Ферментация условия роста культур

Ферментацию можно проводить по-разному. При периодической ферментации посевной материал вводят в свежую культуральную среду и проводят культивирование, не добавляя субстрат до тех пор, пока количество нужного продукта не достигнет максимума. В этих условиях рост культуры проходит шесть этапов латентную фазу, фазу ускорения, логарифмическую (log) фазу, фазу замедления, стационарную фазу и фазу отмирания. Больше всего белков синтезируется во время логарифмической фазы, а многие низкомолекулярные продукты — во время стационарной. При таком способе ферментации необходимо тщательно следить за тем, чтобы клетки были собраны в нужное время. При периодической ферментации с добавлением субстрата в биореактор добавляют свежую культуральную среду через разные интервалы времени, как правило для того, чтобы продлить логарифмическую фазу. Непрерывная ферментация предполагает добавление свежей среды в течение всего процесса и одновременное удаление клеток и отработанной среды. [c.367]

Технология дрожжевой ферментации сахаров достаточно проста. Наибольшее распространение получили периодические процессы. Микробная культура и субстрат, содержащий сахара, загружаются в реактор, и процесс образования спирта продолжается от 4 до 10 сут. Содержимое реактора постоянно перемешивается механическим способом или за счет естественного барботажа выделяющегося диоксида углерода. По мере роста микробной культуры в аппарат периодически добавляют субстрат с постепенно уменьшающимися интервалами подачи. Скорость роста микроорганизмов и выход этанола зависят от температуры, которая обычно не должна превышать 30—38 " С. По мере повышения концентрации этанола оптимальная температура роста клеток микробной культуры снижается и требуется охлаждение реактора. Важным условием роста клеток является pH среды для дрожжевых культур — не более 4,5. Высокая концентрация спирта в реакторе вызывает снижение скорости роста дрожжевой культуры и ее способности превращать сахара в этанол, поэтому содержание спирта в ферментационной среде не должно превышать 11 —14% [133]. [c.123]

Указанные недостатки устраняются при непрерывном культивировании, методы которого разработали С. В. Лебедев, А. А. Андреев, Н. Д. Иерусалимский и другие ученые. Из непрерывных процессов лучше всего разработан метод глубинной ферментации. В этом случае в ферментатор с культурой продуцента непрерывным потоком подается стерильная среда, а из него непрерывно вытекает готовая культуральная жидкость. Процесс может быть гомо- и гетерогенно непрерывным. При гомогенно непрерывном процессе в аппарате, где идет интенсивное перемешивание, все параметры (концентрация питательных веществ, клеточный титр и др.) постоянны во времени. При гетерогенно непрерывном процессе несколько ферментаторов соединены вместе и образуют каскад. Питательная среда поступает в первый ферментатор и готовая культуральная жидкость вытекает из последнего ферментатора. Культивирование микроорганизмов в протоке через систему трубок также идет по принципу гетерогенно непрерывного процесса ферментации. В этом случае имеет место непрерывный поток питательной среды, но клетки не обеспечены постоянными условиями роста (сколько аппаратов, столько и условий культивирования). [c.69]

В процессе ферментации для микробиологического и биохимического контроля развития культуры отбирают пробы (с соблюдением условий стерильности) вначале через 24 ч после засева, а затем через каждые 12 ч роста. Готовая культура должна иметь активность не менее по.а-амилазе 4—5 ед./мл и по глюкоамилазе — [c.166]

Скорость роста дрожжей зависит от свойств культуры и состава среды, а также от режима ферментации. Теоретически считают, что для полного развития клеточного цикла дрожжей необходимо 1—2 ч, но в производственных условиях развитие цикла идет 3—5 ч. [c.115]

Отбор на чашках с агаром основан на том, что часть организмов отвечает на воздействие по принципу все или ничего . Колонии мутантов растут, а диких клеток — нет. Однако при-получении промышленных штаммов, особенно предназначенных для использования в длительных процессах ферментации, нередко стремятся получить для конкретных условий относительно небольшие различия в скорости роста. В этом случае отбор происходит при непрерывном культивировании. В хемостатах при длительном выращивании культура все время находится в экспоненциальной фазе роста, и это позволяет выделять даже те мутанты, у которых сродство к субстрату, удельная скорость роста или устойчивость к токсическому действию высоких концентраций субстрата или продукта лишь немного превышает исходный уровень. [c.299]

