Ključna razlika – serija naspram kontinuirane kulture
Mikroorganizmi poput bakterija i gljivica vrlo su korisni za različite vrste industrija. Za industrijsku upotrebu, mikroorganizme treba uzgajati u velikim količinama tijekom procesa fermentacije kako bi se ekstrahirali potrebni proizvodi koji nastaju kao rezultat metabolizma mikroba. Za uzgoj i održavanje mikrobne biomase koristi se poseban uređaj koji se naziva industrijski fermentor. To je velika posuda dizajnirana da osigura prostor i potrebne zahtjeve za rast i metabolizam mikroba. Postoje dvije vrste industrijskih fermentacijskih kultura koje se obično koriste u industrijama, a nazivaju se 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 uz ograničenu dostupnost hranjivih tvari u zatvorenom sustavu, dok je kontinuirana kultura tehnika koja se koristi za uzgoj mikroorganizama uz optimalnu i kontinuiranu opskrbu hranjivim tvarima u otvorenom sustavu u industrije.
Što je skupna kultura?
Serijski uzgoj je tehnika koja uzgaja mikroorganizme u zatvorenom sustavu gdje se na početku daje ograničena količina hranjivih tvari. Ovo je najčešća tehnika usvojena u industriji za izradu korisnih proizvoda pomoću mikroorganizama kao što su bakterije i gljivice. Mikrob koji raste u fermentoru fermentira hranjive tvari. Fermentacija je proces razgradnje ugljikohidrata u alkohole i kiseline pomoću mikroorganizama u anoksičnim uvjetima. U tehnici šaržne kulture, hranjive tvari se daju na početku, a određeni mikroorganizam se inokulira u fermentor. Fermentor se zatvara i održava se temperatura i pH za rast mikroorganizama. Mikroorganizam raste unutra i koristi osigurane hranjive tvari i druge uvjete. S vremenom, hranjive tvari postaju ograničene i uvjeti okoline se mijenjaju unutar fermentora. Stoga mikrobni rast pokazuje četiri različite faze kao što su faza kašnjenja, faza logaritma, stacionarna faza i faza smrti. Na kraju fermentacije proces se zaustavlja, a korisni proizvodi se ekstrahiraju i pročišćavaju. Fermentor se pere i sterilizira prije upotrebe za drugu šaržnu kulturu.
Posebnost tehnike šaržne kulture je u tome što se izvodi pod ograničenom količinom hranjivih tvari i kroz određeno vremensko razdoblje. Postavljanje fermentora jednostavno je napraviti i rukovati njime. Uvjeti okoline unutar fermentora variraju s vremenom. Međutim, potrebna temperatura, pH uvjeti, miješanje, tlak itd. pravilno se održavaju kako bi se postiglo uspješno stvaranje proizvoda.
Tehnika šaržne kulture naširoko se 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: Skupna kultura
Što je kontinuirana kultura?
Kontinuirana kultura još je jedna tehnika kojom se uzgajaju korisni mikroorganizmi. Cilj mu je održavati kontinuirano rastuću mikrobnu kulturu u eksponencijalnoj fazi. To se može postići stalnim unosom svježih hranjivih tvari, uklanjanjem nakupljenog otpada i proizvoda istom brzinom i održavanjem ostalih uvjeta na optimalnim vrijednostima. To se radi unutar posebne komore koja se zove kemostat kao što je prikazano na slici 02. Svježi medij se kontinuirano dodaje s jednog kraja dok se metabolički produkti kontinuirano ekstrahiraju s drugog kraja kemostata kako bi se volumen kulture održao na konstantnoj razini.
Kontinuirana kultura se koristi u industriji kada je potrebno ekstrahirati korisne primarne metabolite kao što su aminokiseline, organske kiseline itd.od mikroorganizama. Primarni metaboliti proizvode se najvećom brzinom kada su mikroorganizmi u svojoj eksponencijalnoj fazi. Stoga kontinuirana kultura uvijek ima za cilj održati mikrobnu biomasu u log fazi. To se postiže stalnim praćenjem procesa i kontrolom sustava.
Slika 02: Kontinuirana kultura u Chemostatu
Koja je razlika između serije i kontinuirane kulture?
