Kluczowa różnica - kultura wsadowa a 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 wydobycia niezbędnych produktów wynikających z metabolizmu drobnoustrojów. Do hodowli i utrzymania biomasy drobnoustrojów służy specjalna aparatura zwana fermentorem przemysłowym. Jest to duże naczynie zaprojektowane tak, aby zapewnić przestrzeń i niezbędne wymagania dla wzrostu drobnoustrojów i metabolizmu. Istnieją dwa typy przemysłowych kultur fermentacyjnych, powszechnie stosowanych w branżach, zwane kulturami wsadowymi i kulturami ciągłymi. Kluczowa różnica między kulturą okresową a ciągłą polega na tym, że hodowla okresowa jest techniką stosowaną do hodowania mikroorganizmów przy ograniczonej dostępności składników odżywczych w systemie zamkniętym, podczas gdy kultura ciągła jest techniką stosowaną do hodowania mikroorganizmów przy optymalnym i ciągłym dostarczaniu składników odżywczych w systemie otwartym w branże.
SPIS TREŚCI
1. Przegląd i kluczowa różnica
2. Co to jest kultura wsadowa
3. Co to jest kultura ciągła
4. Porównanie obok siebie - hodowla wsadowa i ciągła
5. Podsumowanie
Co to jest kultura wsadowa?
Hodowla okresowa to technika polegająca na hodowaniu mikroorganizmów 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 rozkładu węglowodanów na alkohole i kwasy przez mikroorganizmy w warunkach beztlenowych. W technice hodowli okresowej składniki odżywcze są dostarczane na początku, a konkretny mikroorganizm jest zaszczepiany do fermentora. Fermentor jest zamykany, a temperatura i pH są utrzymywane w celu wzrostu mikroorganizmów. Mikroorganizm rośnie w środku i wykorzystuje dostarczone składniki odżywcze oraz inne warunki. Z czasem,składniki odżywcze stają się ograniczone, a warunki środowiskowe w fermentorze zmieniają się. Stąd wzrost drobnoustrojów wykazuje odrębne cztery etapy, takie jak faza zastoju, faza logarytmiczna, faza stacjonarna i faza śmierci. Pod koniec fermentacji proces zostaje zatrzymany, a użyteczne produkty są ekstrahowane i oczyszczane. Fermentor jest myty i sterylizowany przed użyciem do kolejnej hodowli okresowej.
Specjalnością techniki hodowli okresowej jest to, że jest ona prowadzona z ograniczoną ilością 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, aby uzyskać pomyślne tworzenie produktu.
Technika hodowli okresowej jest szeroko stosowana do oczyszczania metabolitów wtórnych, takich jak antybiotyki, pigmenty itp. Technika ta nie jest odpowiednia do wytwarzania metabolitów pierwotnych i produktów związanych ze wzrostem.
Rysunek 01: Kultura wsadowa
Co to jest kultura ciągła?
Hodowla ciągła to kolejna technika, która pozwala na hodowanie pożytecznych mikroorganizmów. Ma na celu 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 ryc. 02. Świeża pożywka jest dodawana w sposób ciągły z jednego końca, podczas gdy produkty metaboliczne są w sposób ciągły ekstrahowane z drugiego końca chemostatu, aby utrzymać objętość hodowli na stałym poziomie.
Hodowla ciągła jest stosowana w przemyśle, w którym wymagane jest wyodrębnienie z mikroorganizmów użytecznych metabolitów pierwotnych, takich jak aminokwasy, kwasy organiczne itp. Pierwotne metabolity są wytwarzane z największą szybkością, gdy mikroorganizmy są w fazie wykładniczej. Stąd ciągła hodowla zawsze ma na celu utrzymanie biomasy drobnoustrojów w fazie logarytmicznej. Odbywa się to poprzez ciągłe monitorowanie procesu i sterowanie systemem.
Rysunek 02: Hodowla ciągła w Chemostat
Jaka jest różnica między kulturą wsadową i ciągłą?
