ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «АСТРАХАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Реферат на тему:
«Непрерывное культивирование. Преимущества и недостатки»
Выполнили студенты гр. ДБББ-31б:
Умриха Анна, Башкирова Татьяна
Астрахань, 2014
Непрерывное культивирование
Непрерывное культивирование- это процесс, при котором в ферментаторе поддерживаются постоянные условия среды, в результате чего микроорганизмы остаются в определенном физиологическом состоянии.
Непрерывное культивирование пока не находит широкого применения, однако в настоящее время все более популярным становится периодическое культивирование с добавлением субстрата, которое представляет собой компромисс между двумя системами.
Для непрерывного культивирования подаётся свежая питательная среда и удаляется избыток среды с продуктами метаболизма, поддерживается фаза экспоненциального роста.
При непрерывном культивировании микроорганизмов отсутствует смена фаз развития культуры. В таких процессах скорость потока питательной среды и отвода культуральной жидкости из системы необходимо отрегулировать, чтобы концентрация клеток оставалась постоянной. В стерильных условиях непрерывный метод обеспечивает сохранение культуры в физиологически активном состоянии длительное время.
Поддержание динамики равновесия в реакторе осуществляется двумя методами: турбидостатным и хемостатным.
По турбидостатному принципу концентрация биомассы поддерживается скоростью потока среды, а по хемостатному - концентрацией подаваемого субстрата. Известен также способ регулирования роста культуры по рН.
При турбидостатном методе регулирования контролируются концентрации суспензии входящей жидкости, создаваемой микробными клетками. Метод осуществляется с помощью фотоэлемента или рН-электрода, если в культуральной жидкости образуются органические кислоты.
Хемостатный контроль проще, так как он происходит по входящему потоку. Этот метод регулирования применим ко всем типам микроорганизмов и клеток различных тканей животных и растений. Биореактор в хемостатном режиме снабжен устройствами для вливания и выпуска питательной жидкости, имеет систему контроля скорости потока, перемешивание.
Например, используемый ферментер Labfors 3 бактериальный (13л) позволяет контролировать до 16 параметров: температуру, рН, скорость вращения мешалки, концентрацию растворенного кислорода, контроль уровня пены, контроль массового потока газов, оптическую плотность, окислительно-восстановительный потенциал, массу, давление, анализ субстрата (например, уровень глюкозы и метанола)
Преимущества хемостатного метода
1. Хемостат дает возможность изменять скорость роста биомассы, не производя в окружающей среде никаких изменений, кроме изменений концентрации лимитирующего рост субстрата. В простой периодической культуре изменения скорости роста могут быть вызваны только качественными изменениями в составе питательной среды или количественными изменениями физико-химических условий, таких, как температура или pH. Эти методы изменения скорости роста вносят побочные эффекты, маскирующие действие самой скорости роста. Так, изменение температуры, например, независимо действует и на скорость роста и на содержание РНК у бактерий.
2. Хемостат можно использовать и прямо с противоположной целью, а именно фиксировать скорость роста при изменении окружающих условий. Это очень существенно в тех случаях, когда необходимо отдифференцировать влияние изменения условий окружающей среды и влияние изменения скорости роста.
3. Хемостат, кроме того, используется для поддержания постоянной скорости роста при лимитирующей концентрации субстрата, тогда как в периодической культуре рост, лимитированный субстратом, можно получить лишь кратковременно, причем это сопровождается изменением скорости роста. Данная функция хемостата расширяет возможный диапазон постоянных окружающих условий и дает возможность изучать не только избыток или истощение лимитирующего рост субстрата, но и все промежуточные состояния.
4. В хемостатном методе существенно то, что он упрощает системы культуры и, следовательно, облегчает как изучение реакций организма на его окружение, так и управление процессами, протекающими в самих микроорганизмах. Преимущества этого упрощения приобретают особенно большое значение, когда возникает необходимость в изучении или управлении взаимодействием двух или более видов.
Схема непрерывного культивирования: в том случае, когда целью является получение большого количества биомассы, обычно используют простейшую, одноступенчатую систему непрерывного культивирования при которой культуру выращивают на каком-то одном определенном субстрате, обеспечивающем максимальный выход биомассы (Непрерывное культивирование микроорганизмов, 1968). Если желаемый продукт образуется в результате двух или более метаболических превращений, используют многоступенчатую систему непрерывного культивирования (рис. 57, Б). Полунепрерывные системы основаны на принципе повторного и последовательного периодического культивирования, производимого в одном или нескольких культиваторах, соединенных в батареи. Теоретической основой для промышленных процессов непрерывного культивирования является управление поведением популяции.
