Ključna razlika – serija naspram kontinuirane kulture
Mikroorganizmi kao što su bakterije i gljivice su veoma korisni za različite vrste industrija. Za industrijsku upotrebu, mikroorganizmi bi se trebali uzgajati u velikom obimu tokom procesa fermentacije kako bi se izvukli potrebni proizvodi koji su rezultat mikrobnog metabolizma. Za uzgoj i održavanje mikrobne biomase koristi se poseban aparat koji se naziva industrijski fermentor. To je velika posuda dizajnirana da obezbijedi prostor i potrebne zahtjeve za rast i metabolizam mikroba. Postoje dvije vrste industrijskih fermentacijskih kultura koje se obično koriste u industrijama pod nazivom šaržna kultura i kontinuirana kultura. Ključna razlika između šaržne kulture i kontinuirane kulture je u tome što je šaržna kultura tehnika koja se koristi za uzgoj mikroorganizama pod ograničenom dostupnošću nutrijenata u zatvorenom sistemu, dok je kontinuirana kultura tehnika koja se koristi za uzgoj mikroorganizama uz optimalnu i kontinuiranu opskrbu hranjivim tvarima u otvorenom sistemu u industrije.
Šta je batch kultura?
Batch kultura je tehnika koja uzgaja mikroorganizme u zatvorenom sistemu gdje se na početku isporučuje ograničena količina hranjivih tvari. Ovo je najčešća tehnika koja se koristi u industriji za pravljenje korisnih proizvoda koristeći mikroorganizme kao što su bakterije i gljivice. Mikrob koji raste u fermentoru fermentira hranjive tvari. Fermentacija je proces razlaganja ugljikohidrata u alkohole i kiseline od strane mikroorganizama u anoksičnim uvjetima. U tehnici šaržnih kultura, hranljive materije se obezbeđuju na početku i određeni mikroorganizam se inokuliše u fermentor. Fermentor se zatvara, a temperatura i pH se održavaju radi rasta mikroorganizama. Mikroorganizam raste unutra i koristi obezbeđene hranljive materije i druge uslove. S vremenom, hranjive tvari postaju ograničene i uvjeti okoline se mijenjaju u fermentoru. Dakle, mikrobiološki rast pokazuje različite četiri faze kao što su lag faza, log faza, stacionarna faza i faza smrti. Na kraju fermentacije proces se zaustavlja i korisni proizvodi se ekstrahuju i pročišćavaju. Fermentor se opere i steriliše pre upotrebe za drugu šaržnu kulturu.
Specijalnost tehnike šaržnih kultura je da se ovo izvodi pod ograničenim količinama nutrijenata iu određenom vremenskom periodu. Postavljanje fermentora je jednostavno za napraviti i rukovati. Uslovi okoline unutar fermentora variraju s vremenom. Međutim, potrebna temperatura, pH uslovi, mešanje, pritisak, itd. se pravilno održavaju da bi se postiglo uspešno formiranje proizvoda.
Tehnika šaržne kulture se široko koristi za pročišćavanje sekundarnih metabolita kao što su antibiotici, pigmenti, itd. Ova tehnika nije prikladna za proizvodnju primarnih metabolita i proizvoda koji su povezani s rastom.
Slika 01: Batch Culture
Šta je kontinuirana kultura?
Kontinuirana kultura je još jedna tehnika koja uzgaja korisne mikroorganizme. Cilj mu je održati kontinuirano rastuću mikrobnu kulturu u eksponencijalnoj fazi. To se može postići kontinuiranom opskrbom svježim hranjivim tvarima, uklanjanjem nakupljenog otpada i proizvoda istom brzinom i održavanjem drugih uslova na optimalnim vrijednostima. Radi se unutar posebne komore zvane hemostat kao što je prikazano na slici 02. Svjež medijum se dodaje kontinuirano sa jednog kraja dok se metabolički proizvodi kontinuirano ekstrahuju sa drugog kraja hemostata kako bi se volumen kulture održao na konstantnom nivou.
Kontinuirana kultura se koristi u industrijama kada je potrebno izdvojiti korisne primarne metabolite kao što su aminokiseline, organske kiseline, itd.od mikroorganizama. Primarni metaboliti se proizvode najvećom brzinom kada su mikroorganizmi u eksponencijalnoj fazi. Stoga kontinuirana kultura uvijek ima za cilj održavanje mikrobne biomase u log fazi. To se radi kontinuiranim praćenjem procesa i kontrolom sistema.
Slika 02: Kontinuirana kultura u hemostatu
Koja je razlika između serije i kontinuirane kulture?
