Kľúčový rozdiel – dávková a nepretržitá kultúra
Mikroorganizmy, ako sú baktérie a huby, sú veľmi prospešné pre rôzne typy priemyselných odvetví. Pre priemyselné využitie by sa mikroorganizmy mali pestovať vo veľkom meradle počas fermentačného procesu, aby sa extrahovali potrebné produkty vyplývajúce z mikrobiálneho metabolizmu. Na kultiváciu a udržiavanie mikrobiálnej biomasy sa používa špeciálny prístroj nazývaný priemyselný fermentor. Je to veľká nádoba navrhnutá tak, aby poskytovala priestor a nevyhnutné požiadavky na rast a metabolizmus mikróbov. Existujú dva typy priemyselných fermentačných kultúr bežne používaných v odvetviach, ktoré sa nazývajú vsádzková kultúra a kontinuálna kultúra. Kľúčový rozdiel medzi vsádzkovou kultúrou a kontinuálnou kultúrou je v tom, že vsádzková kultúra je technika používaná na pestovanie mikroorganizmov pri obmedzenej dostupnosti živín v uzavretom systéme, zatiaľ čo kontinuálna kultivácia je technika používaná na pestovanie mikroorganizmov za optimálneho a nepretržitého prísunu živín v otvorenom systéme. odvetvia.
Čo je to dávková kultúra?
Batch culture je technika, ktorá pestuje mikroorganizmy v uzavretom systéme, kde je na začiatku dodávané obmedzené množstvo živín. Toto je najbežnejšia technika používaná v priemysle na výrobu užitočných produktov pomocou mikroorganizmov, ako sú baktérie a huby. Mikrób, ktorý rastie vo fermentore, fermentuje živiny. Fermentácia je proces rozkladu sacharidov na alkoholy a kyseliny mikroorganizmami v anoxických podmienkach. Pri vsádzkovej kultivačnej technike sa živiny poskytujú na začiatku a konkrétny mikroorganizmus sa naočkuje do fermentora. Fermentor sa uzavrie a teplota a pH sa udržiavajú pre rast mikroorganizmov. Mikroorganizmus rastie vo vnútri a využíva poskytnuté živiny a ďalšie podmienky. Časom sú živiny obmedzené a podmienky prostredia sa vo fermentore menia. Mikrobiálny rast teda vykazuje odlišné štyri štádiá, ako je fáza oneskorenia, log fáza, stacionárna fáza a fáza smrti. Na konci fermentácie sa proces zastaví a užitočné produkty sa extrahujú a čistia. Fermentor sa pred použitím pre ďalšiu vsádzkovú kultúru premyje a sterilizuje.
Špecialitou techniky vsádzkovej kultúry je, že prebieha s obmedzeným množstvom živín a počas určitého časového obdobia. Nastavenie fermentora je jednoduché na výrobu a manipuláciu. Podmienky prostredia vo fermentore sa časom menia. Požadovaná teplota, podmienky pH, miešanie, tlak atď. sú však správne udržiavané, aby sa dosiahla úspešná tvorba produktu.
Technika dávkovej kultúry sa široko používa na čistenie sekundárnych metabolitov, ako sú antibiotiká, pigmenty atď. Táto technika nie je vhodná na produkciu primárnych metabolitov a produktov, ktoré sú spojené s rastom.
Obrázok 01: Dávková kultúra
Čo je to nepretržitá kultúra?
Nepretržitá kultivácia je ďalšou technikou, ktorá pestuje užitočné mikroorganizmy. Jeho cieľom je udržiavať kontinuálne rastúcu mikrobiálnu kultúru v exponenciálnej fáze. Dá sa to dosiahnuť neustálym dodávaním čerstvých živín, odstraňovaním nahromadeného odpadu a produktov rovnakou rýchlosťou a udržiavaním ostatných podmienok na optimálnych hodnotách. Vykonáva sa vo vnútri špeciálnej komory nazývanej chemostat, ako je znázornené na obrázku 02. Čerstvé médium sa pridáva nepretržite z jedného konca, zatiaľ čo metabolické produkty sa nepretržite extrahujú z druhého konca chemostatu, aby sa objem kultúry udržal na konštantnej úrovni.
Nepretržitá kultivácia sa používa v priemysle, keď je potrebné extrahovať užitočné primárne metabolity, ako sú aminokyseliny, organické kyseliny atď.z mikroorganizmov. Primárne metabolity sa produkujú najvyššou rýchlosťou, keď sú mikroorganizmy vo svojej exponenciálnej fáze. Kontinuálna kultivácia sa teda vždy zameriava na udržanie mikrobiálnej biomasy vo fáze log. Vykonáva sa neustálym monitorovaním procesu a riadením systému.
Obrázok 02: Kontinuálna kultúra v chemostate
Aký je rozdiel medzi dávkovou a kontinuálnou kultúrou?
