Nyckelskillnad – Batch vs Continuous Culture
Mikroorganismer som bakterier och svampar är mycket fördelaktiga för olika typer av industrier. För industriellt bruk bör mikroorganismer odlas i stor skala under fermenteringsprocessen för att extrahera de nödvändiga produkterna från den mikrobiella metabolismen. En speciell apparat som kallas industriell fermentor används för att odla och underhålla mikrobiell biomassa. Det är ett stort kärl designat för att ge utrymme och nödvändiga krav för mikrobiell tillväxt och metabolism. Det finns två typer av industriella jäsningskulturer som vanligtvis används i industrier som kallas batchkultur och kontinuerlig kultur. Den viktigaste skillnaden mellan satskultur och kontinuerlig odling är att satskultur är en teknik som används för att odla mikroorganismer under begränsad tillgång på näringsämnen i ett slutet system medan kontinuerlig odling är en teknik som används för att odla mikroorganismer under optimal och kontinuerlig tillförsel av näringsämnen i ett öppet system i industrier.
Vad är en batchkultur?
Batchkultur är en teknik som odlar mikroorganismer i ett slutet system där en begränsad mängd näringsämnen tillförs i början. Detta är den vanligaste tekniken som används i industrier för att göra användbara produkter med hjälp av mikroorganismer som bakterier och svampar. Mikrober som växer i fermentorn fermenterar näringsämnena. Fermentering är en nedbrytningsprocess av kolhydrater till alkoholer och syror av mikroorganismer under anoxiska förhållanden. I satsvis odlingsteknik tillhandahålls näringsämnen i början och den speciella mikroorganismen inokuleras i fermentorn. Fermentorn stängs och temperaturen och pH bibehålls för tillväxt av mikroorganismer. Mikroorganismer växer inuti och använder de tillhandahållna näringsämnena och andra förhållanden. Med tiden blir näringsämnena begränsade och miljöförhållandena förändras i fermentorn. Därför visar mikrobiell tillväxt distinkta fyra stadier såsom eftersläpningsfas, logfas, stationär fas och dödsfas. I slutet av jäsningen stoppas processen och användbara produkter extraheras och renas. Fermentorn tvättas och steriliseras innan den används för en annan batchkultur.
Specialiteten för batchodlingstekniken är att den körs under begränsade mängder näringsämnen och under en viss tidsperiod. Fermenteringsanläggningen är enkel att göra och hantera. Miljöförhållandena inuti jäskärlet varierar med tiden. Erforderlig temperatur, pH-förhållanden, omrörning, tryck etc. bibehålls dock korrekt för att uppnå framgångsrik produktbildning.
Satsodlingsteknik används i stor utsträckning för rening av sekundära metaboliter såsom antibiotika, pigment, etc. Denna teknik är inte lämplig för produktion av primära metaboliter och produkter som är förknippade med tillväxt.
Figur 01: Batchkultur
Vad är en kontinuerlig kultur?
Kontinuerlig odling är en annan teknik som odlar användbara mikroorganismer. Det syftar till att upprätthålla en kontinuerligt växande mikrobiell kultur i exponentiell fas. Det kan uppnås genom att kontinuerligt tillföra färska näringsämnen, ta bort ansamlat avfall och produkter i samma takt och hålla andra förhållanden vid optimala värden. Det görs inuti en speciell kammare som kallas kemostat som visas i figur 02. Färskt medium tillsätts kontinuerligt från ena änden medan metaboliska produkter kontinuerligt extraheras från den andra änden av kemostaten för att hålla odlingsvolymen på en konstant nivå.
Kontinuerlig odling används i industrier när det krävs för att extrahera användbara primära metaboliter som aminosyror, organiska syror, etc.från mikroorganismerna. Primära metaboliter produceras i den högsta hastigheten när mikroorganismerna är i sin exponentiella fas. Därför syftar kontinuerlig odling alltid till att bibehålla den mikrobiella biomassan i logfasen. Det görs genom att övervaka processen kontinuerligt och kontrollera systemet.
