3

faza ta może mieć gwałtowny przebieg, prowadzący nawet do całkowitego zniszczenia ę żywych komórek drobnoustrojów w hodowli.

W środowisku, w którym znajdują się dwa różne substraty, stanowiące źródło węgła . i energii, występuje dwufazowy wzrost drobnoustrojów, nazywany diauksją. Taki typ ^: wzrostu zachodzi np. w obecności sacharydów (glukozy i sorbitolu czy glukozy j i laktozy), które rosnący drobnoustrój wykorzystuje niejednocześnie. Najpierw mikro- ' organizm zużywa glukozę jako substrat metabolicznie korzystniejszy. Dopiero po jej | całkowitym wyczerpaniu uruchamiany jest proces rozkładu kolejnego substratu znajdującego się w środowisku (sorbitolu lub laktozy).

Hodowle okresowe drobnoustrojów w warunkach laboratoryjnych można prowa- j dzić metodą powierzchniową na pożywkach zestalonych agarem (skosy, płytki Petriego) lub w pożywkach płynnych. Na pożywkach stałych drobnoustroje rosną w postaci murawy lub, po odpowiednim rozcieńczeniu hodowli, w postaci kolonii, których struktura, zabarwienie, zarys brzegu są cechami charakterystycznymi, istotnymi w diagnostyce danego drobnoustroju. Hodowle drobnoustrojów w pożywkach płynnych odbywają się w fermentorach, butelkach lub kolbach. Drobnoustroje tlenowe najczęściej są hodowane w płaskodennych kolbach umieszczonych na wstrząsarkach. Na skutek ciągłego ruchu pożywki wzrost drobnoustrojów zachodzi w całej objętości napowietrzanej pożywki. W warunkach pótprzemysłowych i przemysłowych hodowle drobnoustrojów tlenowych są prowadzone w bioreaktorach (fermentorach) napowietrzanych sprężonym i oczyszczonym na filtrach powietrzem.

Systemem, często stosowanym w biotechnologii, jest prowadzenie hodowli z użyciem immohilizowanych (unieruchomionych) mikroorganizmów lub ich enzymów. Unieruchomienie (osłonięcie) mikroorganizmów, czyli umieszczenie ich w ograniczonej przestrzeni, pozwala zachować żywotność oraz aktywność enzymatyczną uwięzionych komórek. Metody unieruchamiania drobnoustrojów obejmują: uwięzienie komórek w usieciowanej matrycy, która może być wykonana m.in. z białek, polisacharydów, alkoholu poliwinylowego; agregację komórek na drodze samoflokulacji lub przez zastosowanie związków sieciujących; kapsulkowanie za pólprzepuszczalną przegrodą, która zabezpiecza wysoką żywotność unieruchomionych komórek; przyczepianie lub adsorpcję do odpowiednich porowatych nośników czy powierzchni. Takie unieruchomione komórki można wykorzystać w procesach ciągłych lub w procesach okresowych, pozbawionych ryzyka wymycia komórek z bioreaktora podczas ich wielokrotnego użycia. Immobilizowane drobnoustroje pozwalają prowadzić hodowle o dużej gęstości komórek (10ⁱⁿ jtk-g'¹), zabezpieczyć przed kontaktem z niekorzystnymi warunkami hodowli, takimi jak: zmiana wartości pH, temperatury czy stężenia substancji pokarmowych.

Można ponadto stosować hodowle z recyrkulacją komórek. Systemy te pozwalają uzyskać duże stężenia biomasy oraz wyeliminować proces oddzielnego jej zagęszczania.

W hodowlach tych wykorzystuje się reaktor membranowy, w którym odbywa się równocześnie proces namnażania komórek i ich zagęszczania przy użyciu mikrofiltracji lub ultrafiltracji. Ciągła wymiana pożywki hodowlanej oraz usuwanie metabolitów ograniczających namnażanie komórek pozwala uzyskać wysokoskoncentrowaną biomasę, np. dla bakterii fermentacji mlekowej 60-150 g-dnr³. Punktem krytycznym tego systemu hodowli jest trudność utrzymania steryiności układu separacyjnego (pompy, zawory, itp.).

Hodowla ciągła

5.3.2.

Hodowla ciągła umożliwia utrzymywanie w środowisku, stałego w czasie, stężenia drobnoustrojów, w stanie fizjologicznym odpowiadającym wybranej fazie hodowli okreso

V,J W!

wej.

W hodowli ciągłej drobnoustrojów (rys. 1-5.6), po osiągnięciu przez mikroorganizmy wybranej fazy wzrostu, następuje stałe zasilanie hodowli strumieniem świeżej l>n/ywki. Jednocześnie z fennentora jest odprowadzana taka sama ilość pożywki zawierającej biomasę i szkodliwe metabolity'. Zatem objętość hodowli w trakcie trwania procesu pozostaje niezmienna. Z tego wynika, że do utrzymania stałego stężenia biomasy * hodowli ciągłej niezbędna jest równowaga dynamiczna między stężeniem biomasy namnażanej i odprowadzanej.

pożywka    fermentor    płyn

pohodowlany

Rys. 1-5.6. Układ do hodowli ciągłej drobnoustrojów

Hodowle ciągłe mogą być powadzone na zasadzie: chemostatu, turbidostatu, nutri-statu, czy pH-statu.

Chemostat

W chemostacie stałe stężenie biomasy jest wynikiem stałej szybkości rozcieńczania (D) zdefiniowanej jako stosunek objętościowego natężenia przepływu podłoża (F) (dra^ir¹] do objętości pożywki w fermentorze (F) [dm³]:

D = ^=const [h^-1]    (1-5.15)

Szybkość rozcieńczania (D) wskazuje, jaka część objętościowa hodowli zostaje w jednostce czasu wymieniona na świeżą pożywkę. Przy równomiernym zawieszeniu drobnoustrojów w objętości płynu hodowlanego szybkość rozcieńczania (D) będzie równa ułamkowi biomasy zawartej w jednostkowej objętości hodowli, odprowadzanej z fermentom w jednostce czasu:

D = -

X    d t

[h-’]

(1-5.16)