Ферментация бывает:
1) поверхностная (твердофазная);
2) глубинная (жидкофазная);
3) газофазная ферментация.
По числу видов микроорганизмов различают:
1) ферментацию на основе монокультуры;
2) смешанное культивирование, где участвует микробная ас-
социация двух и более культур.
По способу организации во времени:
1) периодическая;
2) непрерывная;
3) многоциклическая;
4) отъемно-доливная;
5) периодическая с подпиткой субстрата;
6) полунепрерывная с подпиткой субстрата.
Рассмотрим более подробно периодическую ферментацию.
5.2 Основные параметры периодической ферментации
В периодических процессах загрузка сырья и посевного материа- ла в аппарат производится единовременно, затем в аппарате в течение определенного времени идет процесс, а после его завершения получен- ная ферментационная жидкость выгружается из аппарата.
После того как в аппарат загрузили среду, создали необходимую температуру, добавили посевной материал и стали подавать воздух для аэрации, собственно говоря, и начался процесс ферментации. Как сле- дить за протеканием этого процесса? Для этого необходимо время от
66
времени или непрерывно определять, какие изменения происходят в ферментационной среде.
Обычно состояние процесса характеризуется следующими основ-
ными параметрами:
− концентрация биомассы микроорганизмов X;
− концентрация субстрата S;
− концентрация продукта Р.
Все эти концентрации приведены к единице объема среды.
5.3 Понятие скорости роста
Прирост биомассы зависит от изменения размеров отдельных клеток и от увеличения числа клеток.
Абсолютная скорость роста (валовая) характеризуется прирос-
том биомассы за единицу времени
V = dm / dt.
Относительная скорость роста (удельная) – это абсолютная
скорость роста культуры отнесенная к единице исходной биомассы
M = V / m.
В идеальном случае рост микробной культуры идет с постоянной удельной скоростью. В этом случае через определенный промежуток
времени из каждой клетки образуется две других, через следующий
промежуток времени разделяется уже две клетки и вся биомасса увели-
чивается дважды в два раза
N1 = 2 n N0 ,
где n - число генераций (делений клетки);
N1 – число клеток в определенный момент времени; N0 - число клеток в начальный момент времени.
5.4 Фазы периодической ферментации
Рассмотрим, как изменяется концентрация биомассы в процессе периодической ферментации (рис.25).
67
I —лаг-фаза; II — фаза ускорения роста; III — фаза экспоненци-
ального роста;IV — фаза замедления роста; V — стационарная фаза; VI — фаза отмирания.
Рисунок 25 - Определение фаз ферментации по кривой роста биомассы во времени
В начале ферментации некоторое время микроорганизмы как бы приспосабливаются к новой среде, их концентрация не меняется. Этот период называется лаг-фаза. В этот период клетки не только адапти- руются к новым условиям, но и частично изменяют среду, делая ее пригодной для себя. Чем полноценнее субстрат, тем короче лаг-фаза. Далее начинается рост клеток — это фаза ускорения роста. Третья фаза — экспоненциального роста, это фаза наиболее интенсивного роста клеток, здесь происходит наибольший относительный прирост биомассы. Затем относительная скорость роста начинает уменьшаться
— это фаза замедления роста. Достигнув некоторой максимальной величины, концентрация биомассы далее перестает возрастать. В этой фазе — стационарной — в среде истощаются питательные вещества и накапливаются продукты обмена, тормозящие рост. Биомасса растет и одновременно происходит гибель части клеток (автолиз), так что об- щая концентрация клеток сохраняется постоянной. Наконец в фазе отмирания автолиз начинает преобладать над ростом, и концентрация биомассы микроорганизмов снижается.
В процессе роста культуры изменяется морфология клеток, их хи- мический состав и физиологическое состояние. Культура может неоп- ределенно долго задержаться на стадии интенсивного роста и высокой физиологической активности. Это определяется действием факторов
68
среды. Создавая соответствующие условия, можно остановить разви- тие культуры на любой точке кривой роста и таким образом заставить микроорганизмы «работать» с наибольшей интенсивностью.