Figur 02: Kontinuerlig kultur i kemostat
Vad är skillnaden mellan batch- och kontinuerlig kultur?
Batch vs Continuous Culture |
|
| Satsodlingsteknik används för att odla nyttiga mikroorganismer under begränsade mängder näringsämnen i en sluten fermentor under en viss tidsperiod. Mikrobiell tillväxt inuti batchkulturen visar en typisk mikrobiell tillväxtkurva där fyra distinkta faser kan identifieras. | Kontinuerlig odlingsteknik används för att odla nyttiga mikroorganismer under optimal nivå av näringsämnen i ett öppet system där näringsämnen tillsätts kontinuerligt och avfall och produkter avlägsnas i samma takt för att hålla tillväxten i en exponentiell fas. |
| Näringsämnen | |
| Näringsämnen tillförs en gång innan jäsningsprocessen påbörjas. | Näringsämnen läggs till många gånger (vid start och mellan processen). |
| Typ av system | |
| Batchkultur är ett slutet system | Kontinuerlig kultur är ett öppet system. |
| Processuppsägning | |
| Processen för batchkulturen stoppas efter att produkten har formats. | Processen stoppas inte trots att produkten formas. Kontinuerligt avlägsnande av produkten görs utan att stoppa processen i kontinuerlig odling. |
| Miljövillkor | |
| Miljöförhållandena i batchkulturen är inte konstanta. | Miljöförhållandena i den kontinuerliga kulturen hålls på konstant nivå. |
| Mikrobiell tillväxt | |
| Mikrobiell tillväxt inuti batchkulturen följer eftersläpnings-, log- och stationära faser. | Mikrobiell tillväxt bibehålls på optimal nivå, vilket är ett exponentiellt tillväxtstadium. |
| Omsättningshastighet | |
| Omsättningshastigheten är låg eftersom näringsämnena och andra tillstånd är begränsade inuti. | Omsättningshastigheten är hög eftersom de optimala nivåerna av näringsämnen och andra förhållanden upprätthålls. |
| Fermentor använd | |
| En stor fermentator används för batchkulturer | En liten fermentator används för kontinuerlig odling. |
| Använd | |
| Satskulturjäsning används ofta i industrier | Kontinuerlig kulturjäsning används mindre i industrier. |
| Culture Setup | |
| Batchkulturinställningen är enkel att göra och köra. | Kontinuerlig kulturinstallation är inte lätt att göra och köra. |
| Kontamination | |
| Föroreningar är minimum i batchkulturer | Risken för kontaminering är stor i kontinuerlig kultur. |
| Kontrollmetoder | |
| Kontrollmetoderna är enkla och snabba. | Kontrollmetoder är komplicerade och tidskrävande. |
| Lämplighet | |
| Satskultur är mer lämpad för produktion av sekundära metaboliter som antibiotika. | Kontinuerlig odling är mer lämpad för produktion av primära metaboliter som aminosyror och organiska syror. |
Sammanfattning – Batch vs Continuous Culture
Satsodling och kontinuerlig odling är två typer av tekniker som används för att odla mikroorganismer i stor skala för industriella och andra ändamål. I satsodling förses mikroorganismer med näringsämnen i början och odlas. När mikrober använder de tillgängliga näringsämnena, blir näringsämnena begränsade efter en viss tidsperiod. Mikroorganismer växer via lag-, log-, stationära och dödsfaser. Fermenteringsprocessen utförs satsvis i satsvis odlingsteknik. Efter varje sats rengörs jäskärlet och används färskt till nästa sats. I kontinuerlig odling förses mikroorganismer med tillräckliga nivåer av färska näringsämnen för att alltid hålla mikroberna i log-fas för att extrahera primära metaboliter av mikroorganismerna. Volymen av den kontinuerliga kulturen hålls på ett konstant värde genom att tillsätta färska näringsämnen och ta bort produkter i samma takt utan att stoppa processen. Satsodling behövs jämförelsevis en stor sluten fermentor medan kontinuerlig odling behövs en liten öppen fermentor. Detta är skillnaden mellan batch- och kontinuerlig kultur.
