Дәріс № 12. Биотехнологиялық процесс, үздікті және үздіксіз аппарат жұмысы.

Микроорганизмдерді культивирлеу әдістері.

Биотехнологиялық синтез технологиясы микроорганизмдер – продуцентінің қасиетіне қарай құрастырылады. Микроорганизмнің осы түрі үшін жағдайының жаақсы болуы, тек өмір сүруіне қолайлы жағдай жасап, көп мол өнім алуға мүмкіндік береді және синтездей алады.

Микроорганизмдерді культивирлеудің кезеңді және үздіксіз әдістері белгілі.

Микроорганизмдерді кезеңді түрде культивирлеу.

Егіс материалын алу барысында көбінесе культивилеудің кезеңді әдісі қолданылады. Микроорганизмдерді культивирлеу кезінде компоненттер қоректік ортаға келіп түспей және одан шықпай тұрған кездк микроорганизмдер өсіріледі және көбееді.

Кезеңдік культивирлеу микробты биосинтез танысқанда алдымен кезеңді культуранаң өсу динамикасын зерттеуден басталады. Периодты культураның дамуы үшін қоректік ортаға егуден басталады. Егу процесі мынадай мөлшерде іске асырылады, минималдды ұстаумен немесе лаг фазасыз микроорганизмнің алдымен өсуімен қамтамасыз етіледі. Биосинтез барысында лаг фазаға түсінікті аз береді немесе өсу үшін қолайсыз жағдаймен түсіндіріледі. Көптеген микробиологиялық процесс үшін ортанаң көлемінің 2% -дей мөлшері «жаңадан жасалған» егіс материалына қатысады.

Тізбектелген ауысу фазалары графикалық түрде көрсетілуі мүмкін.Шыны ыдыста жассушаның саны егіс материалын еккен кезден бастап анықтаса, әрбір уақыт мерзімі белгіленіп, абцисса осіне жіберіледі, жасушаның белгілі санына сәйкестендіріліп ординат осіне жіберіледі.Бұл қисықты микроорганизмдердің өсу қисығы деп атайды және бірнеше фазаларға немесе периодтарға бөледі.

I-фаза лаг-фаза немесе бейімделу фазасы деп аталады. Мұнда жаңадан жасалған қоректік ортаға жіберілген микроорганизмдер көбеймейді, қайта бейімделеді. Бұл фаза 1-2 сағатқа созылады. Фаза аяқтплғаннан кейін жасуша көбее бастайды. Қоректік ортаны пайдалану қуатты түрде жүреді.

Микроорганизмдер көбейгенге дейін қоректік орта инокуляторға енгізіліп отырады. Бұл кезеңде культура жаңа ортаға бейімделеді, бұл фазаның ұзақтығы микроорганизмдердің физиологиялық ерекшелігіне және культивирлеу жағдайына, байланысты егіс материалына және өндірістік орта құрамына байланысты болады. Мұндай айырмашылық аз болған сайын және егілетін микроорганизмдердің мөлшері неғұрлым көп болса, онда 1 фазаның өсуі соғұрлым қысқа болады.

II-фаза өсу жылдамдығының фазасы немесе ауыспалы деп аталады. Бұл жасушаның бөліне бастауы болып сипатталады. Бұл сатыда жасушадағы нуклеин қышқылының ақуыз құрамы жоғарылайды, жасуша көлемі ұлғаяды. Жасуша беті белгі қатынасының аралық жетістігінің арқасында және оның көлемі жасушаның бөлінуімен жүргізіледі, нәтижесінде культураның өсу жылдамдығы мен популяция саны ұлғаяды. Әдетте бұл фазаның жалғасы жоқ.

III-фаза - жасуша санының анағұрлым активті өсу фазасы. Даму фазасы көбеюдің ең активті фазасы. Онда микроорганизмдер қарқынды дамиды, өсу шапшаңдығы да арта түседі. Кейбір жасушалар тіршілігі тежеле бастайды. Ол экспоненциалды немесе логорифмді фазаның өсуі деп аталады. Бұл фазада жасуша белгіленген өсу жағдайына толығымен бейімделгенен кейін басталады, культураның өсуі қоректік зат түспесе де, азықтық заттың зат алмасуы мол болмаса да шектелмейді. Өсу жылдамдығы максималды бекітіледі.

