещества, питательные вещества становятся ограниченными через определенный период времени. Микроорганизмы растут через лаг-, логарифмическую, стационарную и гибельную фазы. Процесс ферментации осуществляется периодическим методом периодической культуры. После каждой партии ферментер очищается и используется для следующей партии. В непрерывном культивировании микроорганизмы постоянно обеспечиваются адекватными уровнями свежих питательных веществ, чтобы всегда поддерживать микробы в логарифмической фазе для извлечения первичных метаболитов микроорганизмов. Объем непрерывной культуры поддерживается на постоянном уровне путем добавления свежих питательных веществ и удаления продуктов с одинаковой скоростью без остановки процесса. Для периодического культивирования требуется относительно большой закрытый ферментер, в то время как для непрерывного культивирования требуется небольшой открытый ферментер. В этом разница между периодической и непрерывной культурой.