Dávkové vs. nepretržitá kultúra |
|
| Technika vsádzkovej kultúry sa používa na kultiváciu prospešných mikroorganizmov pod obmedzeným množstvom živín v uzavretom fermentore počas určitého časového obdobia. Mikrobiálny rast vo vsádzkovej kultúre vykazuje typickú krivku mikrobiálneho rastu, v ktorej možno identifikovať štyri odlišné fázy. | Technika kontinuálnej kultivácie sa používa na pestovanie prospešných mikroorganizmov pri optimálnej hladine živín v otvorenom systéme, do ktorého sa živiny pridávajú nepretržite a odpad a produkty sa odstraňovajú rovnakou rýchlosťou, aby sa rast udržal v exponenciálnej fáze. |
| Živiny | |
| Živiny sa dodávajú raz pred začatím procesu fermentácie. | Živiny sa pridávajú mnohokrát (na začiatku a medzi procesom). |
| Typ systému | |
| Dávková kultúra je uzavretý systém | Nepretržitá kultúra je otvorený systém. |
| Ukončenie procesu | |
| Proces vsádzkovej kultúry sa po vytvorení produktu zastaví. | Proces sa nezastaví, aj keď sa vytvorí produkt. Nepretržité odstraňovanie produktu sa vykonáva bez zastavenia procesu v kontinuálnej kultúre. |
| Environmentálne podmienky | |
| Podmienky prostredia vo vsádzkovej kultúre nie sú konštantné. | Podmienky prostredia vo vnútri kontinuálnej kultúry sa udržiavajú na konštantnej úrovni. |
| Mikrobiálny rast | |
| Mikrobiálny rast vo vsádzkovej kultúre nasleduje fázu oneskorenia, logaritmu a stacionárne fázy. | Mikrobiálny rast sa udržiava na optimálnej úrovni, čo je exponenciálna fáza rastu. |
| Miera obratu | |
| Miera obratu je nízka, pretože živiny a iné podmienky sú vo vnútri obmedzené. | Miera obratu je vysoká, pretože sú zachované optimálne hladiny živín a ďalšie podmienky. |
| Použitý fermentor | |
| Na vsádzkové kultúry sa používa veľký fermentor | Na kontinuálnu kultiváciu sa používa malý fermentor. |
| Použiť | |
| Kvasková kultivačná fermentácia sa bežne používa v priemysle | Nepretržitá kultivačná fermentácia sa v priemysle používa menej. |
| Nastavenie kultúry | |
| Nastavenie dávkovej kultúry je jednoduché vytvoriť a spustiť. | Nepretržité nastavenie kultúry nie je ľahké vytvoriť a spustiť. |
| Kontaminácia | |
| Kontaminácie sú minimálne vo vsádzkových kultúrach | Šanca na kontamináciu je pri kontinuálnej kultúre vysoká. |
| Metódy kontroly | |
| Metódy ovládania sú jednoduché a rýchle. | Metódy kontroly sú zložité a časovo náročné. |
| Vhodnosť | |
| Vsádková kultúra je vhodnejšia na produkciu sekundárnych metabolitov, ako sú antibiotiká. | Kontinuálna kultúra je vhodnejšia na produkciu primárnych metabolitov, ako sú aminokyseliny a organické kyseliny. |
Súhrn – Dávka vs nepretržitá kultúra
Vsádzková kultivácia a kontinuálna kultivácia sú dva typy techník používaných na kultiváciu mikroorganizmov vo veľkom meradle na priemyselné a iné účely. Pri vsádzkovej kultúre sú mikroorganizmy na začiatku zásobované živinami a rastú. Keď mikróby využívajú dostupné živiny, živiny sú po určitom čase obmedzené. Mikroorganizmy rastú prostredníctvom fázy oneskorenia, logaritmu, stacionárnej fázy a fázy smrti. Fermentačný proces sa uskutočňuje vsádzkovým spôsobom v technike vsádzkovej kultúry. Po každej dávke sa fermentor vyčistí a použije sa čerstvý pre ďalšiu dávku. V kontinuálnej kultivácii sú mikroorganizmy neustále zásobované adekvátnymi hladinami čerstvých živín, aby sa mikróby vždy udržiavali v log fáze, aby sa extrahovali primárne metabolity mikroorganizmov. Objem kontinuálnej kultúry sa udržiava na konštantnej hodnote pridávaním čerstvých živín a odstraňovaním produktov rovnakou rýchlosťou bez zastavenia procesu. Vsádzková kultúra je potrebná v porovnaní s veľkým uzavretým fermentorom, zatiaľ čo kontinuálna kultúra je potrebná v malom otvorenom fermentore. Toto je rozdiel medzi vsádzkovou a kontinuálnou kultiváciou.