IV - фаза баяу өсу фазасы немесе өсу жылдамдығының төмендеуі бұл фазаның, экспоненциалды фазаға қарағанда жасушалар біртекті болмайды, себебі қолайсыз факторладың әсерінен қоректік зат концентрациясы төмендейді, зат алмасуда өнімнің жиналуы өседі.

V - фаза – стационарлы фаза деп аталады. Бұл фазада пайда болған жасушалар мен қырылған жасушалардың саны теңеледі. Сондықтан тірі жасушалар саны біраз уақыт тұрақты болып қала береді. Көбею кезінде түзілген өнімдер микроорганизмдер тіршілігіне нұқсан келтіре бастайды. Бұл фаза бірнеше сағаттан бірнеше күнге дейін созылады.

VI – фаза - қырылу фазасы немесе жойылу фазасы. Бұл фазада пайда болған жасушалар санынан қырылған жасушалардың саны басым болады. Қоректік ортаның физико-химиялық қасиеті мүлдем өзгеріп, микроорганизмдердің тіршілік етуіне зиянды жағдайға көшеді. Жасушалар қырылу жылдамдығы арта түседі.

Микроорганизмдерді кезеңді әдіспен өсіру көптеген өндірістерде, егіс материалдарын алу сатысында қолданылады, оның ең басты сатысы – ферментация, көптеген өндірістер үздіксіз немесе кезеңді әдіске байланысты емес.

Микроорганизмдерді үздіксіз культивирлеу.

Кезеңді культивилеуде микроорганизмдердің барынша максималды өсу қабілеті толық қолданылмайды. Тіршілік етудің ең белсенді кезеңі - логарифмдік фаза - өндірістік циклдің азырақ бөлігін алады,ал уақыттың көп бөлігі лаг фазаға кетеді және өсудің жәймен өсетін кезеңіне өтеді.

Кезеңді культивирлеу кезінде жасушалар барлық уақыт бойы ауыспалы жағдайда болады. Алдымен қоректік ортаға дер кезінде мол мөлшерде қоректік заттарды енгізсе, жасуша өсуініңингибирленуі сонда тіршілік етуші микроорганизм өнімнің жиналуы және қоректенудің жетіспеуі басталады. Егер қоректік ортаға бірден мол мөлшерге қоректік зат қосса, онда культураның өсуінің ингибирленуі болады, демек микроорганизмдердің катаболиттік репрессиясы деп аталады. Қоректік затты жәймен қосудың арқасында микроорганизмдердің өсуің ингибирленуін болдырмауға болады. Бұл әдіс субстратты аздап мөлшерлеумен микроорганизмдерді культивирлеу деп аталады.

Культивирлеу барысында қоректік көздерін қосу кезінде қоректік ортаның көлемін өзгертеді. Орта көлемін тұрақты және ортадағы тіршілік етуші микроорганизм өнімднрінің концентрациясын төмендетіп ұстап тұру үшін, культураларды сұйықтықтың бір бөлігін белгілі бір уақыт аралығында аппараттан алып тастауға болады. Мұндай кезеңді культивилеу процесі «көлемді -мөлшерлеуіш» деп аталады.

Субстратты аздап мөлшерлеуде кезеңді культивирлеудің тағы бір әдісі, бұл диализдеуші мембрана арқылы лимиттеуші субстраттың келуін бақылаушы процесс. Егер аппаратқа мембрана орнатқанда, тек белгілі бір заттар сол арқылы ғана енеді, мембранадан бөлінген, ерітіндіден еріген зат диффузиясы арқасында ортадағы оның концентрациясы тұрақты ұсталынып тұрады.

Үздіксіз культивирлеу, экспоненциалды даму фазасында микроорганизмдердің тіршілік етуін ұстан тұру үшін ферменттерге белгілі мөлшерде сандық және сапалық қатынастарда қоректік заттарды үздіксіз беріп отыру болып табылады. Мұндай жағдайларға қозғалмалы күйден тепе-тең күйге жеткізеді, бұл кезде жасушалардың үдіксіз ағдайда және бірден жылдамдықпен көбеюі, қоректік заттарддың келіп түсу жылдамдығымен сәйкес келеді. Культивирленетін жасушалар қоректік заттар мен унемі қамтамасыз етуіне қарамастан культураларды сұйықтықта іс жүзінде олар мүлдем жоқ, демек ағып өтетін сұйықтықта жоқ деген сөз.