Методы экспериментальной микологии - Билай В.И.
Скачать (прямая ссылка):
результате двух или более метаболических превращений, используется
многоступенчатая система непрерывного культивирования микроорганизмов.
Сначала продуцент выращивают в первом культиваторе непрерывно при
равномерном перемешивании, затем активные клетки протекают через
следующий сосуд, в который добавлен необходимый источник энергии, где
завершается накопление ожидаемого продукта. Многоступенчатые системы
используют для получения антибиотиков, исследования метаболизма и
физиологического состояния культуры [278].
Схематически процесс непрерывного культивирования можно представить так:
питательная среда течет непрерывно и однородно с заданной скоростью в
культиватор, где быстро перемешивается с микроорганизмами. Благодаря
подвижному равновесию между размножением и удалением клеток численность
микроорганизмов, скорость их роста стабильны; скорость оттока среды с
выращенными микроорганизмами
б 2-66
.129
равна скорости притока питательной среды. Таким образом, микроорганизмы
непрерывно размножаются со скоростью, соответствующей притоку питательных
веществ при определенном режиме культивирования.
Классификация непрерывных систем культивирования и их основные
характеристики представлены на схеме.
Схема, классификации непрерывных систем культивирования [278]
Открытые непрерывные системы
Пространственно-гомогенные системы с постоянным составом культуры
а) одноступенчатые
I-с одинаковым объемом
б) многоступенчатые -|_с р"зньщ объемом
простая цепь сложная цепь
- приток.
-в первую стадию |"Один субстрат
-в первую и последующие
стадии |__разные субстра-
ты
Пространственно-гетерогенные системы с меняющимся составом культуры
а) трубчатые } -с частичной рециркуляцией
I целесообразный г непрерывный засев
б) противоточные
-сочетание с гомогенной непрерывной культурой
жидкость - жидкость жидкость - газ
Замкнутые непрерывные системы
а) 100%-ная рециркуляция клеток в открытых системах (гомогенных и
гетерогенных)
б) механическое отделение растущих клеток от питательной среды
в) клетки, растущие в интерфазе
1 жидкость - газ (на поверхности без
перемешивания).
жидкость - твердая фаза (пористая масса, почва, агар, сетка, стружка и т.
п.)
Полунепрерывные системы
Ш.4.Э.1. ГОМОГЕННЫЕ ОТКРЫТЫЕ СИСТЕМЫ
Одноступенчатые системы. Для одноступенчатого культивирования используют
культиватор (рис. 62), в котором среда тщательно перемешивается.
Определенный объем свежей питательной среды поступает в культиватор с
постоянной скоростью; среда с микроорганизмами выте-
130
/
сз- -а
т
\h
v
кает из культиватора с той же скоростью. Концентрация всех компонентов
среды (клеток, субстратов и продуктов) одинакова во всем объеме, а
следовательно, и в вытекающей жидкости. Скорость разбавления (Д) должна
поддерживать концентрацию лимитирующего субстрата на уровне, равном
удельной скорости роста (р,). Скорость разбавления определяется объемом
среды, протекающей за 1 ч через культиватор. Обратная ей величина -
среднее время оборота (1 /Д), т. е. среднее время, в течение которого
определенный компонент системы (например, клетка) остается в
культиваторе. Следует также учитывать среднее время удвоения, средний
возраст отдельной клетки и среднее физиологическое состояние, т. е. меру
способности микроорганизма подвергаться соответствующим метаболическим
превращениям. Среднее время удвоения (g = In (2/ji)) представляет
промежуток времени, требующийся для удвоения массы или численности
клеток.
Доказана возможность культивирования при установившемся режиме в широком
диапазоне скоростей разбавления и
с концентрацией субстрата, практически равной нулю. Этот промежуток
определяется двумя предельными скоростями разбавления. Первая -
критическая скорость разбавления (Дс), которая больше, чем максимальная
удельная скорость роста (Цтах)- Микроорганизмы вымываются быстрее, чем
растут, их концентрация постепенно снижается до нуля, тогда как
концентрация субстрата (лимитирующий фактор) увеличивается до
максимальных значений. Вторая - предельная скорость разбавления - очень
низкая. Когда скорость протока становится меньше этой величины, клетки
переходят в состояние лаг-фазы и прекращают размножаться.
При длительном непрерывном культивировании выход требуемого продукта
иногда постепенно снижается; это явление принято называть вырождением
культуры. Изменяя состав пита-
Рис. 62. Гомогенная непрерывная одноступенчатая система [382]:
1 - обычная; 2 - в некоторых случаях с возвратом сепарированных клеток.
Рис. 63. Хемостат (микроферментер) [633]:
1 - трубка для отбора проб; 2 - трубка для вывода газовой смеси; 3 -
трубка для ввода среды; 4 - трубка для ввода воздуха; 5 - термометр; 6 -
микронагреватель.
тельной среды, температуру, тип перемешивания и аэрацию, можно
предотвратить снижение выхода продукта.
Постоянные химические условия являются решающим фактором в гомогенных
непрерывных проточных культурах, поэтому такой вид выращивания иногда
