Способы культивирования микроорганизмов

Культивирование можно проводить поверхностным или глубинным, периодическим или непрерывным методами, в аэробных или анаэробных условиях. Здесь рассматриваются в основном методы, используемые в технологии пищевых и микробиологических производств с использованием только аэробных микроорганизмов.

Способ культивирования зависит от конечной цели культивирования: либо целью является накопление биомассы, либо получение определенного продукта жизнедеятельности микроорганизма (метаболита).

Поверхностный метод. Поверхностное культивирование заключается в выращивании аэробных микроорганизмов на поверхности жидких и сыпучих питательных сред. При этом микроорганизмы получают кислород непосредственно из воздуха. В связи с этим при поверхностном культивировании стараются увеличить площадь соприкосновения среды с воздухом. При поверхностном культивировании на жидких средах микроорганизмы растут в виде пленок (например, в производстве лимонной кислоты). На сыпучих питательных средах поверхностным методом получают ферментные препараты.

Глубинный метод. Этот метод культивирования осуществляется на жидких средах, в которых микроорганизмы развиваются во всей толще. Сочетание питательной среды и растущих в ней микроорганизмов называют культуральной жидкостью. Так как микроорганизмы могут утилизировать только растворенный в воде кислород, а растворимость кислорода в воде невелика, то для обеспечения роста аэробных микроорганизмов их необходимо постоянно снабжать кислородом. Процесс подвода кислорода в глубь жидкой среды называется аэрированием. Аэрирование осуществляется путем продувания стерильного воздуха через культуральную жидкость.

Глубинный способ широко используется для получения биомассы микроорганизмов (прессованные хлебопекарные дрожжи, кормовые дрожжи) и различных продуктов жизнедеятельности микроорганизмов (органических кислот, ферментов, антибиотиков, аминокислот).

Рис.-1; Схема ферментатора для глубинного культивирования аэробных микроорганизмов: 1 — вход воздуха; 2 — выход воздуха; 3 —барботер; 4 — отбойник; 5 — Мешалка  

Глубинное культивирование продуцентов этих веществ в производстве осуществляют в специальных аппаратах — ферментаторах (рис. 1), объем которых может достигать 100 м³ (100 000 л). В современных конструкциях ферментаторов количество пропускаемого воздуха поддерживается автоматически. Воздух стерилизуется при прохождении через активированный древесный уголь, стеклянную вату, пропитанную антисептиком, или специальные полимерные фильтрующие материалы. Для более сильного распыления и дробления пузырьков воздуха его пропускают через пластинки с мелкими отверстиями — барботеры, которые помещают непосредственно в ферментаторы. Принудительную аэрацию в ферментаторах обычно совмещают с перемешиванием среды с помощью мешалок, вращающихся с частотой от десятков до тысяч оборотов в минуту. Это обеспечивает максимальный контакт клеток с кислородом воздуха, с питательными веществами, резко увеличивается поверхность соприкосновения клеток и позволяет поддерживать максимальную скорость образования вывода и метаболитов из клеток.

Преимущества глубинного культивирования заключаются в том, что этот способ не требует больших площадей и громоздкого оборудования, объем ферментаторов можно увеличить за счет увеличения высоты. Преимуществами являются также простота обслуживания, возможность автоматизации, а главное, удобство выделения целевого продукта из культуральной жидкости.

Глубинное культивирование микроорганизмов может быть периодическим и непрерывным. При периодическом методе культивирования весь объем питательной среды засевают чистой культурой и выращивание ведут в оптимальных условиях определенный период времени до накопления нужного количества целевого продукта. Поскольку культивирование ведется на невозобновляемой питательной среде (в стационарных условиях), клетки все время находятся в меняющихся условиях. Сначала они имеют в избытке все питательные вещества, затем постепенно наступает недостаток питания и отравление вредными продуктами обмена. В связи с этим культура в своем развитии проходит четыре фазы роста и размножения, в течение которых изменяются размеры клеток, скорость размножения, морфологические и физиологические свойства (рис. 2).

Дата добавления: 2015-07-25