Нагревательный элемент U-образной формы, сделан из стеклянной трубки, в которую продета спираль для нагрева. Элемент соединен с контактным термометром и терморегулятором типа ТРК, который представляет собой усилительный блок УКТ-4 в комплексе с ртутным датчиком - электроконтактным термометром.
Поступление воздуха в культуралькую жидкость обеспечивает, кроме того, и поддержание пищевых частиц во взвешенном состоянии, что, с одной стороны, делает их более доступными для парамеций, а с другой - предотвращает процесс их разложения на дне культиватора. По этой причине культивирование проводили при постоянном барбатаже среды с помощью диффузного распылителя. Последний расположен на дне установки в виде трубки с многочисленными отверстиями.
Непрерывное культивирование дрожжей
Сущность способа непрерывного культивирования дрожжей состоит в том, что он осуществляется проточно в одном или нескольких последовательно соединенных аппаратах - дрожжегенераторах. Осахаренное сусло поступает в первый (головной) аппарат, в который вносят маточные дрожжи. Засеянная ими питательная среда перемещается по аппаратам и выводится в виде готовой культуры дрожжей из последнего (концевого) дрожжегенератора в бродильную батарею (головной ее аппарат).
Принципиальная технологическая схема установки для непрерывно-поточного брожения приведена на рисунке ниже.
Сусло поступает в сборники 1, в них оно доосахаривается при температуре 55 гр. Цельсия в течение 45 - 60 мин и насосом 2 прокачивается через контактную головку 3 для нагревания до 75 - 78 гр. Цельсия, пастеризуется в течение 20 - 30 минут в выдерживателе 6, проходит сеператор 5, в котором выделяющийся из сусла вторичный пар отсасывается эжектором 4 с помощью острого пара и возвращается в контактную головку 3. Далее сусло насосом 7 подается в теплообменник 8, где охлаждается до температуры 22 - 24 гр. Цельсия, а затем направляется в два головных дрожжегенератора 9. Одновременно из третьего дрожжегенератора 9 подается 19, 20 или 30% маточной культуры дрожжей насосом 10. Непрерывное заполнение этих дрожжегенераторов в зависимости от объема маточной культуры продолжается соответственно 16, 12 и 8 часов.
Для поддержание постоянной концентрации дрожжевых клеток на уровне 80 - 90 млн./мл скорость притока сусла должна возрастать.
Во второй ступени - дрожжегенераторе 11 большего объема вместе с непрерывным притоком культуры из дрожжегенераторов 9 вводится также непрерывно сусло температурой 30 гр. Цельсия из общей производственной магистрали. Культивирование продолжается такое же время, как и в дрожжегенераторах 9, при этом скорость притока сусла регулируется с расчетом поддержания концентрации дрожжевых клеток на уровне 80 - 90 млн./мл.
По аналогичному принципу и за такое же время заполняется концевой дрожжегенератор 12, имеющий объем, равный объему головного аппарата бродильной батареи. Сразу же после заполнения концевого дрожжегенератора его содержимое насосом 13 перекачивается в указанный стерилизованный бродильный аппарат.
Благодара расчленению процесса дрожжегенерации на три ступени, непрерывному последовательному наполнению суслом и периодическому освобождению дрожжегенераторов их можно стерилизовать через 8-16 часов, в результате чего обеспечивается чистота и сохранность монокультуры дрожжей и не нарушается систематическая поставка посевных дрожжей для непрерывного брожения сусла в батарее бродильных чанов.
культивирование ферментатор дрожжи микроорганизм
Заключение
Метод непрерывного культивирования основан на поддержании в системе динамического равновесия. Среды, используемые при непрерывном культивировании, всегда составляют таким образом, чтобы один из субстратов (обычно это источник углерода) лимитировал рост, поэтому его содержание в культуральнои жидкости минимально. Такой способ широко применяется в экспериментах по физиологии микроорганизмов. Даже в микробиологических лабораториях, где работа с чистыми культурами в асептических условиях - обычное дело, опыты по непрерывному культивированию требуют особого внимания. Специальное устройство аппаратуры, строгое соблюдение правил работы - все направлено на то, чтобы избежать загрязнения посторонней микрофлорой. Непрерывные процессы имеют технологические преимущества по сравнению с периодическими, поскольку теоретически их можно осуществлять неограниченно длительное время. На практике они обычно прерываются в связи с инфицированием культуры посторонней микрофлорой.