Serija naspram kontinuirane kulture |
|
| Tehnika šaržne kulture koristi se za uzgoj korisnih mikroorganizama pod ograničenom količinom hranjivih tvari u zatvorenom fermentoru tijekom određenog vremenskog razdoblja. Rast mikroba unutar šaržne kulture pokazuje tipičnu krivulju rasta mikroba u kojoj se mogu identificirati četiri različite faze. | Tehnika kontinuirane kulture koristi se za uzgoj korisnih mikroorganizama uz optimalnu razinu hranjivih tvari u otvorenom sustavu u kojem se hranjive tvari neprestano dodaju, a otpad i proizvodi uklanjaju istom brzinom kako bi se rast održao u eksponencijalnoj fazi. |
| Hranjive tvari | |
| Hranljive tvari se unose jednom prije početka procesa fermentacije. | Hranjive tvari dodaju se mnogo puta (na početku i između procesa). |
| Vrsta sustava | |
| Batch kultura je zatvoreni sustav | Kontinuirana kultura je otvoreni sustav. |
| Prekid procesa | |
| Proces šaržne kulture se zaustavlja nakon formiranja proizvoda. | Proces se ne zaustavlja iako se produkt formira. Kontinuirano uklanjanje proizvoda vrši se bez zaustavljanja procesa u kontinuiranoj kulturi. |
| Uvjeti okoliša | |
| Okružni uvjeti unutar šaržne kulture nisu konstantni. | Uvjeti okoliša unutar kontinuirane kulture održavaju se na konstantnoj razini. |
| Mikrobni rast | |
| Rast mikroba unutar šaržne kulture slijedi faze kašnjenja, log i stacionarne faze. | Rast mikroba održava se na optimalnoj razini što je eksponencijalni stadij rasta. |
| Stopa prometa | |
| Stopa obrtaja je niska budući da su hranjive tvari i drugi uvjeti ograničeni unutra. | Stopa fluktuacije je visoka jer se održavaju optimalne razine hranjivih tvari i drugi uvjeti. |
| Korišten fermentor | |
| Fermentor velike veličine koristi se za šaržne kulture | Mali fermentor koristi se za kontinuiranu kulturu. |
| Koristi | |
| Mješovita fermentacija kulture obično se koristi u industriji | Kontinuirana fermentacija kulture manje se koristi u industriji. |
| Postavljanje kulture | |
| Postavljanje grupne kulture jednostavno je napraviti i pokrenuti. | Postavljanje kontinuirane kulture nije lako napraviti i pokrenuti. |
| Zagađenje | |
| Kontaminacije su minimalne u serijskim kulturama | Mogućnost zaraze je velika u kontinuiranoj kulturi. |
| Metode kontrole | |
| Metode kontrole su jednostavne i brze. | Metode kontrole su komplicirane i dugotrajne. |
| Prikladnost | |
| Šaržna kultura je prikladnija za proizvodnju sekundarnih metabolita kao što su antibiotici. | Kontinuirana kultura je prikladnija za proizvodnju primarnih metabolita kao što su aminokiseline i organske kiseline. |
Sažetak – Serija vs Kontinuirana kultura
Serijski uzgoj i kontinuirani uzgoj dvije su vrste tehnika koje se koriste za uzgoj mikroorganizama u velikim razmjerima za industrijske i druge svrhe. U šaržnoj kulturi mikroorganizmima se na početku osiguravaju hranjive tvari i oni se uzgajaju. Kada mikrobi iskoriste dostupne hranjive tvari, hranjive tvari nakon određenog vremena postaju ograničene. Mikroorganizmi rastu kroz lag, log, stacionarnu i smrtnu fazu. Proces fermentacije provodi se šaržno u tehnici šaržne kulture. Nakon svake serije, fermentor se čisti i koristi se svježe za sljedeću seriju. U kontinuiranoj kulturi, mikroorganizmima se kontinuirano osiguravaju odgovarajuće razine 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 potrebna relativno u velikom zatvorenom fermentoru, dok je kontinuirana kultura potrebna u malom otvorenom fermentoru. Ovo je razlika između serijske i kontinuirane kulture.
