Что такое ферментация (культивирование). Перечислите способы культивирования микроорганизмов?

Ферментация (культивирование) - это вся совокупность последовательных операций от внесения в заранее приготовленную и термостатированную питательную среду посевного материала (инокулята) до завершения процессов роста и биосинтеза вследствие исчерпывания питательных веществ среды.

Культивирование микроорганизмов можно поводить поверхностным или глубинным, периодическим или непрерывным методами, в аэробных или анаэробных условиях.

При поверхностном культивировании посевной материал высевают на поверхность питательной среды, распределенной небольшим слоем (около 10 см) в металлических кюветах.

При глубинном культивировании погружение клеток микроорганизмов осуществляют за счет постоянного перемешивания в течение всего процесса ферментации. Глубинный способ является более выгодным для промышленности по сравнению с поверхностным способом, так как позволяет осуществлять полную механизацию и автоматизацию процесса, избегать инфицирования технологического процесса посторонней микрофлорой.

Периодический способ выращивания микроорганизмов используется для получения посевного материала на некоторых этапах, а также при микробиологическом производстве аминокислот, в производстве вакцин и т.д.

При непрерывном способе культивирования микроорганизмы постоянно получают приток свежей стерильной питательной среды, а из аппарата непрерывно отбирается биомасса вместе с

образуемыми метаболитами (такой способ культивирования можно назвать «открытой» системой).

При непрерывном культивировании микроорганизмы не должны испытывать недостатка в питательном субстрате, так как скорость его притока сбалансирована со скоростью выхода биомассы

Что является основой поверхностного метода культивирования

Подготовка твёрдой пит.среды сост. в том, что субстраты (пшеничные отруби, солодовые ростки), как правило, смешивают в стер-торе и полученную смесь перед стер-цией увлажняют до 20-40%. После стер-ции и охлаждения в пит.среду вносят посевной материал и стер-ю воду с таким расчётом, чтобы конечная влаж-ть среды была 58-60%. Среду раскладывают в кюветы слоем 2-3 см и выдерж-т при 28-32С в течение 22-40 ч. Разные виды микр-мов культ-ют при строго определённой t°, влаж-ти, аэрации. В процессе роста микрогрибы потребляют 25-35% СВ среды и в окр.среду выдел-ся большое кол-во тепла и СО₂, для отвода α интенсивно вентилируют растит-е камеры кондиц-ным воздухом.

Продукт грибковой переработки среды - брикет влаж-тью от 35 до 58%, в α частицы пит. среды связаны мицелием. Это неустойчивый продукт, в нём ферменты могут полностью инактивироваться в теч. 3 ч. Для сохранения культуры в активном состоянии в теч. длит-го t её высушивают до влаж-ти 10-13%. Осн-ое усл-е высуш-ния - max сокращ-е τ пребывания культуры гриба в сушилке до 5-8 мин при t° продукта на выходе не выше 40-42С.

Поверхностный метод культивирования продуцентов ферментов

Культура растет на пов-ти твердой увлажненной пит.среды. Мицелий полностью обволакивает и прочно скрепляет твердые части­цы, кл. пит-ся за счет сод-щихся в этих средах в-в и ис­п-ют для дыхания О₂ воздуха, поэтому для их нормального обеспече­ния кислородом приходится применять рыхлые по своей структуре среды с не­большой высотой слоя.

Недостаток метода - необх-сть больших площадей для вы­ращ-я. Выращ-е пр-венной культуры происх. обычно в не­асептических усл-ях. Но среда и кюветы должны быть надежно стер-ны. Перед новой загрузкой должны дезинфиц-ся растильные камеры, а также все мелкое оборудование и инвентарь.

Главное преимущество пов-ного метода - более высокая конечная конц-ция фермента на единицу массы среды. Напр., для осахаривания 100 кг крахмала в спиртовом пр-ве треб-ся 5 кг пов-ной культу­ры плесневых грибов или около 100 кг культуральной жидкости. Пов-ные культуры можно быстро и легко высушить, их легко перевести в товарную фор­му и транспортировать. Меньше потребность электроэнергии по сравнению с глубинным методом.

Процесс выращ-я пов-ной культуры длится 36—48 ч. Весь цикл роста можно разделить на три периода:

— в теч. первых 10—12 ч происх. набухание конидий и их прорастание; в этот момент τ° не должна быть ниже 28°С;

— в след. 14—18 ч происх. быстрый рост мицелия, его можно наблюдать в виде пушистого налета серовато-белого цвета. Кл. потребляют основное кол-во пит.в-в, энергично дышат и выделяют большое кол-во тепла, αнеобходимо отводить;

— 3-ий период τ 12—18 ч. Процессы обмена ослабевают, тепла выдел-ся меньше, но образ-е фермента все еще происх-т, а у большинства видов аспергиллов нач-ся образ-е конидий.