7 Способы культивирования микробной биомассы в производстве. Варианты хемостатного культивирования.

Варианты реализации биосинтеза: периодический, полупериодический и непрерывный. 1) при единовременной загрузке питательных компонентов и посевного материала в начале процесса. Создаются соответствующие условия (рН, t и др.). Процесс проводится до конца, аппарат выгружают. В них постоянно меняется физиологическое состояние клеток, состав пит-ой среды, концентрации продуктов жизнедеят-ти в среде. 2) отличается тем, что в нем вещ-ва, необходимые для роста добавляют в аппарат по ходу культивирования, хотя аппарат разгружают единовременно. Добавление компонентов и питат-х вещ-в позволяет создать благоприятные условия для жизнедеят-ти культуры в различных фазах культивирования. В аэробных процессах одним из субстратов, подаваемых в аппарат, является кислород. 3) подача и отбор происходят непрерывно. При постоянной скорости разбавления в таких синтезах устанавливается стационарное состояние, кот. может сохраняться длительное время. Концентрация биомассы, субстрата, удельный рост м-о и другие параметры постоянны. Возможны промежуточные варианты: отъемно-доливной процесс – непрерывное добавление питат-х вещ-в в аппарат и периодические отборы части культуральной жидкости. С одной стороны это разновидность полупериодического процесса, т. к. отливы – это технологический прием, чтобы аппарат не переполнялся, с другой стороны – это непрерывный процесс, отбор производится не непрерывно, а периодически. Многоциклический процесс – обычный периодический или полупериодический, где в качестве посевного материала используют часть культуральной жидкости, полученной на предыдущей операции. По окончании из ферментера сливают 85-95% культуральной жидкости и + свежую среду. Нет необходимости использовать специальные посевные аппараты. Среди непрерывных процессов возможны различные варианты: процессы полного вытеснения. Ферментер – трубка, расположенная горизонтально или вертикально, в кот. втекает среда и посевной материал и вытекает культура. Перемешивания нет. Можно культевировать м-о, не требующие аэрации. Процесс полного вытеснения применяется тогда, когда желательно избежать потери времени. Если процесс аэробный, то его ведут в батареи аэрирующих ферментеров. Процесс полного смешения – осуществляются для роста м-о в ферментерах с мешалками или барботером, с рубашкой для охлаждения, для поддержания постоянной t. Перемешивание должно быть эффективным, чтобы обеспечить одинаковые условия в каждой точке объема жидкой питательной среды. Вариант непрерывного культивирования – хемостатное культ-е – гомогенное проточное культ-е с заданным желаемым коэффициентом разбавления Д, от кот. зависит скорость роста культур μ. Задается фактор, ограничивающий концентрацию вырастающей биомассы (лимитирующий компонент питания). Если Д ↓, то будет долгий контакт с ингибитором, а при ↑ Д – кратковременным. При этом ↑ скорость роста клеток приведет к тому, что клетки будут более чувствительны к ингибитору, чем при ↓ скорости. Варианты хемостатного культивирования: одностадийное культивирование в хемостате при необходимости воспроизвести любую скорость, кроме максим-ой. Двухстадийное – в двух последовательных ферментерах позволяет наблюдать культуру при max скорости и создать условия для ее превышения. для обеспечения максимальной скорости роста или разбавления в 1-ом фер-ре культивирование ведут при Д <μ_max^, а во 2-ой подается порция пит-ой среды. Во 2-ом проис-ит ↑скорости потока, вплоть до >μ_max, но вымывания не происходит, т. к. из 1-го непрерывно поступает культура клеток. В двухстадийной схеме можно воспроизвести во 2-ом фер-ре фазу роста периодической культуры, связанную с синтезом вторичного продукта метаболизма. В 1-ом культура выращивается при > скорости роста, соответствующей 1-ой фазе периодической культуры. 2-ой ферментер >V, содержит > питат-ой среды, поэтому поступающая культура в условиях замедленного роста в такой степени, в какой во 2-ом фер-ре содержится >питат-ой среды, чем в 1-ом. Скорость во 2-ом должна соответствовать скорости во 2-ой фазе, оптимальной для синтеза вторичного продукта. Вариантом является турбидостатное культивирование сигналом служит изменение концентрации клеток → изменение ее мутности в свободном контуре, кот. фиксируется нефилометром, подающим сигнал на включение насоса на свежую питат-ю среду.

Также параметром можно сделать рН, t и др.. Таким методом изучают воздействие на рост различных факторов. После достижения экспоненциальной фазы включают постоянный приток среды. Когда плотность популяции не меняется в течении 5-7 генераций, отбирают пробы. Длительное исследование осложняется обростанием датчиков клетками. Хемостатную культуру ведут не > 4 недель. При получении хемостатной кривой начинают с малых скоростей потока, добиваются стационарного состояния при каждом Д и достигают Д_{критич.} близкого к μ_max, когда концентрация биомассы снижена, концентрация остаточного лимитирующего субстрата повышена. Для обеспечения культивирования анаэробов продувают инертный газ. Хемостатный метод позволяет установить особенности физиологического состояния клеток, изучить действие недостающего компонента ПС или губительные концентрации ингибитора в среде.