Belangrijk verschil - Batch versus continue cultuur
Micro-organismen zoals bacteriën en schimmels zijn zeer gunstig voor verschillende soorten industrieën. Voor industrieel gebruik moeten micro-organismen op grote schaal worden gekweekt tijdens het fermentatieproces om de noodzakelijke producten te extraheren die voortvloeien uit het microbiële metabolisme. Een speciaal apparaat genaamd industriële vergister wordt gebruikt om microbiële biomassa te kweken en te onderhouden. Het is een groot vat dat is ontworpen om ruimte en noodzakelijke vereisten voor microbiële groei en metabolisme te bieden. Er zijn twee soorten industriële fermentatieculturen die gewoonlijk worden gebruikt in industrieën, genaamd batchcultuur en continue cultuur. Het belangrijkste verschil tussen batchcultuur en continue cultuur is dat batchcultuur een techniek is die wordt gebruikt om micro-organismen te kweken onder beperkte beschikbaarheid van voedingsstoffen in een gesloten systeem, terwijl continue cultuur een techniek is die wordt gebruikt om micro-organismen te laten groeien onder optimale en continue toevoer van voedingsstoffen in een open systeem in industrieën.
Wat is een batchcultuur?
Batchcultuur is een techniek die micro-organismen kweekt in een gesloten systeem waarbij in het begin een beperkte hoeveelheid voedingsstoffen wordt aangevoerd. Dit is de meest gebruikte techniek in industrieën om nuttige producten te maken met behulp van micro-organismen zoals bacteriën en schimmels. Microbe die in de vergister groeit, fermenteert de voedingsstoffen. Fermentatie is een afbraakproces van koolhydraten in alcoholen en zuren door micro-organismen onder anoxische omstandigheden. Bij batchcultuurtechniek worden voedingsstoffen aan het begin geleverd en wordt het specifieke micro-organisme in de fermentor geënt. De vergister is gesloten en de temperatuur en pH worden gehandhaafd voor de groei van micro-organismen. Micro-organisme groeit van binnen en maakt gebruik van de geleverde voedingsstoffen en andere omstandigheden. Na verloop van tijd worden voedingsstoffen beperkt en veranderen de omgevingsomstandigheden in de vergister. Vandaar dat microbiële groei verschillende vier stadia vertoont, zoals lag-fase, log-fase, stationaire fase en doodsfase. Aan het einde van de fermentatie wordt het proces gestopt en worden bruikbare producten geëxtraheerd en gezuiverd. De vergister wordt gewassen en gesteriliseerd voordat deze voor een andere batchcultuur wordt gebruikt.
De specialiteit van de batchcultuurtechniek is dat deze wordt uitgevoerd met beperkte hoeveelheden voedingsstoffen en gedurende een bepaalde tijdsperiode. De opstelling van de vergister is eenvoudig te maken en te hanteren. De omgevingsomstandigheden in de vergister variëren met de tijd. De vereiste temperatuur, pH-omstandigheden, roeren, druk, enz. worden echter goed gehandhaafd om een succesvolle productvorming te bereiken.
Batchcultuurtechniek wordt veel gebruikt voor de zuivering van secundaire metabolieten zoals antibiotica, pigmenten, enz. Deze techniek is niet geschikt voor de productie van primaire metabolieten en producten die verband houden met groei.
Figuur 01: Batchcultuur
Wat is een continue cultuur?
Continu kweken is een andere techniek die nuttige micro-organismen laat groeien. Het is gericht op het handhaven van een continu groeiende microbiële cultuur in de exponentiële fase. Dit kan worden bereikt door continu verse voedingsstoffen te leveren, opgehoopte afvalstoffen en producten in hetzelfde tempo te verwijderen en andere omstandigheden op optimale waarden te houden. Het wordt gedaan in een speciale kamer genaamd chemostaat, zoals weergegeven in figuur 02. Vers medium wordt continu aan het ene uiteinde toegevoegd, terwijl metabolische producten continu worden geëxtraheerd aan het andere uiteinde van de chemostaat om het kweekvolume op een constant niveau te houden.
Continue cultuur wordt gebruikt in industrieën wanneer het nodig is om nuttige primaire metabolieten zoals aminozuren, organische zuren, enz.uit de micro-organismen. Primaire metabolieten worden met de hoogste snelheid geproduceerd wanneer de micro-organismen zich in hun exponentiële fase bevinden. Daarom streeft continue cultuur er altijd naar om de microbiële biomassa in de logfase te houden. Dit wordt gedaan door het proces continu te bewaken en het systeem te controleren.
