Управляемое культивирование микроорганизмов.

Промышленное использование микроорганизмов требует получения значительного количества микробного продукта (биомассы микроорганизмов, продуцируемых ими антибиотиков, токсинов и др.). Для этого используют методы управляемого культивирования микроорганизмов. Управляемое культивирование проводят в специальном оборудовании - биореакторах, которые позволяют создавать благоприятные и равномерные условия для роста и размножения микроорганизмов, что повышает накопление их биомассы и метаболитов, сокращает время культивирования. Управляемое культивирование может быть периодическим или непрерывным, аэробным или анаэробным, поверхностным или глубинным (во всей толще жидкой питательной среды), защищенным (асептическим) или незащищенным.

Периодическое культивирование микроорганизмов – выращивание микроорганизмов в стационарных условиях (в питательной среде без непрерывного поступления нутриентов извне). В таких условиях по мере роста микроорганизмов происходит снижение количества белковых и углеводных субстратов, снижение окислительно-восстановительного потенциала и рН, что приводит к гибели культуры. Для периодического культивирования используют специальное оборудование - ферментеры, в которых осуществляют постоянное перемешивание и аэрацию (барботаж) среды. Периодически ферментер опорожняют, производят выделение и очистку продукта, после чего начинают новый цикл. Существует несколько вариантов периодического культивирования:

• продлённое периодическое культивирование, или культивирование сдробным дозированием субстрата - подпитывают культуру периодически добавляя питательные вещества;

• многоциклическое культивирование - часть культуры предыдущего цикла переносят в новую среду;

• отъемно-доливное культивирование - в середине экспоненциальной фазы роста отбирают половину культуральной жидкости, а вместо неё вносят свежую питательную среду.

Непрерывное культивирование микроорганизмов - выращивание микроорганизмов в динамических условиях (в постоянно обно­вляемой питательной среде). Проводят в специальных биореакторах - хемостатах или турбистатах, которые снабжены устройствами для поддержания температуры и рН на постоянном уровне, а также для автоматической подачи свежей питательной среды и удаления культуральной жидкости с продуктами метаболизма. Микробная популяция тем самым поддерживается необходимое время в ло­гарифмической фазе роста. Управление скоростью поступления питательных веществ в проточных биореакторах осуществляется двумя способами турбидостатным и хемостатным.

В турбидистате управление культивированием проводят путем измерения мутности выходящего потока с использованиемфотоэлектрического элемента. Скорость разбавления свежей средой устанавливают в зависимости от требуемой плотнос­ти выходящей из турбидистата культуры.

В хемостатах управление культивированием проводят путем лимитирования концентрации одного из ростовых факторов в поступающей в хемостат среде (например, концентрацию глюкозы, фосфора, серы), тем самым изменяют плотность микробных клеток в единице объёма среды.