Непрерывное культивирование. 
Непрерывное культивирование. 
Преимущества и недостатки

Непрерывное культивированиеэто процесс, при котором в ферментаторе поддерживаются постоянные условия среды, в результате чего микроорганизмы остаются в определенном физиологическом состоянии.

Непрерывное культивирование пока не находит широкого применения, однако в настоящее время все более популярным становится периодическое культивирование с добавлением субстрата, которое представляет собой компромисс между двумя системами.

Для непрерывного культивирования подаётся свежая питательная среда и удаляется избыток среды с продуктами метаболизма, поддерживается фаза экспоненциального роста.

При непрерывном культивировании микроорганизмов отсутствует смена фаз развития культуры. В таких процессах скорость потока питательной среды и отвода культуральной жидкости из системы необходимо отрегулировать, чтобы концентрация клеток оставалась постоянной. В стерильных условиях непрерывный метод обеспечивает сохранение культуры в физиологически активном состоянии длительное время.

Поддержание динамики равновесия в реакторе осуществляется двумя методами: турбидостатным и хемостатным.

По турбидостатному принципу концентрация биомассы поддерживается скоростью потока среды, а по хемостатному — концентрацией подаваемого субстрата. Известен также способ регулирования роста культуры по рН.

При турбидостатном методе регулирования контролируются концентрации суспензии входящей жидкости, создаваемой микробными клетками. Метод осуществляется с помощью фотоэлемента или рН-электрода, если в культуральной жидкости образуются органические кислоты.

Хемостатный контроль проще, так как он происходит по входящему потоку. Этот метод регулирования применим ко всем типам микроорганизмов и клеток различных тканей животных и растений. Биореактор в хемостатном режиме снабжен устройствами для вливания и выпуска питательной жидкости, имеет систему контроля скорости потока, перемешивание.

Например, используемый ферментер Labfors 3 бактериальный (13л) позволяет контролировать до 16 параметров: температуру, рН, скорость вращения мешалки, концентрацию растворенного кислорода, контроль уровня пены, контроль массового потока газов, оптическую плотность, окислительно-восстановительный потенциал, массу, давление, анализ субстрата (например, уровень глюкозы и метанола) Преимущества хемостатного метода.

• 1. Хемостат дает возможность изменять скорость роста биомассы, не производя в окружающей среде никаких изменений, кроме изменений концентрации лимитирующего рост субстрата. В простой периодической культуре изменения скорости роста могут быть вызваны только качественными изменениями в составе питательной среды или количественными изменениями физико-химических условий, таких, как температура или pH. Эти методы изменения скорости роста вносят побочные эффекты, маскирующие действие самой скорости роста. Так, изменение температуры, например, независимо действует и на скорость роста и на содержание РНК у бактерий.
• 2. Хемостат можно использовать и прямо с противоположной целью, а именно фиксировать скорость роста при изменении окружающих условий. Это очень существенно в тех случаях, когда необходимо отдифференцировать влияние изменения условий окружающей среды и влияние изменения скорости роста.
• 3. Хемостат, кроме того, используется для поддержания постоянной скорости роста при лимитирующей концентрации субстрата, тогда как в периодической культуре рост, лимитированный субстратом, можно получить лишь кратковременно, причем это сопровождается изменением скорости роста. Данная функция хемостата расширяет возможный диапазон постоянных окружающих условий и дает возможность изучать не только избыток или истощение лимитирующего рост субстрата, но и все промежуточные состояния.
• 4. В хемостатном методе существенно то, что он упрощает системы культуры и, следовательно, облегчает как изучение реакций организма на его окружение, так и управление процессами, протекающими в самих микроорганизмах. Преимущества этого упрощения приобретают особенно большое значение, когда возникает необходимость в изучении или управлении взаимодействием двух или более видов.

Схема непрерывного культивирования: в том случае, когда целью является получение большого количества биомассы, обычно используют простейшую, одноступенчатую систему непрерывного культивирования при которой культуру выращивают на каком-то одном определенном субстрате, обеспечивающем максимальный выход биомассы (Непрерывное культивирование микроорганизмов, 1968). Если желаемый продукт образуется в результате двух или более метаболических превращений, используют многоступенчатую систему непрерывного культивирования (рис. 57, Б). Полунепрерывные системы основаны на принципе повторного и последовательного периодического культивирования, производимого в одном или нескольких культиваторах, соединенных в батареи. Теоретической основой для промышленных процессов непрерывного культивирования является управление поведением популяции.

Нагревательный элемент U-образной формы, сделан из стеклянной трубки, в которую продета спираль для нагрева. Элемент соединен с контактным термометром и терморегулятором типа ТРК, который представляет собой усилительный блок УКТ-4 в комплексе с ртутным датчиком — электроконтактным термометром.

Поступление воздуха в культуралькую жидкость обеспечивает, кроме того, и поддержание пищевых частиц во взвешенном состоянии, что, с одной стороны, делает их более доступными для парамеций, а с другой — предотвращает процесс их разложения на дне культиватора. По этой причине культивирование проводили при постоянном барбатаже среды с помощью диффузного распылителя. Последний расположен на дне установки в виде трубки с многочисленными отверстиями.