Искусство изготовления силоса как способ сохранения сочных кормов было известно тысячи лет, хотя сложные биохимические и микробиологические изменения, которые происходят при процессах силосования, становятся понятны только сейчас. Британские фермеры убирают травы, пока они еще находятся в относительно ранней стадии роста, с высоким содержанием ферментируемых сахаров (водорастворимых углеводов—ВРУ) и низким содержанием волокон. Собирают ли культуру немедленно либо оставляют на поле вянуть несколько часов, зависит от погодных условий во время покоса, но в идеале фермер хочет закладывать на силос культуру с содержанием сухого вещества 25—30 %. Во многих странах с умеренным климатом, таких как Великобритания, дожди поздней весной и ранним летом не всегда позволяют подсушить траву, и поэтому при силосовании трав, содержащих менее 25 % СВ, всегда используются силосные добавки, чтобы достичь хорошей ферментации и уменьшить потери силоса. При хранении силоса в буртах, силосных ямах или больших тюках при достаточном уплотнении и плотно закрытым для поддержания анаэробных условий естественный процесс силосования проходит различные стадии. Вначале захваченный атмосферный кислород в сырье используется растительными ферментами в еще дышащих растениях, но кислород вскоре кончается, и далее брожение происходит в анаэробных условиях [574]. В это время молочнокислые бактерии, присутствующие вначале в небольшом количестве [575], начинают быстро размножаться до концентрации 10 —10 ° клеток/г, исполь- [c.286]

Режим аэрации нарушается в результате отключения мешалки или снижения подачи воздуха в ферментер. Уменьшение степени аэрации отрицательно влияет на продуцент при выращивании посевного материала или проведении процесса ферментации. При этом снижается интенсивность дыхания продуцента, накапливаются продукты обмена (органические кислоты), которые тормозят рост и развитие культуры, изменяется pH и т. д. В таких неблагоприятных условиях ферментации продуцент образует меньше антибиотика, а в посевных аппаратах вырастает низкопродуктивный посевной материал. [c.25]

Теряется время между периодами наращивания культуры, которое могло бы использоваться для продукции В процессе ферментации меняются условия в ферментере. Истощаются питательные вещества и накапливается продукт. Увеличивается выход тепла, продукция кислоты или щелочи, поглощение кислорода. Таким образом, постепенно условия становятся неблагоприятными, и скорость роста постепенно снижается. См. график на рис. 12.8 [c.68]

Современный подход к управлению микробиологическими процессами основан иа учете состояния культуры как решающего фактора всего процесса ферментации. Действительно, в силу целого ряда причин повторные реализации одного и того же процесса биосинтеза даже при условии полной стандартизации посевной дозы могут значительно отличаться по конкретному состоянию клеток продуцента во времени. В реальных условиях довольно сильно меняется продолжительность лаг-фазы, скорость достижения клетками экспоненциальной фазы роста и даже их активность в этой фазе и в последующих фазах биосинтеза. Это требует не только слежения за брутто-характеристиками биотехнологического процесса, но и постоянного и эффективного контроля за поведением той реальной популяции клеток, которая складывается в данной конкретной ферментации в каждом отдельном аппарате. [c.23]

Для образования большого количества полимера требуется легкодоступный и дешевый источник углерода. Ферментация позволяет культивировать организм-продуцент в строго определенных условиях среды, контролируя, таким образом, процесс биосинтеза и влияя на тип продукта и его свойства. Специфи- чески изменяя условия роста, можно менять молекулярную массу и структуру образующегося полимера, В ряде случаев максимальная скорость синтеза полисахарида достигается в логарифмической стадии роста, в других — в поздней логарифмической или в начале стационарной. Обычно углеводными субстратами служат глюкоза и сахароза, хотя полисахариды могут образовываться и при росте микроорганизмов на н-алка-,яах( С12-61), керосине, метаноле, метане, этаноле, глицероле и этиленгликоле. Недостатком проведения процесса в ферментерах является то, что среда часто становится очень вязкой, поэтому культура быстро начинает испытывать недостаток кислорода мы все еще не умеем рассчитывать соотношение между скоростью перемешивания неньютоновских жидкостей и подачей кислорода. Необходимо также контролировать быстрые изменения pH среды. И все же упомянутый метод позволяет быстро синтезировать полимер для того, чтобы определить его физические свойства, а также дает возможность оптимизировать состав среды, главным образом в отношении эффективно- сти различных углеводных субстратов. Часто в качестве лимитирующего фактора применяют азот (соотношение углерод азот — 10 1), хотя можно использовать и другие (серу, магний, калий и фосфор). Природа лимитирующего фактора способна определять свойства полисахарида, например его вяз- костные характеристики и степень ацилирования. Так, многие оолисахариды, синтезируемые грибами, фосфорилированы. При недостатке фосфора степень фосфорилирования может уменьшаться или становиться равной нулю в этих условиях может даже измениться соотношение моносахаридов в конечном по- [c.219]

