Биология в 3 томах. Tом 2 - Тейлор Д.
ISBN 5-03-003686-5
Скачать (прямая ссылка):
Непрерывное культивирование пока не находит широкого применения, однако в настоящее время все более популярным становится периодическое культивирование с добавлением субстрата, которое представляет собой компромисс между двумя системами. Использование периодического культивирования с добавлением
Д. Тейлор, Н. Грин, У. Стаут. БИОЛОГИЯ, т. 2
66 Глава 12
БОТАНИКА
ММА им. И.М. Сеченова
Д. Тейлор, Н. Грин, У. Стаут. БИОЛОГИЯ, т. 2
Пенога-ситель
Посевной материал или питательные вещества
E
Пар
О
<П) Насосы Щ>
О
Стеклянное окошко
Щелочь
Манометр
Датчик пеногасителя
Регистрация и контроль pH
Фильтр
-> Воздух
Регистрация и контроль температуры
Холодная вода
Воздух
-> Охлаждающая вода
Фильтр
Выпускное отверстие
Рис. 12.16. Типичный ферментер. Размеры сосуда могут варьировать от 1 дм3 (экспериментальный) до 500 000 дм3 (для коммерческого производства). Форма и использованный для конструкции материал также различаются, хотя чаще всего ферментеры изготавливают в виде цилиндров из нержавеющей стали.
Обозначения:
A. Входное отверстие для воздуха. В большинстве случаев ферментация является аэробной и требует больших объемов стерильного воздуха, подаваемого через специальную конструкцию — разбрызгиватель. Пузырьки воздуха помогают перемешивать содержимое, обеспечивают доступ кислорода для аэробного дыхания и способствуют выведению летучих отходов.
Б. Мешалка присутствует в большинстве ферментеров. Благодаря перемешиванию повышается скорость растворения кислорода, поддерживаются градиенты диффузии кислорода и питательных веществ внутрь клеток и продуктов из клеток, предотвращается слипание клеток или мицелия грибов; осуществляется теплообмен между средой и охлаждающими поверхностями. Стержень мешалки должен быть прочным и стерильным.
B. Лопасти мешалки, обычно плоские, расположены вертикально.
Г. Входные отверстия для щелочи и пеногасителя. Они соединены с датчиками, контролирующими pH и пенообразова-ние в ферментере. При аэрации и перемешивании образуется пена (в основном, из-за присутствия белков), которая препятствует отбору содержимого через выпускное отверстие. При контакте пены с датчиком пеногасителя он замыкает электрическую цепь, которая приводит в действие насос, впрыскивающий пеногасителъ. Остальные датчики связаны электрической цепью с другими «эффекторами». В тех случаях, когда при ферментации повышается кислотность среды, добавляется щелочь, так что значение pH всегда постоянно.
Д. Выпускное отверстие. Содержимое ферментера находится под давлением, поэтому к нему присоединены манометр и защитный клапан.
Е. В верхней части ферментера есть отверстие, через которое добавляют среду и посевной материал (микроорганизмы). Оно также обеспечивает доступ для очистки ферментера.
Ж. Глушитель — вертикальное ребро на внутренней стенке ферментера — способствует усилению перемешивания и гасит образование водоворотов при вращении культуры. При этом повышается эффективность переноса кислорода.
3. Охлаждающая рубашка снижает температуру, которая повышается в процессе роста культуры благодаря выделению тепла.
И. Выпускное отверстие позволяет отбирать пробы в процессе ферментации, так что процесс постоянно контролируется.
БОТАНИКА
ММА им. И.М. Сеченова
Д. Тейлор, Н. Грин, У. Стаут. БИОЛОГИЯ, т. 2
68
Глава 12
субстрата делает процесс более контролируемым по сравнению с периодическим культивированием. Период роста удлиняется за счет того, что питательные вещества добавляются в низких концентрациях в процессе ферментации, а не вносятся все сразу в начале процесса. Одним из преимуществ метода является возможность регулирования скорости роста, которую можно соизмерять со скоростью подачи кислорода. Этот процесс обычно используется в производстве дрожжевых клеток для пекарной промышленности. Если к дрожжевым клеткам добавляют слишком много сахара, они начинают дышать анаэробно и образуют вместо биомассы спирт. Периодическое культивирование с
добавлением субстрата используется также в производстве пенициллина (разд. 12.11.1).
Преимущества и недостатки периодического и непрерывного культивирования суммированы в табл. 12.4.
12.10.6. Выделение и очистка продукта
После окончания ферментации образовавшийся продукт необходимо отделить от среды и очистить. Обычно содержимое ферментера сначала разделяют на жидкий компонент и твердый компонент, содержащий клетки. Это делается, как правило, с помощью фильтрации или центрифугирования. Нужный продукт может нахо-
Таблица 12.4. Преимущества и недостатки периодического и непрерывного культивирования
Преимущества
Недостатки
Периодическое культивирование
Используется для получения вторичных метаболитов, продукция которых не связана с ростом, например антибиотиков
Можно использовать штаммы, которые слишком нестабильны для непрерывного культивирования
Легче запускать и разгонять, чем непрерывную культуру
Ферментеры менее специализированы и в зависимости от потребностей могут быть использованы в других процессах
