Ključna razlika – serija v primerjavi s kontinuirano kulturo
Mikroorganizmi, kot so bakterije in glive, so zelo koristni za različne vrste industrij. Za industrijsko uporabo je treba med postopkom fermentacije gojiti mikroorganizme v velikem obsegu, da se izločijo potrebni produkti, ki izhajajo iz presnove mikrobov. Za gojenje in vzdrževanje mikrobne biomase se uporablja posebna naprava, imenovana industrijski fermentor. To je velika posoda, zasnovana tako, da zagotavlja prostor in potrebne zahteve za mikrobno rast in presnovo. Obstajata dve vrsti industrijskih fermentacijskih kultur, ki se običajno uporabljata v panogah, imenovani šaržna kultura in kontinuirana kultura. Ključna razlika med serijsko kulturo in kontinuirano kulturo je, da je serijska kultura tehnika, ki se uporablja za gojenje mikroorganizmov v omejeni razpoložljivosti hranil v zaprtem sistemu, medtem ko je neprekinjena kultura tehnika, ki se uporablja za gojenje mikroorganizmov pri optimalni in stalni oskrbi s hranili v odprtem sistemu v industrije.
Kaj je paketna kultura?
Šaržna kultura je tehnika, ki goji mikroorganizme v zaprtem sistemu, kjer je na začetku dobavljena omejena količina hranil. To je najpogostejša tehnika, sprejeta v industriji za izdelavo uporabnih izdelkov z uporabo mikroorganizmov, kot so bakterije in glive. Mikrob, ki raste v fermentorju, fermentira hranila. Fermentacija je proces razgradnje ogljikovih hidratov v alkohole in kisline s pomočjo mikroorganizmov v anoksičnih pogojih. Pri tehniki serijske kulture so hranila zagotovljena na začetku, določen mikroorganizem pa se vcepi v fermentor. Fermentor zapremo in vzdržujemo temperaturo in pH za rast mikroorganizmov. Mikroorganizem raste v notranjosti in izkorišča zagotovljena hranila in druge pogoje. Sčasoma postanejo hranila omejena in okoljski pogoji v fermentorju se spremenijo. Zato mikrobna rast kaže različne štiri stopnje, kot so faza zamika, faza dnevnika, stacionarna faza in faza smrti. Ob koncu fermentacije se proces ustavi in uporabni produkti se ekstrahirajo in prečistijo. Fermentor se opere in sterilizira pred uporabo za drugo serijsko kulturo.
Posebnost tehnike serijske kulture je, da se izvaja pod omejenimi količinami hranil in v določenem časovnem obdobju. Postavitev fermentorja je enostavna za izdelavo in uporabo. Okoljski pogoji v fermentorju se spreminjajo s časom. Vendar se zahtevana temperatura, pogoji pH, mešanje, tlak itd. ustrezno vzdržujejo, da se doseže uspešna tvorba produkta.
Tehnika šaržne kulture se pogosto uporablja za čiščenje sekundarnih metabolitov, kot so antibiotiki, pigmenti itd. Ta tehnika ni primerna za proizvodnjo primarnih metabolitov in produktov, ki so povezani z rastjo.
Slika 01: Paketna kultura
Kaj je kontinuirana kultura?
Neprekinjeno gojenje je še ena tehnika, ki goji koristne mikroorganizme. Njegov namen je vzdrževati stalno rastočo mikrobno kulturo v eksponentni fazi. To je mogoče doseči z nenehnim dovajanjem svežih hranil, enakomernim odstranjevanjem nakopičenih odpadkov in produktov ter ohranjanjem drugih pogojev na optimalnih vrednostih. Izvaja se znotraj posebne komore, imenovane kemostat, kot je prikazano na sliki 02. Svež medij se neprestano dodaja z enega konca, medtem ko se presnovni produkti nenehno ekstrahirajo z drugega konca kemostata, da se volumen kulture ohranja na konstantni ravni.
Neprekinjeno gojenje se uporablja v industriji, ko je potrebno ekstrahirati koristne primarne metabolite, kot so aminokisline, organske kisline itd.od mikroorganizmov. Primarni metaboliti nastajajo z največjo hitrostjo, ko so mikroorganizmi v eksponentni fazi. Zato je namen kontinuirane kulture vedno ohraniti mikrobno biomaso v log fazi. Izvaja se z nenehnim spremljanjem procesa in nadzorom sistema.