Вопросы термостатирования ферментационного процесса, т. е. подвода или отвода тепла в ходе ферментации, являются очень острыми в целом ряде производств биотехнологии. В аэробных условиях, особенно при производстве белка одноклеточных, микробиологический синтез протекает со значительным тепловыделением, поэтому перед технологами возникает проблема отведения значительных количеств тепла из аппаратов большого объема (сотни и даже тысячи кубометров). Технологические требования к скорости теплоотвода очень жесткие из-за узкого температурного оптимума роста культуры, который укладывается обычно в интервал 2—3°. К сожалению, наиболее приемлемый на практике способ теплоотвода — охлаждение оборотной водой через змеевики, рубашки и другие устройства — осложняется в микробиологической промышленности очень малой разностью температур между содержимым биореактора (32—34°С для дрожжей andida) и охлаждающей водой, которая поступает в теплообменные устройства с градирни с температурой более 20°С, а в жаркое время года — и еще выше. Это заставляет создавать в биореакторе развитую поверхность теплообмена, постоянно бороться со шламообразованием и обрастанием поверхности теплообменных устройств, а также увеличивать скорости движения жидкостей у обеих поверхностей теплообменника за счет большого объема прокачиваемой внутри труб или рубашек охлаждающей воды и интенсивной циркуляции жидкости, находящейся в биореакторе. [c.21]

Нами было установлено, что эффективность экспрессии в дрожжах и соответственно выход желаемого продукта можно увеличить многократно за счет ряда факторов 1) повышения стабильности вектора при включении в его состав гетерологичного энхансера репликации 2) минимизации размера вектора для повышения числа его копий 3) модификации кассеты экспрессии (индуцибельный промотор, специфичный терминатор, два АТГ кодона начала транскрипции), 4) создания штамма реципиента с ускоренным ростом культуры путем гибридизации неродственных гаплоидных штаммов (Арман и др., 1985 Чеперегин и др., 1990). Использование этих факторов оптимизации позволило создать первые отечественные штаммы дрожжей -высокоэффективные продуценты белка гена поверхностного антигена вируса гепатита В (HbsAg) для получения вакцины (Грановский и др., 1986 Чеперегин и др., 1990). В совместной работе с Институтом вирусологии им. Д.И. Ивановского разработаны условия ферментации штаммов - продуцентов и технология очистки белка, что подтверждено пятью авторскими свидетельствами и патентом (Арман и др., 1989). Вакцина прошла контроль в ГИСК им. Тарасевича, клинические испытания и была передана в производство. [c.71]

Подготовленное сырье освобождают в декантаторе от взвешенных частиц и непрерывно подают в нижнюю часть ферментера (метантенка) емкостью 4200 м . Одновременно в ферментер поступает посевной материал культуры микроорганизмов, предварительно выращенный в специальных аппаратах. Для выращивания продуцента требуются облигатно анаэробные условия, ибо даже следы кислорода подавляют рост бактерий. При создании анаэробных условий в среду подают диоксид углерода или газы, вьщеляющиеся в процессе ферментации. Ежедневно из метантенка отбирают 25 — 30 % объема среды. Продукт ферментации стабилизируют, подкисляя соляной или фосфорной кислотой до pH 6,3 —6,5 и добавляя 0,2—0,25 % сульфита натрия, что предотвращает разрушение витамина при тепловой обработке, особенно существенное в щелочной среде. В дальнейшем отобранная часть культуральной жидкости дегазируется, упаривается в вакууме кон- [c.56]

