1 Общая характеристика различных методов культивирования продуцентов

Для достижения любого биотехнологического процесса микробного синтеза необходимы культура микроорганизмов, питательная среда, аппаратура для выращивания и проведения вспомогательных операций, средства контроля и управления.

Культивированием называют выращивание микроорганизмов на питательных средах в определенных условиях, а развивающийся при этом организм - культурой.

В процессе культивирования происходят рост и размножение культуры. Строго говоря, рост - это физиологический процесс, в ходе которого увеличиваются размеры и масса одной популяции. После размножения увеличивается число особей. Однако обычно под ростом культуры подразумевают не только рост одной клетки, но и общее увеличение числа клеток - биомассы, в результате размножения, то есть рост культуры микроорганизмов.

Культивирование является основной стадией технологического процесса и во многом определяет количественные и качественные характеристики производства биопрепаратов.

На стадии культивирования осуществляется накопление как самой биомассы, так и продуктов метаболизма (жизнедеятельности) микроорганизмов.

Иногда (например, при производстве бактериальных препаратов) целевым продуктом является сама биомасса, в других случаях – продукты, синтезируемые клеткой (антибиотики, ферменты, аминокислоты и др.). При этом синтезируемый продукт может накапливаться как внутри клеток, так и выделяться в культуральную жидкость.

Для получения продукции в максимальных количествах активный штамм-продуцент выращивают на оптимальной питательной среде в оптимальных условиях культивирования (посевная доза, температура, рН, окислительно-восстановительный потенциал, аэрация, массообменные характеристики, питательные и ростовые добавки, сроки культивирования). Выращивание проводят в ферментаторах (культиваторах), вместимость которых может варьировать от 2 л до 100—400 м³ в зависимости от потребности в продукте. Для получения культур животных клеток объем ферментаторов пока не превышает 3м³. В настоящее время биотехнологическая промышленность оснащена ферментаторами, позволяющими вести процесс в автоматическом режиме с программным управлением. Процесс культивирования ведется в асептических условиях, чтобы получить чистые культуры целевых микроорганизмов или культуры клеток.

При культивировании исходным сырьем служат разнообразные источники углерода (природные углеводороды, органические отходы), минеральные соли и атмосферный азот. В качестве микроорганизмов используются прокариоты (бактерии, актиномицеты) и грибы. Обычно культивирование проводят по следующей технологии. Чистые культуры микроорганизмов предварительно размножают на питательной среде. Затем их вносят в специальные ёмкости–ферментаторы с подготовленным и простерилизованным сырьем. Обработка сырья – ферментация – протекает при определенной температуре, определенной кислотности, в аэробных или анаэробных условиях. Процесс ферментации обычно продолжается несколько дней. После этого производится очистка требуемого продукта от примесей (например, при производстве лекарственных препаратов).

На рисунке 1 представлена технологическая схема стадии культивирования микроорганизмов, отделения, концентрирования биомассы.

Рисунок 1 – Обобщенная технологическая схема микробиологического процесса