Sự khác biệt chính - Hàng loạt so với Văn hóa liên tục
Vi sinh vật như vi khuẩn và nấm rất có lợi cho các loại hình công nghiệp. Để sử dụng trong công nghiệp, vi sinh vật nên được nuôi ở quy mô lớn trong quá trình lên men để chiết xuất các sản phẩm cần thiết từ quá trình trao đổi chất của vi sinh vật. Một thiết bị đặc biệt được gọi là máy lên men công nghiệp được sử dụng để nuôi cấy và duy trì sinh khối vi sinh vật. Nó là một bình lớn được thiết kế để cung cấp không gian và các yêu cầu cần thiết cho sự phát triển và trao đổi chất của vi sinh vật. Có hai loại nuôi cấy lên men công nghiệp thường được áp dụng trong các ngành công nghiệp có tên là nuôi cấy theo lô và nuôi cấy liên tục. Sự khác biệt chính giữa nuôi cấy theo lô và nuôi cấy liên tục là nuôi cấy theo lô là kỹ thuật được sử dụng để nuôi cấy vi sinh vật trong điều kiện nguồn dinh dưỡng hạn chế trong một hệ thống kín trong khi nuôi cấy liên tục là kỹ thuật được sử dụng để nuôi cấy vi sinh vật trong điều kiện cung cấp tối ưu và liên tục các chất dinh dưỡng trong một hệ thống mở trong các ngành công nghiệp.
Văn hóa Hàng loạt là gì?
Nuôi cấy theo lô là một kỹ thuật nuôi cấy vi sinh vật trong một hệ thống khép kín, nơi cung cấp một lượng dinh dưỡng hạn chế ngay từ đầu. Đây là kỹ thuật phổ biến nhất được áp dụng trong các ngành công nghiệp để tạo ra các sản phẩm hữu ích sử dụng vi sinh vật như vi khuẩn và nấm. Vi sinh vật phát triển trong thiết bị lên men sẽ lên men các chất dinh dưỡng. Lên men là một quá trình phân hủy carbohydrate thành rượu và axit bởi vi sinh vật trong điều kiện thiếu khí. Trong kỹ thuật nuôi cấy theo mẻ, các chất dinh dưỡng được cung cấp ngay từ đầu và vi sinh vật cụ thể được cấy vào thiết bị lên men. Thiết bị lên men được đóng lại và nhiệt độ và pH được duy trì cho sự phát triển của vi sinh vật. Vi sinh vật phát triển bên trong và sử dụng các chất dinh dưỡng được cung cấp và các điều kiện khác. Theo thời gian, các chất dinh dưỡng trở nên hạn chế và các điều kiện môi trường thay đổi trong thiết bị lên men. Do đó, sự phát triển của vi sinh vật thể hiện bốn giai đoạn riêng biệt như giai đoạn trễ, giai đoạn log, giai đoạn tĩnh và giai đoạn chết. Vào cuối quá trình lên men, quá trình được dừng lại và các sản phẩm hữu ích được chiết xuất và tinh chế. Máy lên men được rửa sạch và khử trùng trước khi sử dụng cho một mẻ nuôi cấy khác.
Điểm đặc biệt của kỹ thuật nuôi cấy theo lô là, kỹ thuật này được thực hiện với lượng chất dinh dưỡng hạn chế và trong một khoảng thời gian nhất định. Thiết lập máy lên men rất dễ thực hiện và xử lý. Điều kiện môi trường bên trong thiết bị lên men thay đổi theo thời gian. Tuy nhiên, nhiệt độ cần thiết, điều kiện pH, khuấy, áp suất, v.v. được duy trì thích hợp để tạo thành sản phẩm thành công.
Kỹ thuật nuôi cấy theo lô được sử dụng rộng rãi để tinh chế các chất chuyển hóa thứ cấp như kháng sinh, chất màu, v.v. Kỹ thuật này không phù hợp để sản xuất các chất chuyển hóa chính và các sản phẩm có liên quan đến tăng trưởng.
Hình 01: Văn hóa Batch
Văn hóa Liên tục là gì?
Nuôi cấy liên tục là một kỹ thuật khác để phát triển các vi sinh vật hữu ích. Nó nhằm mục đích duy trì một nền văn hóa vi sinh vật phát triển liên tục ở giai đoạn hàm mũ. Điều này có thể đạt được bằng cách cung cấp liên tục các chất dinh dưỡng tươi, loại bỏ các chất thải và sản phẩm tích tụ với tỷ lệ như nhau và giữ các điều kiện khác ở giá trị tối ưu. Nó được thực hiện bên trong một buồng đặc biệt gọi là chemostat như trong hình 02. Môi trường tươi được thêm vào liên tục từ một đầu trong khi các sản phẩm trao đổi chất được chiết xuất liên tục từ đầu kia của chemostat để giữ cho thể tích nuôi cấy ở mức không đổi.
Nuôi cấy liên tục được sử dụng trong các ngành công nghiệp khi cần chiết xuất các chất chuyển hóa sơ cấp hữu ích như axit amin, axit hữu cơ, v.v.từ các vi sinh vật. Các chất chuyển hóa sơ cấp được tạo ra với tốc độ cao nhất khi vi sinh vật ở giai đoạn cấp số nhân của chúng. Do đó, nuôi cấy liên tục luôn nhằm mục đích duy trì sinh khối vi sinh vật ở giai đoạn log. Nó được thực hiện bằng cách giám sát quá trình liên tục và kiểm soát hệ thống.
Hình 02: Văn hóa Liên tục trong Chemostat
Sự khác biệt giữa Văn hóa Hàng loạt và Liên tục là gì?
