+7 (3822) 609-826
ЗАПИСАТЬСЯ
Культивирование биомассы в биореакторах
Что это за процесс и как он протекает?
О культивировании в реакторах
Культивирование - древнейший процесс получения культуры микробных клеток, давший человечеству возможность изобретать инновационные лекарства и дополнять список полезных продуктов питания.
Биореакторы используются в биотехнологической промышленности для производства различных продуктов, таких как лекарственные препараты, вакцины, пищевые добавки и другие.
В каждом типе биореактора создаются оптимальные условия для жизнедеятельности культивируемых клеток и микроорганизмов, обеспечивая им дыхание, питание и отвод метаболитов путём равномерного перемешивания газовой и жидкой составляющих содержимого биореактора
Что такое биореактор?
Биореактор — прибор, осуществляющий перемешивание культуральной среды в процессе микробиологического синтеза.
Он предназначен для перемешивания культуральной среды и создания оптимальных условий для жизнедеятельности культивируемых клеток и микроорганизмов. Биореакторы бывают механические, аэрлифтные, газо-вихревые и аэробные, анаэробные и комбинированные аэробно-анаэробные. Они применяются для производства лекарственных и ветеринарных препаратов, вакцин, пищевых добавок, глюкозных сиропов, а также для биоконверсии крахмала и производства полисахаридов и нефтедеструкторов.
Какие бывают методы культивирования ?
Каждый вид реактора уникален и способен культивировать совершенно разные микроорганизмы
Поверхностный метод
Данный метод практикуют выращивание биомассы на поверхности питательной среды. Такой метод чем-то похож на лабораторное выращивание культур в чашках Петри. Маточную культуру наносят на поверхность питательной среды и выдерживают определенное количество времени при оптимальной температуре
Глубинный (жидкофазный) метод
Микроорганизмы распределяют по всему слою жидкой питательной среды и с помощью аэраторов (приспособления внутри реактора, пускающие кислород) активно перемешивают питательную среду, чтобы бактерии потребляли кислород
Периодическое культивирование
Питательная среда и все компоненты загружаются сразу и до окончания культивирования в ферментер ничего не добавляется. Когда процесс культивирования заканчивается, емкость для выращивания освобождают, и цикл возобновляется, начиная от засева питательной среды исходной культурой продуцента

Полупериодическое культивирование
Процесс аналогичен периодическому культивированию, но полная загрузка и разгрузка ферментера осуществляются однократно, однако в процессе роста культуры часть культуральной жидкости сливается, а освободившийся объем заливается свежей питательной средой. Таким образом функционирует сливно-доливная система. Различные варианты полунепрерывных систем используются в производстве дрожжей, водорослей, антибиотиков и лимонной кислоты.

Непрерывное культивирование
Микроорганизмы постоянно получают приток свежей стерильной питательной среды, а из аппарата непрерывно отбирается биомасса вместе с образуемыми метаболитами (такой способ культивирования можно назвать «открытой» системой). При непрерывном культивировании микроорганизмы не должны испытывать недостатка в питательном субстрате, так как скорость его притока сбалансирована со скоростью выхода биомассы.Кроме того, культура не отравляется продуктами обмена веществ - в этом большое преимущество непрерывного способа культивирования по сравнению с периодическим, преимущество «открытой» системы по сравнению с «закрытой».
Особенно важное мероприятие!
Перед началом культивирования необходимо подготовить маточную культуру и очистить необходимое количество воды.
Маточная культура - это суспензия клеток, которая является исходной для наращивания клеточной культуры и используется для первоначального посева на питательную среду

Приготовление маточной культуры
Маточная культура - это суспензия клеток, которая является исходной для наращивания клеточной культуры и используется для первоначального посева на питательную среду.
  1. Исходную маточную культуру (5-10 мл) выращивают поверхностным способом в монослое
  2. Отбирают гладкие колонии и инкубируют их во встряхиваемой колбе (200-1000 мл) глубинным методом
  3. Полученную культуру клеток переносят для культивирования в ферментер для посевного материала - инокулятор (10-100 л)
  4. Полученную производственную культуру выращивают методом глубинного культивирования в реакторах - промышленных ферментерах (1000-100000 л)
  5. По завершении ферментации выделяемый продукт находится в клетках или – в культуральной среде, но не в обеих фракциях одновременно, поэтому дальнейшие манипуляции проводят с одной из этих фракций
Факторы, влияющие на культивирование
Факторы, влияющие на культивирование в биореакторах:
  1. Состав и концентрация питательных веществ: питательные вещества должны соответствовать потребностям штамма-продуцента, чтобы обеспечить максимальный рост культуры и увеличение выхода целевого продукта;
  2. Концентрация продуктов и ингибиторов: некоторые продукты и ингибиторы могут замедлять биохимические реакции, поэтому их концентрация должна контролироваться;
  3. Значение pH: кислотно-основной гомеостаз играет важную роль в биохимических реакциях, и поддержание оптимального значения pH необходимо для оптимального протекания процесса культивирования;
  4. Температура: температура процесса должна поддерживаться в определённом диапазоне, чтобы обеспечить оптимальные условия для роста микроорганизмов;
  5. Осмотическое давление: этот параметр определяет границы жизни микроорганизмов и должен поддерживаться на постоянном уровне;
  6. Содержание растворённого кислорода: для аэробов кислород обеспечивает аэробный метаболизм, а для анаэробов важно поддерживать бескислородную среду;
  7. Содержание диоксида углерода: углекислый газ может быть источником углерода для автотрофов или ингибировать метаболизм некоторых гетеротрофов, поэтому его концентрация должна контролироваться
Заключение
Несмотря на то, что современная промышленность растет и развивается, технологии не стоят на месте, биореакторы остаются актуальными и по сей день.
Благодаря биореакторам проводятся исследования в области микробиологии, а в промышленности производят все больше новых и полезных товаров