9. Получение посевного материала. Микроорганизмы, используемые в биотехнологии.
. Получение посевного материала
Посевным материалом (инокулятом) называют чистую культуру микроорганизма, которую получают путем ее последовательного пересева из пробирки в колбу, а затем в аппараты увеличивающегося объема до количества, необходимого для промышленного производства. Сначала чистую культуру размножают в лаборатории, затем в цехе чистых культур и инокуляции, далее направляют на культивирование. Приготовление посевного материала состоит из следующих стадий:
1. Получение культуры микроорганизма в микробиологической лаборатории завода.
2. Выращивание микроорганизмов в малом посевном аппарате.
3. Выращивание микроорганизмов в большом посевном аппарате.
4. Накопление культуры микроорганизмов в малом ферментере.
В биотехнологии широко применяются плесневые грибы, дрожжи, актиномицеты (грамположительные бактерии, не образующие спор), бактерии и водоросли в виде чистых и смешанных культур. В традиционных процессах ферментации предпочтение обычно отдается смешанным культурам, а в большинстве современных ферментационных процессов – монокультурам (чистым культурам), выращиваемых в асептических условиях.
10. Способы ферментации: аэробная и анаэробная, глубинная и поверх-ностная, периодическая и непрерывная, с иммобилизованным продуцен-том.
Ферментация - это совокупность процессов, результатом которых является культуральная жидкость [6].
Ферментация (культивирование) может протекать как в аэробных, так и в анаэробных условиях (рис. 1).
Рисунок 1 - Классификация процессов ферментации
Аэробное культивирование применяют в тех случаях, когда в процессе задействованы аэробные микроорганизмы-продуценты. Аэрацию смеси осуществляют подачей воздуха или других газов через газоподводящие трубки, форсунки и т.д.
Анаэробные процессы протекают в герметичных емкостях либо посредством продувания культивируемой среды инертными газами. Конструкция ферментера при анаэробной ферментации проще, чем при аэробной [4].
Анаэробный ферментер - anaerobic digester, anaerobic reactor - биореактор, предназначенный для оптимизации анаэробной ферментации; широко используется для обработки отходов с высоким содержанием твёрдых веществ, например навоза, городских стоков и др.
Аэробный ферментер - aerobic reactor - биореактор, обеспеченный системой аэрации для культуры аэробных организмов.
Поверхностная жидкофазная ферментация протекает в бродильных вентилируемых камерах с размещенными на стеллажах кюветами. В таких же камерах, но с размещенными на стеллажах лотками, в которые насыпают сыпучую твердую среду слоем 10…15 мм, проводят твердофазную ферментацию. С целью лучшей аэрации среды днище лотков выполнено перфорированным [6].
C целью интенсификации массо- и энергообмена клеток со средой разработаны аппараты аэробной глубинной ферментации. Но эти аппараты имеют более сложную конструкцию. С точки зрения конструктивных особенностей ферментеры различаются способами подвода энергии и аэрации среды [6]:
ферментеры с подводом энергии к газовой фазе;
ферментеры с подводом энергии к жидкой фазе;
ферментеры с комбинированным подводом энергии (рис. 2).
В ферментерах с подводом энергии к газовой фазе аэрация и перемешивание субстрата происходит сжатым воздухом.
Аппараты с механическим перемешиванием снабжены механической мешалкой. Аэрация осуществляется путем барботажа. С целью разбрызгивания воздуха рядом с барботером установлен механический вибратор.
Аппараты с пневматическим перемешиванием. Перемешивание и аэрацию усиливают с помощью вращающихся дисков с отверстиями или придонных пропеллеров. Такие аппараты могут быть также дополнены диффузором.
В аппаратах с циркуляционным перемешиванием жидкость циркулирует по замкнутому контуру. Движение субстрату придает насос или другое аналогичное устройство. Ферментеры выполнены в виде цилиндра.