Hàng loạt so với Văn hóa liên tục |
|
| Kỹ thuật nuôi cấy theo mẻ được sử dụng để nuôi cấy các vi sinh vật có lợi với lượng dinh dưỡng hạn chế trong một thiết bị lên men kín trong một khoảng thời gian nhất định. Sự phát triển của vi sinh vật bên trong môi trường nuôi cấy theo mẻ cho thấy một đường cong phát triển vi sinh vật điển hình trong đó có thể xác định được bốn pha riêng biệt. | Kỹ thuật nuôi cấy liên tục được sử dụng để phát triển các vi sinh vật có lợi dưới mức tối ưu của chất dinh dưỡng trong một hệ thống mở, trong đó các chất dinh dưỡng được bổ sung liên tục và chất thải và sản phẩm được loại bỏ với tốc độ như nhau để giữ cho sự phát triển ở giai đoạn theo cấp số nhân. |
| Chất dinh dưỡng | |
| Chất dinh dưỡng được cung cấp một lần trước khi bắt đầu quá trình lên men. | Chất dinh dưỡng được bổ sung nhiều lần (khi bắt đầu và giữa quá trình). |
| Loại Hệ thống | |
| Văn hóa theo lô là một hệ thống khép kín | Văn hóa liên tục là một hệ thống mở. |
| Chấm dứt Quy trình | |
| Quá trình nuôi cấy lô sẽ dừng lại sau khi sản phẩm được hình thành. | Quá trình không bị dừng lại mặc dù sản phẩm được hình thành. Việc loại bỏ sản phẩm liên tục được thực hiện mà không cần dừng quá trình trong quá trình nuôi cấy liên tục. |
| Điều kiện môi trường | |
| Điều kiện môi trường bên trong nuôi cấy lô không cố định. | Các điều kiện môi trường bên trong môi trường nuôi cấy liên tục được duy trì ở mức không đổi. |
| Sự phát triển của vi sinh vật | |
| Sự phát triển của vi sinh vật bên trong môi trường nuôi cấy theo mẻ theo giai đoạn trễ, log và tĩnh. | Sự phát triển của vi sinh vật được duy trì ở mức tối ưu, là giai đoạn tăng trưởng theo cấp số nhân. |
| Tỷ lệ Doanh thu | |
| Tỷ lệ doanh thu thấp vì các chất dinh dưỡng và các điều kiện khác bị hạn chế bên trong. | Tỷ lệ doanh thu cao vì mức tối ưu của các chất dinh dưỡng và các điều kiện khác được duy trì. |
| Đã sử dụng Máy lên men | |
| Máy lên men kích thước lớn được sử dụng để nuôi cấy hàng loạt | Máy lên men kích thước nhỏ được sử dụng để nuôi cấy liên tục. |
| Sử dụng | |
| Lên men nuôi cấy theo mẻ thường được sử dụng trong các ngành công nghiệp | Lên men nuôi cấy liên tục ít được sử dụng trong các ngành công nghiệp. |
| Thiết lập Văn hóa | |
| Thiết lập nuôi cấy theo lô rất dễ thực hiện và chạy. | Thiết lập văn hóa liên tục không dễ thực hiện và vận hành. |
| Nhiễm | |
| Sự ô nhiễm là tối thiểu trong nuôi cấy hàng loạt | Cơ hội ô nhiễm cao trong quá trình nuôi cấy liên tục. |
| Phương pháp Kiểm soát | |
| Phương pháp kiểm soát dễ dàng và nhanh chóng. | Phương pháp kiểm soát phức tạp và tốn thời gian. |
| Phù hợp | |
| Nuôi cấy theo lô phù hợp hơn để sản xuất các chất chuyển hóa thứ cấp như kháng sinh. | Nuôi cấy liên tục phù hợp hơn để sản xuất các chất chuyển hóa chính như axit amin và axit hữu cơ. |
Tóm tắt - Hàng loạt vs Văn hóa liên tục
Nuôi cấy theo lô và nuôi cấy liên tục là hai loại kỹ thuật được sử dụng để nuôi cấy vi sinh vật trên quy mô lớn cho các mục đích công nghiệp và khác. Trong nuôi cấy theo mẻ, vi sinh vật được cung cấp chất dinh dưỡng ngay từ đầu và phát triển. Khi vi sinh sử dụng các chất dinh dưỡng có sẵn, các chất dinh dưỡng sẽ bị hạn chế sau một khoảng thời gian nhất định. Các vi sinh vật phát triển qua các pha lag, log, tĩnh và chết. Quá trình lên men được thực hiện theo từng đợt trong kỹ thuật nuôi cấy theo mẻ. Sau mỗi mẻ và mỗi mẻ, máy lên men được làm sạch và sử dụng mới cho mẻ tiếp theo. Trong môi trường nuôi cấy liên tục, vi sinh vật được cung cấp đầy đủ các chất dinh dưỡng tươi liên tục để luôn duy trì vi sinh vật ở pha log để chiết xuất các chất chuyển hóa sơ cấp của vi sinh vật. Thể tích của môi trường nuôi cấy liên tục được duy trì ở một giá trị không đổi bằng cách bổ sung các chất dinh dưỡng tươi và loại bỏ các sản phẩm với tỷ lệ như nhau mà không dừng quá trình. Việc nuôi cấy theo mẻ là cần thiết so với một thiết bị lên men kín lớn trong khi nuôi cấy liên tục là cần thiết một thiết bị lên men mở nhỏ. Đây là sự khác biệt giữa nuôi cấy hàng loạt và liên tục.
