Способы поверхностного культивирования

В современном производстве используются, в основном, три способа поверхностного культивирования микроорганизмов: кюветный способ выращивания, кассетный способ выращивания и выращивание методом объемной аэрации.

Кюветный способ является наиболее распространенным, особенно в малотоннажных производствах. Лотки-кюветы после загрузки субстрата, засеянного соответствующей культурой микроорганизма, помещаются на стеллажи в специальные растительные камеры в которых поддерживаются все необходимые для культивирования условия. Такой процесс является малопроизводительным и весьма трудоемким, поскольку большинство технологических операций по загрузке и выгрузке выполняются вручную.

С целью интенсификации процессов кюветного выращивания разрабатываются конструкции растительных камер в которых кюветы по бесконечной конвейерной ленте движутся через различные зоны растительной камеры, в которых поддерживаются условия (теплообмен, воздухообмен, влажность и др.) соответствующие тем или иным стадиям роста микроорганизма. После прохождения камеры кюветы проходят отделения сушки, съема готовой культуры, мойки, стерилизации и снова подаются на загрузку [12].

Кассетный способ выращивания продуцента осуществляется в специальных растительных камерах, имеющих форму параллелепипеда. Камера разделена на 23 секции-касcеты перфорированными перегородками с двойными стенками, между которыми подается стерильный воздух. В пространство между перегородками загружают сверху засеянную питательную среду. Днище кассеты состоит из двух жалюзийных пластин. Стерильный воздух подводится к каждой из секций с помощью коллектора [12,16].

По окончании процесса культивирования камеру разгружают путем открытия жалюзийных пластин днища камеры. Полнота разгрузки камеры обеспечивается путем установки ее на специальный вибростол.

Касcетный способ выращивания позволяет вдвое увеличить толщину слоя субстрата, по сравнению с кюветным, благодаря двустороннему обдуву его потоком воздуха, что ведет к повышению эффективности процесса поверхностного культивирования [12,15].

Процесс культивирования методом объемной аэрации проводят в специальных колонных аппаратах, разделенных по высоте на секции перфорированными пластинами, укрепленными на поворотных осях. Воздух с помощью коллектора подают под каждую секцию аппарата, а выделяющееся в ходе ферментации тепло отводят охлаждающей водой, подаваемой в наружную рубашку аппарата. Питательная среда дополни-тельно перемешивается и распределяется по тарелкам с помощью установленных по центру аппарата на общем валу перемешивающих устройств. Загрузка аппарата осуществляется сверху, а выгрузка через днище. При этом перегрузка среды с тарелки на тарелку и выгрузка осуществляется в результате поворота сегментных частей тарелок на угол 90 в автоматическом режиме.

Выделение и очистка целевых продуктов

По окончании процесса культивирования необходимо выделить целевой продукт, отделив его от биомассы микроорганизма и частичек субстрата. Если целевыми продуктами являются простые органические соединения (кислоты. витамины, антибиотики и др.) то для их выделения применимы большинство стандартных методов используемых в химической и фармацевтической промышленности. При этом обычно сначала субстрат с выросшей на нем биомассой измельчают, если надо сушат, и подвергают экстракции соответствующим растворителем. Растворитель упаривают и далее в зависимости от физико-химических свойств продукта его дополнительно очищают тем или иным способом (перегонка, возгонка, перекристаллизация, хроматографическое разделение и др.). Наиболее трудоемкой и экологически вредной является процедура измельчения частиц твердого субстрата, которая требует использования громоздких и энергоемких аппаратов дробилок и сопровождается образованием большого количества алергенной пыли.

Если целевым продуктом являются белковые соединения (ферменты), то выбор методов и режимов выделения более ограничен. Это связано с тем, что ферменты, являясь веществами белковой природы, могут легко подвергаться денатурации под воздействием таких факторов, как высокие (выше 70⁰С) и низкие (ниже 0⁰С) температуры, значения рН среды, не отвечающее оптимуму действия ферментов, наличие реакционно-способных химических соединений, способных вступать в реакции и необратимо инактивировать ферменты. Более подробно технология выделении ферментных препаратов приведена в методическом указании «Методы выделения и очистки продуктов биотехнологических производств» [4,12].

Недостатком метода является необходимость больших площадей для выращивания. Выращивание производственной культуры происходит обычно в неасептических условиях. Однако среда, кюветы, подаваемый воздух и все оборудование должны быть надежно стерилизованы. Перед новой загрузкой должны дезинфицироваться растильные камеры, а также все мелкое оборудование и инвентарь. Перед посеем проводится огромное количество анализов. А так же большой проблемой является обеспечение процесса постоянным потоком воздуха и регулирование теплообмена.