Klíčový rozdíl - šarže vs kontinuální kultura
Mikroorganismy, jako jsou bakterie a houby, jsou velmi prospěšné pro různé typy průmyslových odvětví. Pro průmyslové použití by se mikroorganismy měly během fermentačního procesu pěstovat ve velkém měřítku, aby se extrahovaly potřebné produkty, které jsou výsledkem mikrobiálního metabolismu. Ke kultivaci a udržování mikrobiální biomasy se používá speciální zařízení zvané průmyslový fermentor. Jedná se o velkou nádobu navrženou tak, aby poskytovala prostor a nezbytné požadavky na mikrobiální růst a metabolismus. V průmyslových odvětvích se běžně používají dva typy průmyslových fermentačních kultur, které se nazývají dávková kultura a kontinuální kultura. Klíčovým rozdílem mezi šaržovou kulturou a kontinuální kulturou je to, že šaržová kultura je technika používaná k pěstování mikroorganismů při omezené dostupnosti živin v uzavřeném systému, zatímco kontinuální kultura je technika používaná k pěstování mikroorganismů za optimálního a nepřetržitého přísunu živin v otevřeném systému v průmyslová odvětví.
OBSAH
1. Přehled a klíčový rozdíl
2. Co je šaržová kultura
3. Co je to kontinuální kultura
4. Porovnání vedle sebe - šarže vs kontinuální kultura
5. Shrnutí
Co je dávková kultura?
Dávková kultura je technika, při které rostou mikroorganismy v uzavřeném systému, kde je na začátku dodáváno omezené množství živin. Toto je nejběžnější technika používaná v průmyslových odvětvích k výrobě užitečných produktů s použitím mikroorganismů, jako jsou bakterie a houby. Mikrob, který roste ve fermentoru, fermentuje živiny. Fermentace je proces rozkladu uhlohydrátů na alkoholy a kyseliny mikroorganismy za anoxických podmínek. Při dávkové kultivaci jsou živiny poskytovány na začátku a konkrétní mikroorganismus je naočkován do fermentoru. Fermentor se uzavře a udržuje se teplota a pH pro růst mikroorganismů. Mikroorganismus roste uvnitř a využívá poskytnuté živiny a další podmínky. S časem,jsou omezeny živiny a mění se podmínky prostředí ve fermentoru. Mikrobiální růst tedy vykazuje zřetelné čtyři fáze, jako je zpožďovací fáze, logaritmická fáze, stacionární fáze a fáze smrti. Na konci fermentace se proces zastaví a užitečné produkty se extrahují a čistí. Fermentor se před použitím pro jinou vsádkovou kulturu promyje a sterilizuje.
Specialitou techniky dávkové kultivace je, že je provozována s omezeným množstvím živin a po určitou dobu. Nastavení fermentoru je snadné a snadné. Podmínky prostředí uvnitř fermentoru se časem mění. Požadovaná teplota, podmínky pH, míchání, tlak atd. Jsou však řádně udržovány, aby se dosáhlo úspěšné tvorby produktu.
Dávková kultivační technika je široce používána pro čištění sekundárních metabolitů, jako jsou antibiotika, pigmenty atd. Tato technika není vhodná pro výrobu primárních metabolitů a produktů, které jsou spojeny s růstem.
Obrázek 01: Dávková kultura
Co je to kontinuální kultura?
Kontinuální kultura je další technika, při které rostou užitečné mikroorganismy. Jeho cílem je udržovat nepřetržitě rostoucí mikrobiální kulturu v exponenciální fázi. Toho lze dosáhnout neustálým přísunem čerstvých živin, odstraňováním nahromaděného odpadu a produktů stejnou rychlostí a udržováním dalších podmínek na optimálních hodnotách. Děje se to uvnitř speciální komory zvané chemostat, jak je znázorněno na obrázku 02. Čerstvé médium se přidává kontinuálně z jednoho konce, zatímco metabolické produkty se kontinuálně extrahují z druhého konce chemostatu, aby se udržoval konstantní objem kultury.
Kontinuální kultivace se používá v průmyslových odvětvích, když je nutné z mikroorganismů extrahovat užitečné primární metabolity, jako jsou aminokyseliny, organické kyseliny atd. Primární metabolity se produkují nejvyšší rychlostí, když jsou mikroorganismy v exponenciální fázi. Kontinuální kultivace má tedy vždy za cíl udržovat mikrobiální biomasu ve fázi logu. Děje se to neustálým monitorováním procesu a kontrolou systému.