Batch vs Continuous Culture |
|
| Tehnika šaržne kulture koristi se za kultivaciju korisnih mikroorganizama pod ograničenim količinama nutrijenata u zatvorenom fermentoru tokom određenog vremenskog perioda. Mikrobni rast unutar šaržne kulture pokazuje tipičnu krivulju mikrobnog rasta u kojoj se mogu identificirati četiri različite faze. | Tehnika kontinuiranog uzgoja koristi se za uzgoj korisnih mikroorganizama pod optimalnim nivoom nutrijenata u otvorenom sistemu u kojem se hranjivi sastojci neprestano dodaju, a otpad i proizvodi se uklanjaju istom brzinom kako bi se rast održao u eksponencijalnoj fazi. |
| Hranljivi sastojci | |
| Hranljive materije se snabdevaju jednom pre početka procesa fermentacije. | Hranljivi sastojci se dodaju mnogo puta (na početku i između procesa). |
| Vrsta sistema | |
| Batch kultura je zatvoreni sistem | Kontinuirana kultura je otvoren sistem. |
| Prekid procesa | |
| Proces serijske kulture se zaustavlja nakon formiranja proizvoda. | Proces se ne zaustavlja iako se proizvod formira. Kontinuirano uklanjanje proizvoda se vrši bez zaustavljanja procesa u kontinuiranoj kulturi. |
| Uvjeti okoline | |
| Uvjeti okoline unutar šaržne kulture nisu konstantni. | Uvjeti okoline unutar kontinuirane kulture održavaju se na konstantnom nivou. |
| Mikrobni rast | |
| Rast mikroba unutar šaržne kulture prati faze kašnjenja, dnevnika i stacionarne faze. | Mikrobni rast se održava na optimalnom nivou koji je eksponencijalna faza rasta. |
| Stopa prometa | |
| Stopa prometa je niska jer su hranjivi sastojci i drugi uslovi ograničeni unutra. | Stopa obrta je visoka jer se održavaju optimalni nivoi nutrijenata i drugi uslovi. |
| Polovni fermentor | |
| Fermentator velike veličine koristi se za šaržne kulture | Za kontinuiranu kulturu koristi se fermentor male veličine. |
| Koristite | |
| Fermentacija šaržne kulture se obično koristi u industriji | Kontinuirana fermentacija kulture se manje koristi u industriji. |
| Culture Setup | |
| Postavljanje skupne kulture je lako napraviti i pokrenuti. | Kontinuirano postavljanje kulture nije lako napraviti i pokrenuti. |
| Kontaminacija | |
| Kontaminacije su minimalne u serijskim kulturama | Šansa za kontaminaciju je velika u kontinuiranoj kulturi. |
| Metode kontrole | |
| Metode kontrole su jednostavne i brze. | Metode kontrole su komplikovane i dugotrajne. |
| Pogodnost | |
| Batch kultura je pogodnija za proizvodnju sekundarnih metabolita kao što su antibiotici. | Kontinuirana kultura je pogodnija za proizvodnju primarnih metabolita kao što su aminokiseline i organske kiseline. |
Sažetak – Grupna vs Kontinuirana kultura
Serijalna kultura i kontinuirana kultura su dvije vrste tehnika koje se koriste za kultivaciju mikroorganizama u velikim razmjerima za industrijske i druge svrhe. U šaržnoj kulturi, mikroorganizmi se na početku opskrbljuju hranjivim tvarima i uzgajaju. Kada mikrobi iskoriste dostupne hranjive tvari, hranjive tvari postaju ograničene nakon određenog vremenskog perioda. Mikroorganizmi rastu kroz lag, log, stacionarnu i fazu smrti. Proces fermentacije se izvodi šaržnim tehnikama šaržnih kultura. Nakon svake serije, fermentor se čisti i koristi svjež za sljedeću šaržu. U kontinuiranoj kulturi, mikroorganizmima se kontinuirano obezbjeđuje adekvatna razina svježih hranjivih tvari kako bi se mikrobi uvijek održavali u log fazi kako bi se ekstrahirali primarni metaboliti mikroorganizama. Volumen kontinuirane kulture održava se na konstantnoj vrijednosti dodavanjem svježih hranjivih tvari i uklanjanjem proizvoda istom brzinom bez zaustavljanja procesa. Šaržna kultura je potreban relativno veliki zatvoreni fermentor, dok je kontinuirana kultura potreban mali otvoreni fermentor. Ovo je razlika između skupne i kontinuirane kulture.