Porównaj środek artykułu przed tabelą
Kultura wsadowa a ciągła |
|
| Technika hodowli okresowej jest stosowana do hodowli pożytecznych mikroorganizmów w ograniczonych ilościach składników odżywczych w zamkniętym fermentorze przez określony czas. Wzrost drobnoustrojów wewnątrz kultury okresowej przedstawia typową krzywą wzrostu drobnoustrojów, w której można zidentyfikować cztery odrębne fazy. | Technika ciągłej hodowli jest stosowana do wzrostu 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. |
| Składniki odżywcze | |
| Składniki odżywcze są dostarczane jednorazowo przed rozpoczęciem procesu fermentacji. | Składniki odżywcze są dodawane wielokrotnie (na początku i pomiędzy procesem). |
| Rodzaj systemu | |
| Kultura wsadowa to system zamknięty | Kultura ciągła to system otwarty. |
| Zakończenie procesu | |
| Proces hodowli okresowej jest zatrzymywany po utworzeniu produktu. | Proces nie jest zatrzymywany, chociaż produkt się tworzy. Ciągłe usuwanie produktu odbywa się bez zatrzymywania procesu w ciągłej hodowli. |
| Warunki środowiska | |
| Warunki środowiskowe wewnątrz kultury okresowej nie są stałe. | Warunki środowiskowe wewnątrz kultury ciągłej są utrzymywane na stałym poziomie. |
| Wzrost mikrobiologiczny | |
| Wzrost drobnoustrojów wewnątrz kultury okresowej przebiega w fazach opóźnienia, logarytmu i stacjonarnej. | Wzrost drobnoustrojów jest utrzymywany na optymalnym poziomie, co stanowi wykładniczy etap wzrostu. |
| Wskaźnik obrotów | |
| Tempo obrotu jest niskie, ponieważ składniki odżywcze i inne warunki są ograniczone w środku. | Szybkość obrotu jest wysoka, ponieważ optymalny poziom składników odżywczych i inne warunki są utrzymywane. |
| Fermenter używany | |
| Do kultur okresowych stosuje się duży fermentor | Do ciągłej hodowli stosuje się mały fermentor. |
| Posługiwać się | |
| Fermentacja w kulturach okresowych jest powszechnie stosowana w przemyśle | Ciągła fermentacja kultur jest rzadziej stosowana w przemyśle. |
| Konfiguracja kultury | |
| Konfiguracja kultury wsadowej jest łatwa do wykonania i uruchomienia. | Tworzenie i prowadzenie ciągłej hodowli nie jest łatwe. |
| Zanieczyszczenie | |
| Zanieczyszczenia w kulturach okresowych są minimalne | W przypadku ciągłej hodowli szansa na zanieczyszczenie jest wysoka. |
| Metody kontrolowania | |
| Metody kontroli są łatwe i szybkie. | Metody kontroli są skomplikowane i czasochłonne. |
| Stosowność | |
| Hodowla okresowa jest bardziej odpowiednia do wytwarzania metabolitów wtórnych, takich jak antybiotyki. | Hodowla ciągła jest bardziej odpowiednia do produkcji pierwotnych metabolitów, takich jak aminokwasy i kwasy organiczne. |
Podsumowanie - hodowla wsadowa vs ciągła
Hodowla okresowa i kultura ciągła to dwa rodzaje technik stosowanych do hodowli mikroorganizmów na dużą skalę do celów przemysłowych i innych. W kulturach okresowych mikroorganizmy otrzymują składniki odżywcze na początku i w fazie wzrostu. Kiedy drobnoustroje wykorzystują dostępne składniki odżywcze, po pewnym czasie stają się one ograniczone. Mikroorganizmy rozwijają się w fazach opóźnienia, logarytmu, 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 mikroorganizmy są stale zaopatrywane w odpowiedni poziom świeżych składników odżywczych, aby zawsze utrzymywać mikroby w fazie logarytmicznej w celu ekstrakcji pierwotnych metabolitów mikroorganizmów. Objętość kultury ciągłej jest utrzymywana na stałym poziomie poprzez dodawanie świeżych składników odżywczych i usuwanie produktów z tą samą szybkością bez zatrzymywania procesu. Hodowla okresowa jest potrzebna w porównaniu z dużym zamkniętym fermentorem, podczas gdy kultura ciągła jest potrzebna w małym otwartym fermentorze. To jest różnica między hodowlą okresową a ciągłą.