Figuur 02: Continue cultuur in chemostaat
Wat is het verschil tussen batchcultuur en continue cultuur?
Batch versus continue cultuur |
|
| Batchcultuurtechniek wordt gebruikt om gunstige micro-organismen gedurende een bepaalde periode onder beperkte hoeveelheden voedingsstoffen in een gesloten vergister te kweken. Microbiële groei binnen de batchcultuur vertoont een typische microbiële groeicurve waarin vier verschillende fasen kunnen worden geïdentificeerd. | Continue kweektechniek wordt gebruikt om nuttige micro-organismen te kweken onder een optimaal niveau van voedingsstoffen in een open systeem waarin voortdurend voedingsstoffen worden toegevoegd en afval en producten in hetzelfde tempo worden verwijderd om de groei in een exponentiële fase te houden. |
| Nutriënten | |
| Voedingsstoffen worden één keer geleverd voordat het fermentatieproces wordt gestart. | Voedingsstoffen worden vele malen toegevoegd (bij het starten en tussendoor). |
| Type systeem | |
| Batchcultuur is een gesloten systeem | Continue cultuur is een open systeem. |
| Beëindiging van proces | |
| Het proces van de batchcultuur wordt gestopt nadat het product is gevormd. | Het proces wordt niet gestopt, hoewel het product is gevormd. Continue verwijdering van het product wordt gedaan zonder het proces in continue cultuur te stoppen. |
| Omgevingsomstandigheden | |
| De omgevingscondities binnen de batchcultuur zijn niet constant. | De omgevingscondities binnen de continue cultuur worden op een constant niveau gehouden. |
| Microbiële groei | |
| De microbiële groei binnen de batchcultuur volgt de lag-, log- en stationaire fasen. | De microbiële groei wordt op een optimaal niveau gehouden, wat een exponentiële groeifase is. |
| Omzetpercentage | |
| Omzetsnelheid is laag omdat de voedingsstoffen en andere omstandigheden binnen beperkt zijn. | Omzetsnelheid is hoog omdat de optimale niveaus van voedingsstoffen en andere omstandigheden worden gehandhaafd. |
| Vergister gebruikt | |
| Een fermentor van groot formaat wordt gebruikt voor batchculturen | Een kleine vergister wordt gebruikt voor continue kweek. |
| Gebruik | |
| Batchcultuurfermentatie wordt vaak gebruikt in industrieën | Continue cultuurfermentatie wordt minder gebruikt in industrieën. |
| Cultuur instellen | |
| Batchcultuur instellen is eenvoudig te maken en uit te voeren. | Continue cultuuropstelling is niet eenvoudig te maken en uit te voeren. |
| Besmetting | |
| Contaminaties zijn minimaal in batchculturen | Besmettingskans is groot in continue kweek. |
| Besturingsmethoden | |
| Besturingsmethoden zijn eenvoudig en snel. | Controlemethoden zijn ingewikkeld en tijdrovend. |
| Geschiktheid | |
| Batchcultuur is meer geschikt voor de productie van secundaire metabolieten zoals antibiotica. | Continue cultuur is meer geschikt voor de productie van primaire metabolieten zoals aminozuren en organische zuren. |
Samenvatting – Batch versus continue cultuur
Batchcultuur en continue cultuur zijn twee soorten technieken die worden gebruikt om micro-organismen op grote schaal te kweken voor industriële en andere doeleinden. Bij batchcultuur worden micro-organismen in het begin van voedingsstoffen voorzien en opgekweekt. Wanneer microben de beschikbare voedingsstoffen gebruiken, worden voedingsstoffen na een bepaalde tijdsperiode beperkt. Micro-organismen groeien via lag, log, stationaire en dood fasen. Het fermentatieproces wordt batchgewijs uitgevoerd in batchcultuurtechniek. Na elke batch wordt de vergister schoongemaakt en vers gebruikt voor de volgende batch. In continue kweek worden micro-organismen continu voorzien van adequate niveaus van verse voedingsstoffen om de microben altijd in de log-fase te houden om primaire metabolieten van de micro-organismen te extraheren. Het volume van de continue cultuur wordt op een constante waarde gehouden door verse voedingsstoffen toe te voegen en producten in dezelfde snelheid te verwijderen zonder het proces te stoppen. Batchcultuur is nodig in vergelijking met een grote gesloten fermentor, terwijl continue kweek een kleine open fermentor nodig heeft. Dit is het verschil tussen batchcultuur en continue cultuur.
