Nøkkelforskjell – Batch vs Continuous Culture
Mikroorganismer som bakterier og sopp er svært gunstige for ulike typer industrier. For industriell bruk bør mikroorganismer dyrkes i stor skala under fermenteringsprosessen for å trekke ut de nødvendige produktene som er et resultat av den mikrobielle metabolismen. Et spesielt apparat k alt industriell fermentor brukes til å dyrke og vedlikeholde mikrobiell biomasse. Det er et stort kar designet for å gi plass og nødvendige krav til mikrobiell vekst og metabolisme. Det er to typer industrielle gjæringskulturer som vanligvis brukes i bransjer k alt batchkultur og kontinuerlig kultur. Nøkkelforskjellen mellom batchkultur og kontinuerlig kultur er at batchkultur er en teknikk som brukes til å dyrke mikroorganismer under begrenset næringstilgjengelighet i et lukket system, mens kontinuerlig kultur er en teknikk som brukes til å dyrke mikroorganismer under optimal og kontinuerlig tilførsel av næringsstoffer i et åpent system i bransjer.
Hva er en batchkultur?
Batchkultur er en teknikk som dyrker mikroorganismer i et lukket system hvor en begrenset mengde næringsstoffer tilføres i begynnelsen. Dette er den vanligste teknikken som brukes i industrien for å lage nyttige produkter ved bruk av mikroorganismer som bakterier og sopp. Mikrobe som vokser i fermenteringsbeholderen fermenterer næringsstoffene. Fermentering er en nedbrytningsprosess av karbohydrater til alkoholer og syrer av mikroorganismer under anoksiske forhold. I batchkulturteknikk tilføres næringsstoffer i begynnelsen og den spesielle mikroorganismen inokuleres i fermenteringsbeholderen. Fermenteringsbeholderen lukkes og temperaturen og pH opprettholdes for vekst av mikroorganismer. Mikroorganismer vokser inne og utnytter de tilførte næringsstoffene og andre forhold. Med tiden blir næringsstoffene begrenset og miljøforholdene endres i fermenteringsbeholderen. Derfor viser mikrobiell vekst distinkte fire stadier som lagfase, logfase, stasjonær fase og dødsfase. På slutten av gjæringen stoppes prosessen og nyttige produkter ekstraheres og renses. Fermenteringsbeholderen vaskes og steriliseres før den brukes til en annen batchkultur.
Spesialiteten til batchkulturteknikken er at denne kjøres under begrensede mengder næringsstoffer og i en viss tidsperiode. Fermenteringsoppsettet er enkelt å lage og håndtere. Miljøforholdene inne i fermenteringsbeholderen varierer med tiden. Imidlertid opprettholdes nødvendig temperatur, pH-forhold, omrøring, trykk osv. for å oppnå vellykket produktdannelse.
Batchkulturteknikk er mye brukt for rensing av sekundære metabolitter som antibiotika, pigmenter osv. Denne teknikken er ikke egnet for produksjon av primære metabolitter og produkter som er assosiert med vekst.
Figur 01: Batch Culture
Hva er en kontinuerlig kultur?
Kontinuerlig kultur er en annen teknikk som dyrker nyttige mikroorganismer. Den tar sikte på å opprettholde en kontinuerlig voksende mikrobiell kultur i eksponentiell fase. Det kan oppnås ved å tilføre ferske næringsstoffer kontinuerlig, fjerne akkumulert avfall og produkter i samme hastighet og holde andre forhold på de optimale verdiene. Det gjøres inne i et spesielt kammer k alt kjemostat som vist i figur 02. Ferskt medium tilsettes kontinuerlig fra den ene enden mens metabolske produkter kontinuerlig ekstraheres fra den andre enden av kjemostaten for å holde kulturvolumet på et konstant nivå.
Kontinuerlig kultur brukes i industrier når det er nødvendig å trekke ut nyttige primære metabolitter som aminosyrer, organiske syrer, etc.fra mikroorganismene. Primære metabolitter produseres med høyest hastighet når mikroorganismene er i eksponentiell fase. Derfor har kontinuerlig kultur alltid som mål å opprettholde den mikrobielle biomassen i loggfasen. Det gjøres ved å overvåke prosessen kontinuerlig og kontrollere systemet.
