scan0067 2

72

Z uwagi na gromadzenie się w reaktorze komórek nieaktywnych, których liczba wzrasta wraz z ilością biomasy w reaktorze, konieczne jest odprowadzanie części biomasy.

7.4.3. Hodowle przy hamowania wzrostu mikroorganizmów produktami metabolizmu

W niektórych procesach biochemicznych produkty metabolizmu działają hamująco na wzrost mikroorganizmów. Tradycyjne hodowle ciągle nie są najodpowiedniejsze dla tego typu procesów, gdyż w całej objętości reaktora komórki stykają się z najwyższym stężeniem metabolitów. Częściowym jedynie rozwiązaniem, ale stosowanym w praktyce, jest zastąpienie pojedynczego reaktora do hodowli ciągłej, kaskadą reaktorów przepływowych. Na kolejnych stopniach kaskady stężenie metabolitów zwiększa się, ale jest mniejsze od stężenia końcowego. Kaskady fet mentorów stosowane są do fermentacji etanolowej.

Innym sposobem ograniczenia hamującego wpływu produktów metabolizmu na wzrost mikroorganizmów jest usuwanie produktów ze środowiska hodowli.

Stosowanych jest kilka sposobów usuwania produktów. Dla produktów łatwolotnych można stosować destylację pod obniżonym ciśnieniem. Produkty metabolizmu odparowują z płynu hodowlanego wraz z dwutlenkiem węgla. Tak prowadzony proces bywa nazywany fermentacja próżniową i może być stosowany wyłącznie do hodowli beztlenowych.

ekstrakt

Rys. 7.7. Biorcaktor z ekstrakcją produktów metabolizmu

Do usunięcia produktów stosowana jest również ekstrakcja. Zwykle wprowadzenie ektrahenta do fermentora powoduje dodatkowe efekty dezaktywacji komórek. Bardziej efektywna jest technika ekstrakcji membranowej. Płyn fermentacyjny cyrkuluje pomiędzy fermentorem a dializerem, w którym następuje wyekstrahowanie produktów metabolizmu rozpuszczalnikiem przez przegrodę półprzepuszczalną (rys. 7.7).

7.5. HodowSa w podłożu stałym

Przedstawione rozważania dotyczyły hodowli wgłębnych. Opis hodowli w podłożu stałym musi uwzględniać ograniczenia wynikające z mechanizmu wzrostu drobnoustrojów w podłożu stałym. W hodowli w podłożach ciekłych drobnoustroje występują w postaci zawiesiny pojedynczych komórek lub aglomeratów komórek. W podłożu stałym grzyby strzępkowe oraz promieniowce tworzą złożoną strukturę, zwaną grzybnią (plechą).

Powszechnie do opisu szybkości przyrostu biomasy mikroorganizmów w podłożu stałym stosuje się równanie krzywej logistycznej

™=k_xX dt ^x

(7.32)

gdzie k_x określa maksymalną właściwą szybkość wzrostu, zaś wyrażenie X_m oznacza maksymalną ilość biomasy, która może się namnożyć w danej ilości podłoża stałego.

Podstawowymi zaletami hodowli w podłożach stałych są:

-    prostota aparatury,

-    możliwość uzyskiwania wyższych stężeń produktów,

-    uzyskiwanie wysokich wydajności wytwarzania metabolitów dzięki wzrostowi grzybów w warunkach zbliżonych do naturalnych,

-    wykorzystywanie surowców odpadowych.

Największe trudności w hodowlach w podłożu stałym sprawia utrzymanie jednolitych warunków wzrostu drobnoustrojów. Podczas wzrostu mikroorganizmów wytwarzane jest ciepło. Ciepło to przewodzone jest w stałym podłożu i oddawane do przepływającego powietrza. Nieuchronne jest zatem występowanie w stałym podłożu gradientów temperatury. Z tego powodu grubość warstwy podłoża stałego nie może przekraczać pewnej granicznej wartości. Dla grubszych złóż występuje przegrzewanie podłoża, prowadzące do zmniejszenia wydajności hodowli. Grzyby mikroskopowe tworzą w stałym podłożu zwartą strukturę (plcchę), co zwykle pogarsza warunki wymiany ciepła. Mieszanie podłoża stałego umożliwia zmniejszenie gradientów temperatury, jednocześnie wpływa niekorzystnie na wzrost grzybni. Dodatek do podłoża stałego składników poprawiających jego strukturę, takich jak wysłodki buraczane, słoma, ułatwia chłodzenie złoża przez przepływające powietrze.