کشت بسته
- تعریف کشت بسته
- اصول Batch Culture
- فرآیند
- کاربردها
- محدودیت ها
تعریف
در تخمیر بسته، تمام اجزای محیط در شروع کشت در راکتور قرار می گیرند به جز گازهای اتمسفر، اسید یا باز برای کنترل pH و عوامل ضد کف. تغییر مداوم در غلظت مواد مغذی در طول زمان وجود دارد و سیستم ناپایدار باقی می ماند. متابولیت های میکروبی ممکن است در مرحله اولیه یا ثانویه دوره کشت میکروبی تولید شوند.
تخمیر زمانی خاتمه می یابد که یا تمام مواد مغذی تمام شود یا غلظت مطلوب محصول به دست آید.
کشت بسته (Batch Culture) دارای مزایای ذکر شده زیر است:.
- خطر آلودگی یا جهش سلولی کاهش می یابد زیرا دوره رشد کوتاه است.
- سرمایه گذاری کمتر در مقایسه با فرآیندهای پیوسته برای همان حجم بیوراکتور.
- انعطاف پذیری بیشتر با سیستم های مختلف محصول/بیولوژیکی.
- سطوح بالاتر تبدیل مواد خام، ناشی از یک دوره رشد کنترل شده.
اصول
- تخمیر بسته یک سیستم بسته است.
- در زمان t=0، محلول غذایی استریل شده در فرمانتور با میکروارگانیسم‌ها تلقیح می‌شود و اجازه داده می‌شود تا انکوباسیون در دمای مناسب و محیط گازی برای مدت زمان مناسب ادامه یابد.
- در طول کل تخمیر، چیزی به جز اکسیژن (در مورد میکروارگانیسم‌های هوازی)، یک ماده ضد کف، اسید یا باز برای کنترل pH اضافه نمی‌شود.
- ترکیب محیط، غلظت زیست توده و غلظت متابولیت به طور کلی در نتیجه متابولیسم سلول ها تغییر می کند.
پس از تلقیح محلول مغذی استریل با میکروارگانیسم ها و کشت در شرایط فیزیولوژیکی، چهار مرحله معمولی رشد مشاهده می شود.
- فاز تاخیر
- فاز رشد نمایی
- فاز ثابت
- مرحله مرگ
فرایند کشت بسته (batch culture process)
- کشت بسته با استریلیزاسیون شروع می شود و سپس کشت استریل با میکروب ها (حدود 2 تا 5 درصد از حجم کل) تلقیح می شود.
- درصد مواد مغذی، ویتامین ها و سلول های میکروبی در مخلوط واکنش و دما در طول چرخه واکنش متفاوت است.
- اختلاط مناسب آنها را در غلظت ها و دماهای قابل قبول نگه می دارد.
- این فرآیند در شرایط بی هوازی توسط اکسیژن حباب دار به داخل یا خارج انجام می شود، در حالی که محلول های اسیدی یا قلیایی برای کنترل pH اضافه می شود.
- هنگامی که توسط سنسور فوم مشخص شود، مواد ضد کف اضافه می شوند.
- رشد میکروارگانیسم برای روزها، هفته ها یا ماه ها مجاز است.
- در مرحله تاخیر، بسته به تعادل فیزیوشیمیایی بین میکروارگانیسم و محیط، رشد کمی یا بدون رشد در ابتدای تخمیر مشاهده می شود.
- هنگامی که سلول ها با شرایط جدید رشد سازگار شدند، وارد فاز نمایی می شوند.
- متابولیت های اولیه در طول فاز لگاریتم یا نمایی تولید می شوند و با توقف رشد، تشکیل آنها کاهش می یابد. به عنوان مثال، ساکارومایسس سرویزیه اتانول را به عنوان یک متابولیت اولیه تولید می کند.
- هنگامی که سلول ها وارد فاز ساکن می شوند، متابولیت های ثانویه تولید می شوند.
- بیشتر آنتی بیوتیک ها به عنوان متابولیت های ثانویه متابولیزه می شوند. به عنوان مثال، پنی سیلیوم کریزوژنوم پنی سیلین را به عنوان یک متابولیت ثانویه تولید می کند.
- تخمیر زمانی خاتمه می یابد که به یک یا چند مورد زیر رسیده باشد:
- رشد میکروبی به دلیل کاهش مواد مغذی یا ساخت ترکیبات سمی متوقف شده است.
- پس از یک دوره از پیش تعیین شده ثابت؛
- غلظت محصول مورد نظر به دست آمده است.
کاربرد کشت بسته
- برای ساخت زیست توده (مخمرهای بیکر) و متابولیت های اولیه (اسید لاکتیک، اسید سیتریک، اسید استیک یا تولید اتانول) مفید است.
- در صنایع غذایی، اسیدهای آلی به عنوان نگهدارنده یا اسید کننده (اسیدهای لاکتیک، اسیدهای سیتریک و اسیدهای استیک)، نوشیدنی‌های الکلی (شراب، آبجو، و مشروبات الکلی) و شیرین‌کننده‌ها (مانند آسپارتات) استفاده می‌شوند. یا اسیدهای آمینه مورد استفاده به عنوان عوامل طعم دهنده (مانند مونوسدیم گلوتامات) محصولات مختلفی هستند که توسط کشت دسته ای تولید می شوند.
محدودیت های کشت بسته
- به دلیل مصرف مواد مغذی و تجمع مواد زائد، میکروب ها در کشت بسته دائماً در معرض شرایط محیطی در حال تغییر قرار می گیرند.
- پس از رسیدن به نقطه پایانی، کشت های بسته باید دوباره راه اندازی شوند. در بیوراکتورهای بزرگ، تخلیه، تمیز کردن و پر کردن مجدد راکتور به زمان زیادی نیاز دارد.
- در کشت بچ، بهره‌وری پایین نتیجه زمان خرابی زیاد (زمان غیرتولیدی صرف تمیز کردن، استریل کردن، و شروع کشت بسته دیگر) در طول دو کشت متوالی است.
- تجمع متابولیت های سمی گاهی اوقات می تواند رشد سلولی و سنتز محصول را مهار کند.
“کیمیا زیست گستر نوین” در راستای ارتقاء تولیدات و سطح علمی کشور مبادرت به واردات و توزیع مواد شیمیایی و مصرفی آزمایشگاهی کرده است. هدف مجموعه ما تأمين مواد و تجهيزات مورد نياز در بخش هاى مختلف آزمايشگاهى، تحقيقاتى، بيمارستانى، صنعتى و … مي باشد.
