scan0061

7. METODY PROWADZENIA PROCESÓW BIOCHEMICZNYCH

7.1. Klasyfikacja technik hodowlanych

Hodowle mikroorganizmów można podzielić, z uwagi na stan fizyczny pożywki, na dwie zasadnicze grupy: hodowle w podłożach ciekłych (HPC, submerged culturc) oraz hodowle w podłożach stałych (HPS, solid State fer-mcntation, SSF).

Hodowle w podłożach ciekłych obejmują zarówno te przypadki gdy mikroorganizmy znajdują się w postaci zawiesiny pojedynczych komórek lub ich aglomeratów w ciekłej pożywce (hodowle wgłębne), jak i przypadek wzrostu grzybów strzępkowych w postaci „kożucha” na powierzchni ciekłej pożywki (hodowle powierzchniowe).

Zupełnie odrębnie, wśród hodowli w podłożach ciekłych, należy potraktować hodowle z unieruchomionym materiałem biologicznym. Techniki te polegają na unieruchomieniu komórek na powierzchni nośnika bądź zamknięciu komórek wewnątrz cząsteczek polimeru. Unieruchomione komórki wprowadzane są do środowiska ciekłej pożywki, gdzie zachodzi właściwa przemiana biochemiczna.

Zagadnienia procesów z unieruchomionymi komórkami szczegółowo przedstawiono w punkcie 7.6.

Hodowle w podłożach stałych stosowane są do hodowli grzybów mikroskopowych. Organizmy te mogą rosnąć w stałych podłożach takich jak np. ziarna zbóż, otręby pszenne, wysłodki buraczane, odpady celulozowe. Podłoże stałe musi mieć odpowiednią wilgotność. Dla przykładu, dla wzrostu grzybów Aspergillus niger na ryżu lub otrębach pszennych wilgotność podłoża wynosi ok. 50-60%.

Dokładniej hodowle w podłożach stałych omówione zostaną w rozdziale 7.5.

Bardzo ważnym kryterium podziału technik hodowlanych jest sposób prowadzenia procesu. Wyróżnia się hodowle okresowe, hodowle okresowe z ciągłym dozowaniem pożywki oraz hodowle ciągłe. Tc techniki hodowlane, w odniesieniu do hodowli wgłębnych, zostaną omówione szczegółowo.

1.2. Hodowla okresowa

Hodowla okresowa polega na załadowaniu pożywki do fermcntora, wystc-rylizowaniu pożywki wraz z fermcntorem, zaszczepieniu materiału posiewowego i prowadzeniu namnażania mikroorganizmów. Wzrost mikroorganizmów obejmuje kolejne fazy: adaptację, przyspieszenie wzrostu, wzrost wykładniczy, hamowanie wzrostu, fazę stacjonarną. Hodowlę kończy się, w zależności od wymagań technologicznych, bądź po zakończeniu wzrostu wykładniczego bądź w fazie stacjonarnej. Hodowla okresowa stanowi system zamknięty, mikroorganizmy wzrastają na określonej, ograniczonej ilości pożywki.

Zmiany stężenia substratu limitującego wzrost i biomasy w hodowli okresowej przedstawiono na rys. 7.1.

Rys. 7.1. Zmiany stężenia substratu i biomasy podczas hodowli okresowej

Bilans biomasy w reaktorze ma postać

— = ji(S) X    (7.1)

dt

gdzie p jest właściwą szybkością wzrostu, zależną od stężenia substratu. Warunek początkowy ma postać

t‘t_a:X~X₀    (7.2)

gdzie: X_Q jest masą materiału szczepiennego, zaś t_Q jest czasem trwania fazy adaptacji.

Bilans substratu

(7.3)

f ■ -i