Если для проведения процесса ферментации культуру пересевают в жидкую среду, то инокулят может состоять из вегетативных (растущих) клеток или спор (остаточные клетки, в какой-то степени аналогичные посевному материалу). Вегетативные клетки обычно, как уже описывалось выше, соскребают с помощью петли со среды в культуральной пробирке в стерильную жидкую среду, помещенную в соответствующим образом закрытую культуральную колбу. По другому способу в культуральную пробирку наливают стерилизованную воду, полученную взвесь перемешивают стерильной петлей, а затем стерильной пипеткой или простой декантацией получившуюся жидкость пересевают в приемиик или ферментер. При этом, естественно, все операции должны быть проведены с соблюдением полной асептики, включая и обработку пламенем горлышек всех сосудов. Пересев в виде взвеси в жидкости обычно используют в случае микроорганизмов, легко дающих обильное спорообразование, поскольку споры могут быть легко пересеяны и без применения петли, причем их можно достаточно быстро с помощью пипетки иноку-лировать сразу в нескольких колбах. В большинстве случаев ферментация протекает лучше (и с минимальным риском загрязнения) при обильной инокуляции, т. е. при условии внесения в новую колбу или ферментер сразу большого числа необходимых для роста клеток. Для осуществления такого рода обильной инокуляции необходимо накопить достаточно большое количество организма это требует неоднократной инокуляции, поэтому обычно необходимо иметь хорошо растущие клетки свежей культуры в количестве до 5—10% от ферментационного объема. [c.217]

Эти уравнения должны быть рассмотрены во всех аэробных микробиологических процессах, если парциальные давления растворенного кислорода рОг или растворенного углекислого газа рС02 в процессе ферментации в изучаемых условиях аэрации и перемещивания изменяются в пределах, влияющих на скорость роста и развитие культуры микроорганизмов. [c.13]

Эта же кинетика роста была свойственна пивным дрожжам, культивируемым в темноте и в пермаллоевых камерах, но на чашках, завернутых в черную бумагу, интенсивность накопления биомассы макроколоний была меньше, а в экранах больше, чем у макроколоний дрожжей, выращиваемых в естественных условиях фотопериодизма. Скорость ферментации глюкозы пивными дрожжами изменялась параллельно интенсивности роста. Самой высокой ферментативной активностью обладали макроколонии дрожжей, засеянные после полудня и культивируемые в режиме свет - темнота. Наиболее четкие различия в интенсивности расцветки макроколо ний дрожжей и зон ферментации глюкозы вокруг них выяв лялись на 3-и сут выращивания культуры при комнатной тем пературе. На 6-7-е сут роста о биохимической активности мак роколоний пивных дрожжей судили по их обесцвечиванию Закончившие расщеплять глюкозу дрожжи становились блед но-лиловыми и явственно выделялись среди расцвеченных в различные оттенки синего цвета макроколоний, запоздавших с разложением углевода и продолжающих его ферментировать. [c.67]

Столь же очевидный суточный ритм развития на пластинках сред Гисса наблюдался у сенной палочки (см. рис. 7, е). Независимо от условий выращивания пик максимальной интенсивности ее роста и ферментации глюкозы выявлялся при засеве бульонной культуры в 10 и 12 ч. На засеянных в более поздние часы дня и вечером чашках макроколонии сенной палочки развивались медленно и были в 2—3 раза мельче, чем утром. Ночные и утренние отсевы, начиная с 24 и до 8 ч, во всех условиях культивирования дали сравнительно одинаковые, но в 1,5 раза более пышные, чем в другие часы, макроколонии с выраженными зонами ферментации глюкозы. [c.70]

При создании промышленного штамма микроорганизма во многих случаях необходимо добиться не максимальной экспрессии гена, а ее оптимизации. Очень высокий синтез некоторых белков часто летален для клетки. Для промышленного производства важно получить максимальный выход продукта с единицы объема ферментера в единицу времени, а не максимилып п1 синтез белка в пересчете на клетку. Так, высокий синтез некоторых белков может резко снизить скорость роста и жизнеспособность клеток и в конечном счете привести к снижению выхода продукта в промышленной ферментации. Получение белков, токсичных для микроорганизмов, часто выгодно проводить с регулируемым промотором в две стадии. В первой стадии при молчащем промоторе осуществляется рост биомассы, а затем путем изменения условий культивирования включается промотор. В этих условиях все клетки в аппарате одновременно начинают синтезировать продукт и их дальнейшая судьба пас не волнует. Типичными примерами регулируемых промоторов могут бьггь промоторы фага А, (Р[. и Рк) при наличии 15-мутации в гене-репрессоре. В этом случае включение осуществляется новьппением температуры в ферментере. Другой пример —промотор кислой фосфатазы у дрожжей, который можно включить перенесением культуры на среду, дефицитную по неорганическому фосфату. [c.102]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология