Підготовка посівного матеріалу для глибинного культивування

Посівний матеріал готують також глибинним способом в кілька етапів:

1) обновлення (“омолодження”) вихідної культури на агаризованому середовищі;

2) вирощування продуценту в колбах на качалках;

Засівна доза при глибинному культивуванні досить значна - від 1 до 15 %. Тому число стадій і об’єм інокуляторів визначається тільки потужністю підприємства і оптимальною нормою засіву даного продуценту.

Засівний матеріал вважається активним, якщо він забезпечує нормальну тривалість виробничого культивування і досягнення максимального накопичення ферментів при цьому. Він не повинен містити сторонньої мікрофлори.

Мікробіологічні виробництва класифікують по кільком “зрізам”.

Залежно від захищеності мікроорганізмів-продуцентів вони бувають:

За характером ведення процесу культивування продуцентів вони діляться на наступні способи:

Суть цих способів відома з попередньо вивчених дисциплін. Найбільш ефективним є безперервне культивування мікроорганізмів.

Безперервні системи бувають відкриті і закриті. В перших клітини, що постійно утворюються. регулярно видаляються із апарата. Швидкість їх видалення характеризується коефіцієнтом розведення середовища (Д), який є відношенням об’єму середовища, що додається щогодини (F, м³/год), до робочого об’єму апарата (V_роб., м³):

Щоб культура з часом не вимилась із апарату, коефіцієнт розведення середовища не повинен перевищувати величину питомої швидкості розмноження продуцента. Остання характеризується кількістю біомаси (в грамах), що приросла з 1 г її за одну годину.

В закритих системах всі клітини або їх частину повертають у ферментер. Прикладом є циклічний спосіб зброджування сусла у спиртовому виробництві.

Відкриті системи бувають гомогенні (високий ступінь перемішування середовища) і гетерогенні, в яких клітини мікроорганізмів закріплені на носієві.

Крім того, відкриті гомогенні системи можуть бути одно- і багатоступеневими. Багатоступеневі системи – це батарея із послідовно з’єднаних між собою апаратів. Свіже поживне середовище і засівна культура подаються в перший (головний) апарат і послідовно перетікають із заданою швидкістю в останній. Такі системи дуже ефективні, коли використовують багатокомпонентні субстрати, окремі джерела вуглецевого харчування яких споживаються продуцентом з різною швидкістю, почергово (це явище поліауксії). І в цьому випадку не буде “проскоку” субстрату, а вихід цільового продукту буде максимальним.

3. Від яких основних факторів залежить активність дії ферментів?

4. В чому переваги використання мікроорганізмів для одержання ферментів?

5. Особливості підготовки засівного матеріалу для поверхневого і глибинного культивування.

7. Що таке “коефіцієнт розведення середовища” при безперервному культивуванні?

8. Чим характеризується питома швидкість розмноження мікроорганізмів?

Поверхневе культивування продуцентів ФП. Апаратурно-технологічна схема

В світовій практиці виробництва ФП застосовують два способи культивування мікроорганізмів: поверхневий - оснований на вирощуванні продуцентів на твердих поживних середовищах; глибинний - в товщі рідких середовищ.

Будь-яке середовище для вирощування мікроорганізмів має містити всі ті макро - і мікроелементи, які входять до складу їх клітин і в тому ж співвідношенні, в якому вони знаходяться в їх біомасі. Концентрація елементів харчування визначається очікуваним приростом біомаси. По аналогії з концепцією збалансованого харчування людини важливо, щоб ні один елемент не став фактором, що лімітує розмноження мікроорганізмів.

На відміну від рідких середовищ середовища для поверхневого культивування неможливо розділити на окремі джерела харчування - вони комплексні. Але й тверді середовища збагачують необхідними джерелами мінерального харчування, ретельно перемішуючи останні з основною сировиною (джерела вуглецевого харчування, головним чином).

Як уже відмічалося, повноцінне поживне середовище повинно містити всі сполуки, необхідні для розмноження продуценту і синтезу ним цільових продуктів. Поживні речовини використовуються мікроорганізмами не тільки на синтез їх біомаси, а й на забезпечення енергією основних життєвих процесів. Мікроорганізмам потрібні сполуки, що містять вуглець, азот, водень і кисень. В складі середовища мають бути в необхідних кількостях мінеральні макроелементи (фосфор, магній, натрій, калій, кальцій та деякі інші) і мікроелементи (залізо, цинк, марганець, мідь, кобальт тощо). Оскільки переважна кількість продуцентів є аеробами, то майже всі вуглеводи вони споживають шляхом окислення; кисень вони засвоюють із речовин основного складу середовищ та в молекулярному виді. В багатьох випадках в середовище необхідно вносити ростові речовини і біостимулятори, потреба в яких визначається особливостями фізіології штаму - продуценту.

Середовища залежно від їх складу поділяють на комплексні і синтетичні. Останні готують із індивідуальних речовин з чітко визначеним їх кількісним складом.

Для поверхневого вирощування продуцентів ФП використовують комплексні середовища, до складу яких входять різні натуральні продукти, відходи деяких виробництв та ін. Комплексні середовища значно дешевші, більш доступні і тому частіше використовуються в промисловості.

Для поверхневого культивування застосовують пшеничні висівки, які не повинні мати гіркуватого чи кислуватого присмаку, вміст крохмалю в них - 16-20 %. Але вони є досить дорогою сировиною і тому їх частково замінюють другими компонентами, які відіграють роль розпушувачів основного компонента середовища і збагачують його необхідними поживними і ростовими речовинами. Такими компонентами можуть бути буряковий жом, опилки деревини (всіх порід, крім дуба), оболонки круп'яних культур, солодові ростки, пивна дробина, вижимки плодів, овочів та ягід, подрібнена картопля та її відвари..