Slika 02: Kontinuirana kultura v kemostatu
Kakšna je razlika med paketno in neprekinjeno kulturo?
Batch vs Continuous Culture |
|
| Tehnika šaržne kulture se uporablja za gojenje koristnih mikroorganizmov pod omejenimi količinami hranil v zaprtem fermentorju za določeno časovno obdobje. Mikrobna rast znotraj šaržne kulture kaže značilno mikrobno rastno krivuljo, v kateri je mogoče prepoznati štiri različne faze. | Tehnika neprekinjenega gojenja se uporablja za gojenje koristnih mikroorganizmov pri optimalni ravni hranil v odprtem sistemu, v katerem se hranila nenehno dodajajo, odpadki in produkti pa se odstranjujejo z enako hitrostjo, da ohranimo rast v eksponentni fazi. |
| Hranila | |
| Hranila se dovajajo enkrat pred začetkom procesa fermentacije. | Hranila se dodajajo večkrat (na začetku in med procesom). |
| Vrsta sistema | |
| Paketna kultura je zaprt sistem | Kontinuirana kultura je odprt sistem. |
| Zaključek postopka | |
| Proces šaržne kulture se ustavi, ko je produkt oblikovan. | Proces se ne ustavi, čeprav se izdelek oblikuje. Neprekinjeno odstranjevanje produkta poteka brez zaustavitve procesa v neprekinjeni kulturi. |
| Okoljski pogoji | |
| Okoljski pogoji znotraj šaržne kulture niso stalni. | Okoljski pogoji znotraj kontinuirane kulture se vzdržujejo na konstantni ravni. |
| Mikrobna rast | |
| Mikrobna rast znotraj šaržne kulture sledi fazam zamika, log in stacionarnim fazam. | Mikrobna rast se vzdržuje na optimalni ravni, ki je eksponentna stopnja rasti. |
| stopnja prometa | |
| Stopnja menjave je nizka, ker so hranila in drugi pogoji znotraj omejeni. | Stopnja menjave je visoka, saj se ohranjajo optimalne ravni hranil in drugi pogoji. |
| Rabljen fermentor | |
| Velik fermentor se uporablja za šaržne kulture | Majhen fermentor se uporablja za neprekinjeno gojenje. |
| Uporabi | |
| Seržna fermentacija kulture se običajno uporablja v industriji | Neprekinjena fermentacija kulture se manj uporablja v industriji. |
| Nastavitev kulture | |
| Nastavitev paketne kulture je enostavno narediti in zagnati. | Nastavitve kontinuirane kulture ni lahko narediti in zagnati. |
| kontaminacija | |
| Kontaminacije so minimalne v serijskih kulturah | Možnost kontaminacije je velika v neprekinjeni kulturi. |
| Metode nadzora | |
| Metode nadzora so preproste in hitre. | Metode nadzora so zapletene in dolgotrajne. |
| Primernost | |
| Šaržna kultura je bolj primerna za proizvodnjo sekundarnih metabolitov, kot so antibiotiki. | Neprekinjeno gojenje je primernejše za proizvodnjo primarnih metabolitov, kot so aminokisline in organske kisline. |
Povzetek – Serija proti neprekinjeni kulturi
Serijska kultura in kontinuirana kultura sta dve vrsti tehnik, ki se uporabljata za gojenje mikroorganizmov v velikem obsegu za industrijske in druge namene. Pri serijski kulturi so mikroorganizmi na začetku opremljeni s hranili in se gojijo. Ko mikrobi izkoristijo razpoložljiva hranila, postanejo hranila po določenem času omejena. Mikroorganizmi rastejo v fazah zaostanka, loga, stacionarnosti in smrti. Postopek fermentacije poteka šaržno v tehniki šaržne kulture. Po vsaki seriji se fermentor očisti in sveže uporabi za naslednjo serijo. Pri neprekinjeni kulturi mikroorganizmom neprekinjeno zagotavljamo ustrezne količine svežih hranil, da se mikrobi vedno vzdržujejo v fazi log za ekstrakcijo primarnih presnovkov mikroorganizmov. Volumen kontinuirane kulture se vzdržuje na konstantni vrednosti z dodajanjem svežih hranil in odstranjevanjem produktov z enako hitrostjo, ne da bi se postopek zaustavil. Serijska kultura je primerjalno potrebna v velikem zaprtem fermentorju, medtem ko je kontinuirana kultura potrebna v majhnem odprtem fermentorju. To je razlika med serijsko in kontinuirano kulturo.
