Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Медицина arrow Инженерная биотехнология: основы технологии микробиологических производств

Управляемые процессы ферментации

Развитие отраслей промышленности, в которых используются процессы микробиологического синтеза, привело к необходимости повышения эффективности периодических процессов биосинтеза. Наряду с такими простейшими приемами интенсификации процессов биосинтеза, как подбор состава питательных сред, количества и возраста посевного материала и т.п., все чаще стали использовать приемы, связанные с вмешательством в процесс ферментации непосредственно во время его протекания. Это изменение температуры культивирования, расхода воздуха на аэрацию, частоты вращения мешалки, регулирование pH, добавление питательных веществ и предшественников. Такие приемы позволяют создать благоприятные условия для протекания каждой фазы биосинтеза и во многих случаях существенно повысить производительность микробиологических процессов. Рассмотрим основные подходы к разработке управляемых процессов.

Основные типы управляемых процессов ферментации. Первый тип

управляемых ферментационных процессов — процессы без добавления питательных веществ в ходе культивирования, но с регулированием некоторых физико-химических параметров: температуры культивирования, pH, окислительно-восстановительного потенциала, режима аэрации — перемешивания и т.д. В качестве примера можно привести процесс биосинтеза антибиотика эритромицина, при котором температуру и pH изменяют по заданным профилям, найденным с помощью математической модели. Поддержание оптимальных профилей этих параметров резко повышает производительность процесса, и время, необходимое для накопления того же количества эритромицина, что и в контроле (при постоянных температуре и pH), сокращается с 300 до 200 ч.

В техническом отношении подобные процессы мало чем отличаются от обычных периодических, хотя требуют оснащения ферментёра соответствующими системами контроля и регулирования.

Второй тип управляемых ферментационных процессов — процессы с добавлением питательных веществ в ходе культивирования, или полупериодические. К ним относятся процессы биосинтеза глутаминовой кислоты с добавлением этанола, глицерола, с дробным введением глюкозы, ряда антибиотиков, ферментов и других продуктов. Необходимость в добавлении субстрата по ходу ферментации обычно возникает, если высокая концентрация субстрата ингибирует рост культуры или биосинтез целевого метаболита. В этом случае надо выбрать оптимальную концентрацию субстрата в исходной питательной среде и режим добавления его в аппарат. Нужно знать зависимость скоростей роста биомассы и накопления целевого продукта от концентрации субстрата в культуральной жидкости или хотя бы концентрации субстрата, при которой рост культуры и биосинтез продукта максимальны.

В качестве примера этих процессов можно привести биосинтез тетрациклина с добавлением глюкозы, сульфата аммония и кукурузного экстракта при культивировании. В предварительных экспериментах были установлены концентрации этих субстратов, оптимальные для роста культуры-продуцента и для биосинтеза антибиотика. Подобранный состав исходной среды обеспечил быстрый рост биомассы в первой фазе и ранний переход к фазе интенсивного синтеза тетрациклина. Режим дозирования питательных веществ во второй фазе обеспечил поддержание концентраций глюкозы 10—20 мг/мл, аммонийного азота — 0,4—0,8 мг/мл и неорганического фосфора — 25—30 мкг/мл. Эксперименты, проведенные в колбах на качалке, показали возможность повышения количества антибиотика к концу ферментации в 5—7 раз по сравнению с нерегулируемым процессом при увеличении продолжительности процесса в 2—2,5 раза.

В процессе биосинтеза пенициллина на глюкозной среде накопление антибиотика при единовременной загрузке большого количества глюкозы в питательную среду ничтожно мало вследствие эффекта катаболитной репрессии. При непрерывном добавлении глюкозы в ходе ферментации биосинтез пенициллина идет интенсивно, причем степень интенсификации биосинтеза зависит от того, насколько близок выбранный режим дозирования субстрата к оптимальному. Известны варианты процесса биосинтеза пенициллина с постоянной, линейно или экспоненциально возрастающей скоростью подачи глюкозы, а также с изменением скорости подачи по специальной программе, рассчитанной по математической модели процесса.

Режим добавления питательных веществ для каждого продуцента подбирают индивидуально [15; 25; 43].

Контрольные вопросы
  • 1. Какие существуют виды ферментации? Опишите схему методов ферментации.
  • 2. Опишите схему приготовления посевного материала.
  • 3. Что такое популяция микроорганизмов?
  • 4. Что такое плотность популяции, удельная скорость роста, время генерации?
  • 5. Опишите ^-образную кривую роста популяции микроорганизмов и ее фазы.
  • 6. Опишите основные закономерности непрерывного роста культуры микроорганизмов.
  • 7. Назовите основные источники биогенных элементов.
  • 8. Приведите классификацию процессов биосинтеза.
  • 9. Опишите схему типового микробиологического производства.
  • 10. Каковы особенности ферментации при получении микробной биомассы?
  • 11. Каковы особенности ферментации при производстве продуктов метаболизма?
  • 12. Перечислите основные типы управляемых процессов ферментации.
 
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   След >
 

Популярные страницы