Figur 02: Kontinuerlig kultur i kjemostat
Hva er forskjellen mellom batch- og kontinuerlig kultur?
Batch vs Continuous Culture |
|
| Batchkulturteknikk brukes til å dyrke gunstige mikroorganismer under begrensede mengder næringsstoffer i en lukket fermentor i en viss tidsperiode. Mikrobiell vekst inne i batchkulturen viser en typisk mikrobiell vekstkurve der fire distinkte faser kan identifiseres. | Kontinuerlig kulturteknikk brukes til å dyrke gunstige mikroorganismer under optim alt nivå av næringsstoffer i et åpent system der næringsstoffer tilsettes kontinuerlig og avfall og produkter fjernes i samme hastighet for å holde veksten i en eksponentiell fase. |
| Nutrients | |
| Næringsstoffer tilføres én gang før gjæringsprosessen starter. | Næringsstoffer tilsettes mange ganger (ved oppstart og mellom prosessen). |
| Systemtype | |
| Batchkultur er et lukket system | Kontinuerlig kultur er et åpent system. |
| Avslutning av prosess | |
| Prosessen med batchkulturen stoppes etter at produktet er dannet. | Prosessen stoppes ikke selv om produktet er dannet. Kontinuerlig fjerning av produktet gjøres uten å stoppe prosessen i kontinuerlig kultur. |
| Miljøbetingelser | |
| Miljøforholdene inne i batchkulturen er ikke konstante. | Miljøforholdene i den kontinuerlige kulturen opprettholdes på konstant nivå. |
| Mikrobiell vekst | |
| Mikrobiell vekst inne i batchkulturen følger lag-, logg- og stasjonære faser. | Mikrobiell vekst opprettholdes på optim alt nivå, som er et eksponentielt vekststadium. |
| Omsetningshastighet | |
| Omsetningshastigheten er lav siden næringsstoffene og andre forhold er begrenset inne. | Omsetningshastigheten er høy siden de optimale nivåene av næringsstoffer og andre forhold opprettholdes. |
| Fermenter brukt | |
| En stor gjæringstank brukes til batchkulturer | En liten gjæringskar brukes til kontinuerlig dyrking. |
| Bruk | |
| Batchkulturgjæring brukes ofte i bransjer | Kontinuerlig kulturgjæring brukes mindre i industrier. |
| Kulturoppsett | |
| Batchkulturoppsett er enkelt å lage og kjøre. | Kontinuerlig kulturoppsett er ikke lett å lage og kjøre. |
| Contamination | |
| Forurensninger er minimum i batchkulturer | Forurensningssjansen er stor i kontinuerlig kultur. |
| Kontrollmetoder | |
| Kontrollmetodene er enkle og raske. | Kontrollmetoder er kompliserte og tidkrevende. |
| egnethet | |
| Batchkultur er mer egnet for produksjon av sekundære metabolitter som antibiotika. | Kontinuerlig kultur er mer egnet for produksjon av primære metabolitter som aminosyrer og organiske syrer. |
Sammendrag – Batch vs Continuous Culture
Batchkultur og kontinuerlig kultur er to typer teknikker som brukes for å dyrke mikroorganismer i stor skala til industrielle og andre formål. I batchkultur tilføres mikroorganismer næringsstoffer i begynnelsen og dyrkes. Når mikrober utnytter de tilgjengelige næringsstoffene, blir næringsstoffene begrenset etter en viss tidsperiode. Mikroorganismer vokser via lag, logg, stasjonære og dødsfaser. Fermenteringsprosessen utføres batchvis i batchkulturteknikk. Etter hver batch renses fermenteringsbeholderen og brukes fersk til neste batch. I kontinuerlig kultur forsynes mikroorganismer med tilstrekkelige nivåer av ferske næringsstoffer kontinuerlig for å alltid opprettholde mikrobene i logfase for å trekke ut primære metabolitter av mikroorganismene. Volumet av den kontinuerlige kulturen holdes på en konstant verdi ved å tilsette ferske næringsstoffer og fjerne produkter i samme hastighet uten å stoppe prosessen. Batchkultur er nødvendig relativt en stor lukket gjæringsbeholder mens kontinuerlig kultur er nødvendig en liten åpen gjæringsbeholder. Dette er forskjellen mellom batch og kontinuerlig kultur.
