Nøgleforskel - Batch vs kontinuerlig kultur
Mikroorganismer såsom bakterier og svampe er meget gavnlige for forskellige typer industrier. Til industriel brug bør mikroorganismer dyrkes i stor skala under fermenteringsprocessen for at ekstrahere de nødvendige produkter, der skyldes mikrobiel metabolisme. Et specielt apparat kaldet industriel fermenter bruges til at dyrke og vedligeholde mikrobiel biomasse. Det er et stort kar designet til at give plads og nødvendige krav til mikrobiel vækst og metabolisme. Der er to typer af industrielle fermenteringskulturer, der almindeligvis vedtages i industrier med navnet batchkultur og kontinuerlig kultur. Hovedforskellen mellem batchkultur og kontinuerlig kultur er, at batchkultur er en teknik, der bruges til at dyrke mikroorganismer under begrænset næringsstoftilgængelighed i et lukket system, mens kontinuerlig kultur er en teknik, der bruges til at dyrke mikroorganismer under optimal og kontinuerlig tilførsel af næringsstoffer i et åbent system i industrier.
INDHOLD
1. Oversigt og nøgleforskel
2. Hvad er en batchkultur
3. Hvad er en kontinuerlig kultur
4. Sammenligning side om side - Batch vs kontinuerlig kultur
5. Resume
Hvad er en batchkultur?
Batchkultur er en teknik, der dyrker mikroorganismer i et lukket system, hvor en begrænset mængde næringsstoffer tilføres i starten. Dette er den mest almindelige teknik, der anvendes i industrier til at fremstille nyttige produkter ved hjælp af mikroorganismer såsom bakterier og svampe. Mikro, der vokser i fermentoren, fermenterer næringsstofferne. Fermentering er en nedbrydningsproces af kulhydrater til alkoholer og syrer af mikroorganismer under anoxiske forhold. I batchkulturteknik tilvejebringes næringsstoffer i begyndelsen, og den særlige mikroorganisme inokuleres i fermentoren. Fermentoren lukkes, og temperaturen og pH opretholdes for vækst af mikroorganismer. Mikroorganisme vokser indeni og bruger de tilførte næringsstoffer og andre forhold. Med tiden,næringsstoffer bliver begrænsede, og miljøforholdene ændres inden for fermentoren. Derfor viser mikrobiel vækst forskellige fire trin, såsom forsinkelsesfase, logfase, stationær fase og dødsfase. I slutningen af gæringen stoppes processen, og nyttige produkter ekstraheres og oprenses. Fermentoren vaskes og steriliseres inden anvendelse til en anden batchkultur.
Batchkulturteknikens specialitet er, at denne køres under begrænsede mængder næringsstoffer og i en bestemt periode. Fermenteropsætningen er let at fremstille og håndtere. Miljøforholdene inde i fermentoren varierer med tiden. Imidlertid opretholdes den nødvendige temperatur, pH-betingelser, omrøring, tryk osv. Korrekt for at opnå vellykket produktdannelse.
Batchkulturteknik anvendes i vid udstrækning til oprensning af sekundære metabolitter, såsom antibiotika, pigmenter osv. Denne teknik er ikke egnet til produktion af primære metabolitter og produkter, der er forbundet med vækst.
Figur 01: Batchkultur
Hvad er en kontinuerlig kultur?
Kontinuerlig kultur er en anden teknik, der dyrker nyttige mikroorganismer. Det sigter mod at opretholde en kontinuerligt voksende mikrobiel kultur i eksponentiel fase. Det kan opnås ved kontinuerligt at levere friske næringsstoffer, fjerne akkumuleret affald og produkter i samme hastighed og holde andre forhold på de optimale værdier. Det gøres inde i et specielt kammer kaldet kemostat som vist i figur 02. Frisk medium tilsættes kontinuerligt fra den ene ende, mens metaboliske produkter kontinuerligt ekstraheres fra den anden ende af kemostaten for at holde kulturvolumenet på et konstant niveau.
Kontinuerlig kultur anvendes i industrier, når det er nødvendigt at ekstrahere nyttige primære metabolitter, såsom aminosyrer, organiske syrer osv. Fra mikroorganismerne. Primære metabolitter produceres i den højeste hastighed, når mikroorganismerne er i deres eksponentielle fase. Derfor har kontinuerlig kultur altid til formål at opretholde den mikrobielle biomasse i logfasen. Det gøres ved konstant at overvåge processen og kontrollere systemet.
