23. Поверхневий та глибинний способи культивування мікроорганізмів. Особливості, переваги, недоліки при отриманні окремих біологічно активних речовин.

Біосинтез може відбуватися або глибинним або поверхневим методом. При поверхневому вирощуванні рідке середовище розлите тонким шаром. Якщо продуктом є біомаса, то використовують глибинний метод. Можливе аеробне і анаеробне (не можливо використати при поверхневому біосинтезі) культивування.

Поверхневий спосіб культивування:

Елементарною коміркою для вирощування поверхневої культури є кювета (металічна квадратна або прямокутна ємність) з площею 50 см², висота бортів 5-10 см, дно суцільне, перфороване, з кришкою або без. Найбільш використоване ацинковане залізо. Перед використанням стерилізують в автоклаві, потім насипають стерилізоване поживне середовище. Далі в кожну кювету вносять посівний матеріал або в окрему ємність 5-10 % посівного матеріалу + поживне середовище, а потім розсипають по кюветах. Середовище в кюветі на 1-2 см нижче за борти. Надалі кювети ставлять в ростильну камеру (щоденне прибирання, дезінфікування поверхонь, стерилізуються окремі інструменти, ємності). Кювети можуть заповнюватися як в ручну так і на конвеєрі. Над ростильною камерою встановлюють кондиціонер, теплообмінник, фільтр 3 ступеня очистки та постійно підтримується температура.

Глибинний спосіб біосинтезу:

Переваги порівняно з поверхневим:1. висока ступінь автоматизації і механізації процесу, відсутність ручної праці; 2. більш висока продуктивність; 3. зручність виділення продукту (одразу з рідкого стану, а при поверхневому біосинтезі спочатку переводять в рідкий стан).

Одинична «комірка» - ферментер (біореактор). Герметична циліндрична ємність із сферичним дном і кришкою, об’єми ферментерів коливаються у великому діапазоні (0,01-100 м³, до 2000 м³ в Німеччині у виробництві амінокислот). В мікробіологічній промисловості використовують ферментери 1-20 м³ для виробництва імунопрепаратів, імуноактивних структур, виробництві біологічно активних компонентів мікробних клітин, аналітичні препарати для наукових досліджень; 40-80 м³ – виробництво ферментних препаратів, антибіотиків, амінокислот. Для медичних або кормових препаратів об’єми різні і пов’язані із розміром замовлення.

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------

24. Періодичний та безперервний процеси біосинтезу. Особливості, переваги, недоліки при отриманні окремих біологічно активних речовин.

Переваги періодичного способу культивування(ПК): Мала вартість апаратів та систем керування

Гнучкість, тобто можливість напрацьовувати в одному біореакторі різних продуктів. Час К(культивування) можна довільно змінювати. Процес менше піддається інфікуванню та мутаціям клітин. Процес є зручним для отримання малої кількості продукту. Умови К можливо підтримувати в оптимумі як для фази росту біомаси, так і в фазі біосинтезу продукту.

Процес є зручним для реалізації біосинтезу вторинних метаболітів.

Недоліки ПК: Необхідність приготуванні посівного матеріалу. Швидка зношуваність використовуваних приладів, пов’язана з необхідністю стерилізації. Продуктивність за біомасою і продуктом часто нижче чим за неперервного. Процес більш небезпечний для людини.

Переваги безперервного способу культивування(БК): Вміст біомаси можливо підтримувати невизначено тривалий час. Можливе виключний вплив фіз.. та хім.. факторів на ріст та утворення продукту за постійної швидкості росту. Можливе за рахунок розбавлення підтримка концентрації біомаси. Можливість тривало підтримувати ріст, лімітований одним заданим субстратом, що дає змогу дослідити вплив лімітації на стан клітини. Склад середовища можливо оптимізувати методом імпульсних домішок. Результат за БК часто більш надійні та відтворювані ніж за ПК.

Процес має більшу продуктивність і відносно малий не продуктивний час. За постійних технічних режимів є постійною і якість продукту. Незначна зношуваність вик. Приладів, яка пов’язана зі стерилізацією Знижується небезпека контакту обслуговуючого персоналу з матеріалом.

Недоліки БК: Менша гнучкість процесу, регулювати можливо лише деякі деякі параметри( шв.розбавленя, температура, ..) Більші вимоги до постійної якості сировини. Значні капіталовкладення , необхідність неперервної стерилізації. Значна можливість інфікування, що пов’язана зі значною тривалістю культивування Можливість виродження культури.

Не завжди можливо досягнути оптим. Виходу продуктів метаболізму, які не пов’язані з ростом культури. Важко К в Брежимі міцеліальні культури, що пов’язано з в’язкістю та гетерогенністю

БК висуває підвищені вимоги до надійності обладнання .

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------

25. Основні фактори, що визначають ефективність біосинтезу цільового продукту: склад поживного середовища, аерація, температура, перемішування, надлишковий тиск, рН, киснезабезпечення, вологість, тривалість процесу, можливість інфікування.

Вологість. За вологи 11-20% розвиток м-м є неможливим

Незначний ріст лише за вологості 30%

40-45% - вважають несприятливою , бо сприяє утворенню спор .

53-68% -спостегігається найбільше накопичення продуктів метаболізму і т.д.

За 60-68% спостерігається зниження процесів біосинтезу, що пов’язують зі зменшенням проникності повітря.

Аерація

Має за мету:

Забезпечити м-м необхідною для росту та розвитку кількістю кисню. Видалення з поверхні, газоподібних продуктів обміну. Часткове зняття і відвід фізіологічного тепла, що виділяється в процесі росту. За ГК аерування значною мірою вик. Для подачі кисню та при інтенсифікації аерації середовища інтенсифікуються процеси біосинтезу, скорочується тривалість К.

Середня фізіологічна потреба в кисні складає 7,6 м3 на 1 т культури за годину.

Тривалість К Оптимальний термін К , визначається експериментальною залежністю від багатьох факторів і від фізіологічних особливостей продуцента.

Значення рh

За ПК, рh має менший вплив на утв. Продуктів.

Велике значення має за ГК, може змінюватися в процесі стерилізації та К.

Оптимальне значення залежить від продуцента.

Гриби і дріжджі рh=3,8..5,6

Бактерії рh=6,2…7,4

Більшість м-м є чутливе до рh

Концентрація речовин: в першу чергу мається на увазі концентрація компонентів живлення, допустимі невеликі коливання, які регулюються за рахунок осморегуляції. При недостачі – клітина недоотримує поживні компоненти, а при надлишку гине від осмотичного шоку.

Температура: коливання температури лише в декілька градусів може вплинути на продукт – синтез йде в тому чи іншому напрямку. Психофіти – мікроорганізми, які ростуть при 0-10 0 С, мезофіли – 25-35 0 С, термофіли – 50-60 0 С.

більшість продуцентів є мезофілами і оптимальна т-ра складає 25-32

Тиск Процеси ферментації здійснюють за надлишкового тиску від 0,2-0,5 бар для того щоб запобігти інфікуванню.

В багатьох ферментерах враховують Ргідрост. Так як це впливає на розчинність кисню і вуглекислого газу.

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------