2.2. Периодический способ культивирования

Это такой процесс, когда в ферментер со стерильной питательной средой подается посевной материал, задаются определенные технологические параметры (температура, рН, обороты мешалки) и процесс проходит самостоятельно с образованием целевого продукта. Далее в этой же емкости микроорганизмы при определенных условиях проходят через все стадии роста и развития популяции.

Когда процесс культивирования заканчивается, емкость для выращивания освобождают, и цикл возобновляется. Этот процесс экономически не выгоден, т.к. образуется мало целевого продукта. При таком способе культивирования скорость роста биомассы всегда стремится к нулю либо из-за недостатка питательных веществ, либо из-за накопления в среде токсических метаболитов.

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

2.3. Промежуточные способы культивирования

Продленный периодический процесс – предусматривает одноразовую загрузку и разгрузку ферментера. Однако цикл развития микроорганизмов в продленном периодическом процессе удлиняется двумя способами:

1) за счет подпитки – периодическое или непрерывное добавление питательной среды;

2) за счет длительного удержания клеток в системе (диализная культура). При этом культура развивается в пространстве, ограниченном полупроницаемой мембраной, а продукты метаболизма диффундируют во внешний раствор. В этом случае продлевается экспоненциальная фаза и фаза линейного роста. Наиболее простой диализный метод – культивирование в целлофановых мешках, погруженных в питательную среду.

Многоциклические процессы культивирования – ведут в одном ферментере, многократно повторяя полный цикл развития культуры без перерыва на стерилизацию. Применяют как для получения биомассы; для производства продуктов микробного синтеза – антибиотиков, внеклеточных ферментов, аминокислот. Применение данного способа позволяет в несколько раз сократить затраты труда на производство продукта по сравнению с периодическим способом.

Различают:

1) Одностадийные многоциклические процессы – осуществляются в одном ферментере.

2) Многостадийные многоциклические процессы – основаны на принципе повторного и последовательного периодического культивирования. Протекает в нескольких ферментерах, которые соединены в батарею с целью длительного использования культуры.

Вариант такого способа: культура выращивается в одном биореакторе. В то время, когда она проходит в своем развитии экспоненциальную фазу, из нее берется инокулят (посевной материал) для засева следующего реактора. В первом реакторе культура доращивается до необходимой фазы роста. Когда культура во втором реакторе достигает экспоненциальной фазы, из нее также делается пересев в третий реактор и т.д. Так как культура все время пересевается в экспоненциальной фазе, не происходит ее старения и вырождения.

Полунепрерывные системы – при этом полная загрузка и разгрузка ферментера осуществляются однократно, однако в процессе роста культуры часть культуральной жидкости сливается, а освободившийся объем заливается свежей питательной средой. Таким образом, функционирует сливно-доливная система. Различные варианты полунепрерывных систем используются в производстве дрожжей, водорослей, антибиотиков и лимонной кислоты.