Obrázek 02: Kontinuální kultivace v chemostatu
Jaký je rozdíl mezi dávkovou a kontinuální kulturou?
Rozdílný článek uprostřed před tabulkou
Dávková vs kontinuální kultura |
|
| Technika dávkové kultury se používá k kultivaci prospěšných mikroorganismů s omezeným množstvím živin v uzavřeném fermentoru po určitou dobu. Mikrobiální růst uvnitř vsádkové kultury ukazuje typickou křivku mikrobiálního růstu, ve které lze identifikovat čtyři odlišné fáze. | Technika kontinuální kultivace se používá k pěstování prospěšných mikroorganismů pod optimální úrovní živin v otevřeném systému, ve kterém se živiny přidávají nepřetržitě a odpad a produkty se odstraňují stejnou rychlostí, aby se růst udržel v exponenciální fázi. |
| Živiny | |
| Živiny jsou dodávány jednou před zahájením fermentačního procesu. | Živiny se přidávají mnohokrát (na začátku a mezi procesem). |
| Typ systému | |
| Dávková kultura je uzavřený systém | Kontinuální kultura je otevřený systém. |
| Ukončení procesu | |
| Proces vsádkové kultury se zastaví po vytvoření produktu. | Proces se nezastaví, i když se produkt vytvoří. Kontinuální odstraňování produktu se provádí bez zastavení procesu v kontinuální kultivaci. |
| Ekologické předpoklady | |
| Podmínky prostředí uvnitř dávkové kultury nejsou konstantní. | Podmínky prostředí uvnitř kontinuální kultury jsou udržovány na konstantní úrovni. |
| Mikrobiální růst | |
| Mikrobiální růst uvnitř vsádkové kultury sleduje lag, log a stacionární fáze. | Mikrobiální růst se udržuje na optimální úrovni, což je fáze exponenciálního růstu. |
| Míra obratu | |
| Rychlost obratu je nízká, protože uvnitř jsou omezeny živiny a další podmínky. | Míra obratu je vysoká, protože jsou udržovány optimální hladiny živin a další podmínky. |
| Použitý fermentor | |
| Pro vsádkové kultury se používá velký fermentor | Pro kontinuální kultivaci se používá fermentor malé velikosti. |
| Použití | |
| Dávková kultura fermentace se běžně používá v průmyslových odvětvích | Kontinuální kultivace fermentace se v průmyslových odvětvích používá méně. |
| Nastavení kultury | |
| Dávkové nastavení kultury se snadno vyrábí a spouští. | Průběžné nastavení kultury není snadné vytvořit a spustit. |
| Kontaminace | |
| Kontaminace jsou u dávkových kultur minimální | Šance na kontaminaci je v kontinuální kultuře vysoká. |
| Metody ovládání | |
| Metody ovládání jsou snadné a rychlé. | Metody řízení jsou komplikované a časově náročné. |
| Vhodnost | |
| Dávková kultura je vhodnější pro produkci sekundárních metabolitů, jako jsou antibiotika. | Kontinuální kultivace je vhodnější pro produkci primárních metabolitů, jako jsou aminokyseliny a organické kyseliny. |
Shrnutí - Dávková vs kontinuální kultura
Dávková kultura a kontinuální kultura jsou dva typy technik používaných k kultivaci mikroorganismů ve velkém měřítku pro průmyslové a jiné účely. V dávkové kultuře jsou mikroorganismy na začátku zásobovány živinami a pěstovány. Když mikroby využívají dostupné živiny, po určité době se živiny omezují. Mikroorganismy rostou prostřednictvím fází zpoždění, log, stacionární fáze a smrti. Fermentační proces se provádí dávkovým způsobem technikou dávkové kultury. Po každé várce se fermentor vyčistí a použije se čerstvě pro další várku. V kontinuální kultuře jsou mikroorganismy neustále zásobovány odpovídajícím množstvím čerstvých živin, aby vždy udržovaly mikroby v logaritmické fázi, aby extrahovaly primární metabolity mikroorganismů. Objem kontinuální kultury se udržuje na konstantní hodnotě přidáváním čerstvých živin a odstraňováním produktů stejnou rychlostí bez zastavení procesu. Šaržová kultura je potřebná poměrně velký uzavřený fermentor, zatímco kontinuální kultivace je nutná malý otevřený fermentor. To je rozdíl mezi dávkovou a kontinuální kultivací.