Figur 02: Kontinuerlig kultur i kemostat
Hvad er forskellen mellem batch og kontinuerlig kultur?
Diff artikel midt foran bordet
Batch vs kontinuerlig kultur |
|
| Batchkulturteknik bruges til at dyrke gavnlige mikroorganismer under begrænsede mængder næringsstoffer i en lukket fermentor i en bestemt periode. Mikrobiel vækst inde i batchkulturen viser en typisk mikrobiel vækstkurve, hvor fire forskellige faser kan identificeres. | Kontinuerlig dyrkningsteknik bruges til at dyrke gavnlige mikroorganismer under optimalt niveau af næringsstoffer i et åbent system, hvor næringsstoffer tilsættes kontinuerligt, og affald og produkter fjernes i samme hastighed for at holde væksten i en eksponentiel fase. |
| Næringsstoffer | |
| Næringsstoffer leveres en gang inden fermenteringsprocessen. | Næringsstoffer tilsættes mange gange (ved start og imellem processen). |
| Type system | |
| Batchkultur er et lukket system | Kontinuerlig kultur er et åbent system. |
| Afslutning af processen | |
| Processen med batchkulturen stoppes, efter at produktet er dannet. | Processen stoppes ikke, selvom produktet dannes. Kontinuerlig fjernelse af produktet sker uden at stoppe processen i kontinuerlig kultur. |
| Miljøbetingelser | |
| Miljøforholdene inde i batchkulturen er ikke konstante. | Miljøforholdene i den kontinuerlige kultur opretholdes på et konstant niveau. |
| Mikrobiel vækst | |
| Mikrobiel vækst inde i batchkulturen følger lag, log og stationære faser. | Mikrobiel vækst opretholdes på et optimalt niveau, hvilket er et eksponentielt vækststadium. |
| Omsætningshastighed | |
| Omsætningshastigheden er lav, da næringsstofferne og andre forhold er begrænsede indeni. | Omsætningshastigheden er høj, da de optimale niveauer af næringsstoffer og andre forhold opretholdes. |
| Fermenter brugt | |
| En stor fermenter anvendes til batchkulturer | En lille fermenter anvendes til kontinuerlig kultur. |
| Brug | |
| Batchkultur gæring er almindeligt anvendt i industrier | Kontinuerlig kulturfermentering bruges mindre i industrier. |
| Opsætning af kultur | |
| Opsætning af batchkultur er let at lave og køre. | Kontinuerlig kulturopsætning er ikke let at lave og køre. |
| Forurening | |
| Forureninger er minimale i batchkulturer | Forureningschancen er høj i kontinuerlig kultur. |
| Styringsmetoder | |
| Kontrolmetoder er nemme og hurtige. | Kontrolmetoder er komplicerede og tidskrævende. |
| Egnethed | |
| Batchkultur er mere velegnet til produktion af sekundære metabolitter såsom antibiotika. | Kontinuerlig kultur er mere egnet til produktion af primære metabolitter såsom aminosyrer og organiske syrer. |
Resumé - Batch vs kontinuerlig kultur
Batchkultur og kontinuerlig kultur er to typer teknikker, der anvendes til at dyrke mikroorganismer i stor skala til industrielle og andre formål. I batchkultur forsynes mikroorganismer med næringsstoffer i begyndelsen og dyrkes. Når mikrober bruger de tilgængelige næringsstoffer, bliver næringsstoffer begrænset efter en vis periode. Mikroorganismer vokser via lag, log, stationær og dødsfase. Fermenteringsprocessen udføres batchvis i batch-kulturteknik. Efter hver batch renses fermentoren og bruges frisk til den næste batch. I kontinuerlig kultur forsynes mikroorganismer med tilstrækkelige niveauer af friske næringsstoffer kontinuerligt for altid at opretholde mikroberne i logfasen for at ekstrahere primære metabolitter af mikroorganismerne. Volumenet af den kontinuerlige kultur opretholdes på en konstant værdi ved tilsætning af friske næringsstoffer og fjernelse af produkter i samme hastighed uden at stoppe processen. Batchkultur er nødvendigt relativt en stor lukket fermentor, mens kontinuerlig kultur er nødvendig en lille åben fermenter. Dette er forskellen mellem batch og kontinuerlig kultur.
