Ключова разлика – Пакетна срещу непрекъсната култура
Микроорганизми като бактерии и гъби са много полезни за различни видове индустрии. За промишлена употреба микроорганизмите трябва да се отглеждат в голям мащаб по време на процеса на ферментация, за да се извлекат необходимите продукти, произтичащи от микробния метаболизъм. Специален апарат, наречен индустриален ферментатор, се използва за култивиране и поддържане на микробна биомаса. Това е голям съд, предназначен да осигури пространство и необходимите изисквания за микробен растеж и метаболизъм. Има два вида промишлени ферментационни култури, които обикновено се приемат в индустриите, наречени партидна култура и непрекъсната култура. Ключовата разлика между партидната култура и непрекъснатата култура е, че партидната култура е техника, използвана за отглеждане на микроорганизми при ограничена наличност на хранителни вещества в затворена система, докато непрекъснатата култура е техника, използвана за отглеждане на микроорганизми при оптимално и непрекъснато снабдяване с хранителни вещества в отворена система в индустрии.
Какво е пакетна култура?
Партидното култивиране е техника, която отглежда микроорганизми в затворена система, където в началото се доставя ограничено количество хранителни вещества. Това е най-разпространената техника, възприета в индустриите за производство на полезни продукти с помощта на микроорганизми като бактерии и гъбички. Микробът, който расте във ферментатора, ферментира хранителните вещества. Ферментацията е процес на разграждане на въглехидрати до алкохоли и киселини от микроорганизми при аноксични условия. При техниката на партидно култивиране в началото се осигуряват хранителни вещества и конкретният микроорганизъм се инокулира във ферментатора. Ферментаторът се затваря и температурата и pH се поддържат за растеж на микроорганизми. Микроорганизмът расте вътре и използва предоставените хранителни вещества и други условия. С времето хранителните вещества стават ограничени и условията на околната среда във ферментатора се променят. Следователно микробният растеж показва различни четири етапа като фаза на изоставане, фаза на логаритъм, стационарна фаза и фаза на смърт. В края на ферментацията процесът се спира и полезните продукти се извличат и пречистват. Ферментаторът се измива и стерилизира, преди да се използва за друга партидна култура.
Специалността на техниката за партидно култивиране е, че се провежда при ограничени количества хранителни вещества и за определен период от време. Настройката на ферментатора е лесна за направа и работа. Условията на околната среда във ферментатора се променят с времето. Въпреки това необходимата температура, условия на pH, разбъркване, налягане и т.н. се поддържат правилно, за да се постигне успешно образуване на продукта.
Техниката на партидната култура се използва широко за пречистване на вторични метаболити като антибиотици, пигменти и др. Тази техника не е подходяща за производството на първични метаболити и продукти, които са свързани с растежа.
Фигура 01: Пакетна култура
Какво е непрекъсната култура?
Непрекъснатата култура е друга техника, която отглежда полезни микроорганизми. Той има за цел да поддържа непрекъснато нарастваща микробна култура в експоненциална фаза. Това може да бъде постигнато чрез непрекъснато доставяне на свежи хранителни вещества, премахване на натрупаните отпадъци и продукти със същата скорост и поддържане на други условия при оптимални стойности. Извършва се в специална камера, наречена хемостат, както е показано на фигура 02. Прясна среда се добавя непрекъснато от единия край, докато метаболитните продукти непрекъснато се извличат от другия край на хемостата, за да се поддържа обемът на културата на постоянно ниво.
Непрекъснатото култивиране се използва в индустриите, когато е необходимо да се извлекат полезни първични метаболити като аминокиселини, органични киселини и др.от микроорганизмите. Първичните метаболити се произвеждат с най-висока скорост, когато микроорганизмите са в своята експоненциална фаза. Следователно непрекъснатото култивиране винаги има за цел да поддържа микробната биомаса в логаритмичната фаза. Това се прави чрез непрекъснато наблюдение на процеса и контролиране на системата.
Фигура 02: Непрекъсната култура в Chemostat
Каква е разликата между партидната и непрекъснатата култура?
