Ферментация (культивирование)

Культивирование – самый важный и продолжительный этап биотехнологического производства. Ферментация представляет собой совокупность последовательных операций от внесения в заранее приготовленную и термостатированную питательную среду посевного материала до завершения процессов роста и биосинтеза вследствие исчерпывания питательных веществ среды. Существует два основных типа ферментаций: получение биомассы микроорганизмов и получение ценных веществ (метаболитов), возникающих в ходе роста или на последующих стадиях развития культуры.

Для культивирования микроорганизмов в промышленных масштабах применяют ферментеры (или ферментаторы) – реакционные емкости, в которых при определенных условиях находятся микроорганизмы. Основное назначение ферментатора – своевременно обеспечить микробные клетки необходимыми питательными веществами и кислородом (при необходимости) и отвести продукты обмена веществ, создать однородный состав среды при условии слабого потока культуральной жидкости (при непрерывном культивировании).

В независимости от способа культивирования перед заполнением ферментаторов средой их моют, проверяют на герметичность, стерилизуют горячим паром как сам ферментатор, так и систему трубопроводов. Для обеспечения стерильности ферментатора часто применяют предварительную обработку его химическими дезинфицирующими веществами (этот процесс проводят непосредственно перед обработкой горячим паром). После этого его заполняют стерильной охлажденной питательной средой. Количество среды в ферментаторе не должно превышать 70 % его общего объема. Затем по линии посевного материала с помощью стерильного воздуха в ферментатор вводят посевной материал. Уже перед его подачей температура и рН питательной среды должны быть доведены до оптимальных значений для данной культуры. Соответственно регулируют интенсивность аэрации и перемешивания среды. В пространстве над жидкостью обычно скапливается пена. Если ее слой сильно увеличивается, то в аппарат вводятся химические пеногасители. Во время ферментации автоматически регулируется температура и рН среды, в случае необходимости добавляют растворы кислоты или щелочи. По специальному графику берут образцы жидкости из ферментатора для биохимического и микробиологического контроля.

Ферментацию прекращают, когда в среде накапливается максимальное количество полезного продукта. Конец ферментации можно определить и микробиологически по морфологическим изменениям клеток продуцента.

Окончив ферментацию, культуральную жидкость охлаждают до 10 –15 °С и перекачивают в резервуары, из которых она постепенно подается на дальнейшую обработку.