Классификация способов и систем культивирования микроорганизмов

Культивирование микроорганизмов можно классифицировать по нескольким признакам:

· По целевому продукту, получаемому в процессе ферментации:

1) ферментация, в которой целевым продуктом является сама биомасса микроорганизмов;

2) целевым продуктом является не сама биомасса, а продукты метаболизма – внеклеточные и внутриклеточные;

3) задачей ферментации является утилизация определенных компонентов исходной среды; к таким процесса относят биоокисление, метановое брожение, биокомпостирование

· По основной фазе, в которой протекает процесс ферментации:

поверхностное твердофазное культивирование (клетки растут на поверхности твердой (плотной) среды, содержащей достаточное количество влаги и питательных веществ), и поверхностное жидкофазное культивирование (микроорганизмы растут на поверхности жидкой питательной среды, потребляя содержащий в ней субстраты и выделяя в эту среду продукты метаболизма); глубинное культивирование (микроорганизмы распределяются по всему объему жидкой питательной среды, а источники газообразных продуктов питания и компоненты питательной среды поступают к микроорганизма в результате аэрации и перемешивания); газофазное культивирование, в котором процесс протекает на твердом носителе, где закрепляются микроорганизмы, но сами частицы носителя взвешены в потоке газа, насыщенным аэрозолем питательной среды.

· По отношению к кислородуразличают аэробную, анаэробную и факультативно-анаэробную ферментацию – по аналогии с классификацией самих микроорганизмов.

· По степени защищенности от посторонней микрофлоры – асептическое, условно асептическое и неасептическое культивирование. В условиях асептической ферментации допускается некоторый уровень попадания посторонней микрофлоры, которая способна сосуществовать с основной или по содержанию не превышать определенного предела.

· По числу видов микроорганизмовразличают ферментации на основе монокультуры (или чистой культуры) и смешанное культивирование, в котором осуществляется совместное развитие ассоциации двух или более культур.

· По способу организациипроцессы культивирования могут быть:

1) периодическое

2) непрерывное

3) многоциклические

4) отъемно-доливные

5) периодические с подпиткой субстрата

6) полунепрерывные с подпиткой субстрата.

Все эти виды культивирования (по способу их организации) легко идентифицировать по способу загрузки сырья и выгрузки продуктов.

В периодических процессах загрузка сырья и посевного материала в аппарат производится единовременно, затем в аппарат в течение определенного времени идет процесс, а после его завершения полученная ферментационная жидкость выгружается из аппарата.

В непрерывных процесса загрузка и выгрузка среды протекает непрерывно и одновременно, причем скорость подачи в аппарат свежей питательной среды равна скорости отбора из аппарата процесса, часть ферментационной среды выгружают и заменяют свежей средой.

В сравнении с многоциклическим процессом здесь меньше отбираемая часть жидкости, но зато и интервалы между отборами меньше и число отборов гораздо больше. Процесс при таких частых отборах и добавлениях среды протекает по-другому, чем в строго периодическом процессе, и часто имеет лучшие характеристики, а не только обеспечивает экономию на посевном материале.

В периодическом процесс с подпиткой часть среды загружается в начале ферментации, а другая часть добавляется непрерывно по мере протекания процесса. Естественным завершением процесса является переполнение аппарата, поэтому необходимо переходить на строго периодический процесс с максимальным объемом среды и быстро завершать его.

Полунепрерывные процессы с подпиткой субстрата является сочетанием отъемно-доливных и подпиточных. В рассмотренном процессе с подпиткой после достижения определенного состояния происходит отбор части ферментационной жидкости из аппарата, а затем постепенное добавление субстрата до нового заполнения аппарата. В результате удается снять с одного аппарата во много раз больше культуральной жидкости, да и процесс при этом протекает значительно интенсивнее.

1.2 Биореактор

Основным оборудованием для культивирования является биореактор (ферментатор). Основной функцией биореакторов является обеспечение условий для роста микроорганизмов, клеток животных и вирусов в заданных условиях. Следовательно, основной задачей при использовании биореакторов является обеспечение его надежности при культивировании в течение периода от нескольких часов до многих дней. Конструкции биореакторов различны.

Обычно ферментер изготавливают из высококачественной нержавеющей стали, так что он не подвержен коррозии и не выделяет в среду токсичные соли металлов. Все используемое оборудование, материалы и воздух должны быть стерильными. Оборудование стерилизуют паром под давлением. Пар должен иметь доступ ко всем поверхностям, которые в свою очередь должны быть гладкими и отполированными, насколько это возможно, и не иметь трещин и неровностей, в которых могут скапливаться микроорганизмы. Среду стерилизуют перед инокуляцией, пропуская пар через систему охлаждения. Воздух стерилизуют путем фильтрации.

Биореакторы должны быть достаточно простыми в обслуживании: работа отдельных узлов необходимо контролировать. Должны регулироваться отдельные физико-химические параметры культивирования (температура стерилизации и культивирования, рН, еН, рО₂, рСО₂, скорость вращения мешалки, давление, расход воздуха или газов на аэрацию, пенообразование). Соответствующая гидродинамическая обстановка в биореакторе, а следовательно и процессы тепло-и массообмена, поддерживаются с помощью специальных конструкции и перемешивающих устройств, диспергаторов газа и наличие отражательных перегородок. Кроме того, важное значение имеют геометрические соотношения отдельных элементов биореактора.

Рисунок 2 – Биореактор

2 ПИТАТЕЛЬНЫЕ СРЕДЫ

Дата добавления: 2015-10-24