Пакетна срещу непрекъсната култура |
|
| Техниката на партидното култивиране се използва за култивиране на полезни микроорганизми при ограничени количества хранителни вещества в затворен ферментатор за определен период от време. Микробният растеж вътре в партидната култура показва типична крива на микробен растеж, в която могат да бъдат идентифицирани четири различни фази. | Техниката на непрекъснато култивиране се използва за отглеждане на полезни микроорганизми при оптимално ниво на хранителни вещества в отворена система, в която хранителните вещества се добавят непрекъснато и отпадъците и продуктите се отстраняват със същата скорост, за да се поддържа растежът в експоненциална фаза. |
| Хранителни вещества | |
| Хранителните вещества се доставят веднъж преди започване на процеса на ферментация. | Хранителните вещества се добавят много пъти (в началото и между процеса). |
| Тип система | |
| Пакетната култура е затворена система | Непрекъснатата култура е отворена система. |
| Прекратяване на процеса | |
| Процесът на партидната култура се спира след формирането на продукта. | Процесът не е спрян, въпреки че продуктът е оформен. Непрекъснатото отстраняване на продукта се извършва без спиране на процеса в непрекъсната култура. |
| Условия на околната среда | |
| Условията на средата в партидната култура не са постоянни. | Условията на околната среда в непрекъснатата култура се поддържат на постоянно ниво. |
| Микробиален растеж | |
| Микробният растеж вътре в партидната култура следва фази на забавяне, логаритмична и стационарна фаза. | Микробният растеж се поддържа на оптимално ниво, което е етап на експоненциален растеж. |
| Коефициент на оборот | |
| Процентът на оборот е нисък, тъй като хранителните вещества и другите условия са ограничени вътре. | Степента на оборот е висока, тъй като се поддържат оптималните нива на хранителни вещества и други условия. |
| Използван ферментатор | |
| Използва се голям ферментатор за партидни култури | Използва се малък ферментатор за непрекъсната култура. |
| Използване | |
| Ферментацията на партидна култура се използва често в индустриите | Непрекъснатата ферментация на културата се използва по-рядко в промишлеността. |
| Настройка на културата | |
| Настройката на партидната култура е лесна за създаване и изпълнение. | Настройката на непрекъсната култура не е лесна за създаване и изпълнение. |
| Замърсяване | |
| Замърсяванията са минимални в партидни култури | Шансът за заразяване е висок при непрекъсната култура. |
| Методи за контрол | |
| Методите за контрол са лесни и бързи. | Методите за контрол са сложни и отнемат време. |
| Пригодност | |
| Партидната култура е по-подходяща за производството на вторични метаболити като антибиотици. | Непрекъснатата култура е по-подходяща за производството на първични метаболити като аминокиселини и органични киселини. |
Обобщение – Пакетна срещу непрекъсната култура
Партидното култивиране и непрекъснатото култивиране са два вида техники, използвани за култивиране на микроорганизми в голям мащаб за промишлени и други цели. При партидната култура микроорганизмите се снабдяват с хранителни вещества в началото и се отглеждат. Когато микробите използват наличните хранителни вещества, хранителните вещества стават ограничени след определен период от време. Микроорганизмите растат през фази на изоставане, дневник, стационарна фаза и фаза на смърт. Процесът на ферментация се извършва на партиди в техника на партидно култивиране. След всяка партида, ферментаторът се почиства и използва прясно за следващата партида. При непрекъснато култивиране на микроорганизмите непрекъснато се осигуряват адекватни нива на свежи хранителни вещества, за да поддържат микробите винаги в логаритмична фаза за извличане на първичните метаболити на микроорганизмите. Обемът на непрекъснатата култура се поддържа на постоянна стойност чрез добавяне на свежи хранителни вещества и отстраняване на продукти със същата скорост, без да се спира процеса. Партидната култура е необходима сравнително голям затворен ферментатор, докато непрекъснатата култура е необходима малък отворен ферментатор. Това е разликата между партидната и непрекъснатата култура.