До компонентів середовищ, які використовуються рідко, слід віднести казеїн та його гідролізати, рибну муку, рисові висівки, соєве і кукурудзяне борошно.

На практиці встановлено, що синтез ферментів мікроорганізмами має індуцибельний характер, тобто в середовищі мусить бути відповідний субстрат-індуктор. Так, аспергіли як джерело вуглецю можуть використовувати різні вуглеводи (моно-, оліго- і полісахариди), а також спирти, органічні кислоти та ін. Але амілази вони синтезують лише тоді, коли в середовищі присутні крохмаль, декстрини або мальтоза. А для направленого біосинтезу пектолітичних ферментів грибом Asp. awamori 16 в середовище треба вносити буряковий жом як джерело пектину.

В той же час, відомо, що біосинтез білку здійснюється в самій клітині і тому речовина - індуктор повинна мати здатність перейти із середовища через мембрани в клітину. Для таких біополімерів як крохмаль і пектин через габарити і молекулярну масу їх молекул це неможливо. Чисельними дослідженнями було доведено, що індукторами синтезу важливих гідролітичних ферментів є не високомолекулярні субстрати, а продукти їх гідролізу. Так, фактичним індуктором біосинтезу а-амілази є не сам крохмаль, а продукти його часткового розщеплення - еритродекстрини.

Змінюючи склад середовища з врахуванням фізіологічних властивостей продуценту і індуцибельного характеру синтезу ферментів, можна отримувати бажаний комплекс ферментів.

Всі продуценти ФП дуже чутливі до присутності сторонніх мікроорганізмів – інфекції. Це зумовлює необхідність стерилізації поживних середовищ, обладнання, а також повітря, оскільки переважна більшість продуцентів є аеробами.

Характеристикою процесу стерилізації є питома швидкість відмирання мікроорганізмів (К) під дією високих температур:

де N - кількість клітин в мікробній популяції, шт.;

Після інтегрування, вважаючи, що при τ = 0, N = N₀, одержимо:

Ефективність стерилізації залежить від багатьох факторів: температури, тривалості, виду мікроорганізмів, складу середовища, конструкції апаратів тощо. Розглянемо спільні способи знезараження повітря для вирощування мікроорганізмів поверхневим і глибинним способами.

Способи очистки і стерилізації повітря основані на двох різних принципах. Перший передбачає пропускання повітря через 10 %-й розчин лугу або 15-20 %-й розчин кислоти, застосування ультрафіолетового або іонізуючого опромінювання, дію високих температур та ін.

Найбільш поширеним є другий принцип, за якого повітря стерилізують, пропускаючи його через волокнисті або пористі фільтруючі матеріали. При цьому розрізняють три послідовних стадії очистки повітря: попередньої, грубої і остаточної.

На стадії попередньої очистки із повітря виділяють основну масу крупних часточок пилу розміром 5-10 мкм. Для цього використовують масляні або вісцинові (з промасленими металевими сітками) фільтри. Масло сприяє утриманню часток пилу на фільтрі. Як фільтруючі матеріали застосовують ущільнені грубі мінеральні і синтетичні волокна, різні полімери, зокрема модифікований пінополіуретан. Ефективність затримування пилу на цих фільтрах становить 50-85 %.

Стадію грубої очистки здійснюють в фільтрах, які називають головними. Ефективність очистки повітря в них від часток діаметром 1 - 1,5 мкм досягає 98 %, завдяки використанню різних волокнистих матеріалів. Найкращим матеріалом є базальтове волокно, яке не піддається горінню і гниттю, витримує багаторазову дію гострої пари під тиском 0,2 МПа. Для очистки великих об'ємів повітря застосовують неткані фільтруючі матеріали із різних волокон: поліамідних, віскозних, металевих тощо. Матеріали першого ступеню очистки достатньо дешеві і не регенеруються (крім нетканих).

До стадії остаточної очистки ("тонкої" очистки) повітря висувають більш жорсткі вимоги. Для такої очистки перед кожним ферментером встановлюють індивідуальні фільтри, які повинні забезпечувати очистку повітря від часточок діаметром 0,3 мкм на 99,999 %. Фільтруючі матеріали для цього ділять на кілька груп: тонковолокнисті матеріали (їх використовують найчастіше); пористі фільтруючі перегородки (керамічні, металокерамічні, із полімерних матеріалів) і мембранні фільтри. Ці матеріали повинні витримувати періодичну стерилізацію гострою парою.

На підприємствах ферментної промисловості як індивідуальні використовують фільтри тонкої очистки типу ФТО. В Японії виготовляють фільтри "Еко", які витримують до 50 стерилізацій і забезпечують затримання більше, ніж 99,9999 % мікрочасток з повітря.

З ферментерів і ростильних камер з відпрацьованим повітрям виносяться тисячі спор і клітин мікроорганізмів в м³ і з точки зору охорони навколишнього середовища викидати його безпосередньо в атмосферу недопустимо. Для очистки відпрацьованого повітря можна використовувати волого - і термостійкі фільтри фірм "Палл" (Германія) і "Балстон" (Великобританія).

Виробничі приміщення аерують стерильним повітрям, підготовка якого не відрізняється від підготовки повітря для аерування середовищ. Забезпечують лише інші параметри кондиціювання його (температуру і вологість) для створення комфортних умов для персоналу.

Что будет с Землей, если ось ее сместится на 6666 км? Что будет с Землей? - задался я вопросом...

Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все...

ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между...

Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: