Hauptunterschied – Batch vs. kontinuierliche Kultur
Mikroorganismen wie Bakterien und Pilze sind für verschiedene Arten von Industrien sehr vorteilhaft. Für die industrielle Nutzung sollten während des Fermentationsprozesses Mikroorganismen in großem Maßstab gezüchtet werden, um die notwendigen Produkte zu extrahieren, die aus dem mikrobiellen Stoffwechsel resultieren. Ein spezieller Apparat namens Industriefermenter wird verwendet, um mikrobielle Biomasse zu kultivieren und zu erh alten. Es ist ein großes Gefäß, das so konzipiert ist, dass es Platz und die notwendigen Voraussetzungen für mikrobielles Wachstum und Stoffwechsel bietet. Es gibt zwei Arten von industriellen Fermentationskulturen, die üblicherweise in der Industrie verwendet werden, die Chargenkultur und kontinuierliche Kultur genannt werden. Der Hauptunterschied zwischen Batch-Kultur und kontinuierlicher Kultur besteht darin, dass Batch-Kultur eine Technik ist, die verwendet wird, um Mikroorganismen unter begrenzter Nährstoffverfügbarkeit in einem geschlossenen System zu züchten, während kontinuierliche Kultur eine Technik ist, die verwendet wird, um Mikroorganismen unter optimaler und kontinuierlicher Zufuhr von Nährstoffen in einem offenen System zu züchten in Branchen.
Was ist eine Batch-Kultur?
Batchkultur ist eine Technik, bei der Mikroorganismen in einem geschlossenen System gezüchtet werden, in dem zu Beginn eine begrenzte Menge an Nährstoffen zugeführt wird. Dies ist die gebräuchlichste Technik, die in der Industrie angewendet wird, um nützliche Produkte unter Verwendung von Mikroorganismen wie Bakterien und Pilzen herzustellen. Mikrobe, die im Fermenter wächst, fermentiert die Nährstoffe. Fermentation ist ein Abbauprozess von Kohlenhydraten in Alkohole und Säuren durch Mikroorganismen unter anoxischen Bedingungen. Bei der Batch-Kulturtechnik werden zu Beginn Nährstoffe bereitgestellt und der jeweilige Mikroorganismus in den Fermenter eingeimpft. Der Fermenter wird geschlossen und die Temperatur und der pH-Wert werden für das Wachstum von Mikroorganismen beibeh alten. Der Mikroorganismus wächst im Inneren und nutzt die bereitgestellten Nährstoffe und andere Bedingungen. Mit der Zeit werden Nährstoffe knapp und die Umgebungsbedingungen im Fermenter ändern sich. Daher zeigt das mikrobielle Wachstum verschiedene vier Stadien wie Lag-Phase, Log-Phase, stationäre Phase und Todesphase. Am Ende der Fermentation wird der Prozess gestoppt und nützliche Produkte werden extrahiert und gereinigt. Der Fermenter wird gewaschen und sterilisiert, bevor er für eine weitere Chargenkultur verwendet wird.
Das Besondere an der Batch-Kulturtechnik ist, dass diese mit begrenzten Mengen an Nährstoffen und für einen bestimmten Zeitraum durchgeführt wird. Der Fermenteraufbau ist einfach herzustellen und zu handhaben. Die Umgebungsbedingungen innerhalb des Fermenters ändern sich mit der Zeit. Die erforderliche Temperatur, pH-Bedingungen, Rühren, Druck usw. werden jedoch ordnungsgemäß eingeh alten, um eine erfolgreiche Produktbildung zu erreichen.
Die Batch-Kulturtechnik wird häufig zur Reinigung von Sekundärmetaboliten wie Antibiotika, Pigmenten usw. verwendet. Diese Technik ist nicht für die Produktion von Primärmetaboliten und Produkten geeignet, die mit Wachstum verbunden sind.
Abbildung 01: Chargenkultur
Was ist eine kontinuierliche Kultur?
Kontinuierliche Kultur ist eine weitere Technik, die nützliche Mikroorganismen züchtet. Es zielt darauf ab, eine kontinuierlich wachsende mikrobielle Kultur in der exponentiellen Phase aufrechtzuerh alten. Dies kann erreicht werden, indem kontinuierlich frische Nährstoffe zugeführt, angesammelte Abfälle und Produkte im gleichen Maße entfernt und andere Bedingungen auf optimalen Werten geh alten werden. Dies wird in einer speziellen Kammer namens Chemostat durchgeführt, wie in Abbildung 02 gezeigt. An einem Ende wird kontinuierlich frisches Medium hinzugefügt, während am anderen Ende des Chemostats kontinuierlich Stoffwechselprodukte extrahiert werden, um das Kulturvolumen auf einem konstanten Niveau zu h alten.
Kontinuierliche Kultur wird in der Industrie verwendet, wenn es erforderlich ist, nützliche primäre Metaboliten wie Aminosäuren, organische Säuren usw. zu extrahieren.von den Mikroorganismen. Primäre Metaboliten werden mit der höchsten Rate produziert, wenn sich die Mikroorganismen in ihrer exponentiellen Phase befinden. Daher zielt die kontinuierliche Kultur immer darauf ab, die mikrobielle Biomasse in der logarithmischen Phase aufrechtzuerh alten. Dies geschieht durch kontinuierliche Überwachung des Prozesses und Steuerung des Systems.
Abbildung 02: Kontinuierliche Kultur im Chemostat
Was ist der Unterschied zwischen Batch- und kontinuierlicher Kultur?
Batch vs. kontinuierliche Kultur |
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| Die Batch-Kulturtechnik wird verwendet, um nützliche Mikroorganismen unter begrenzten Mengen an Nährstoffen in einem geschlossenen Fermenter für einen bestimmten Zeitraum zu kultivieren. Das mikrobielle Wachstum innerhalb der Chargenkultur zeigt eine typische mikrobielle Wachstumskurve, in der vier unterschiedliche Phasen identifiziert werden können. | Kontinuierliche Kulturtechnik wird verwendet, um nützliche Mikroorganismen unter optimalem Nährstoffgeh alt in einem offenen System zu züchten, in dem Nährstoffe kontinuierlich hinzugefügt und Abfallstoffe und Produkte mit der gleichen Geschwindigkeit entfernt werden, um das Wachstum in einer exponentiellen Phase zu h alten. |
| Nährstoffe | |
| Nährstoffe werden einmalig vor Beginn des Fermentationsprozesses zugeführt. | Nährstoffe werden mehrmals hinzugefügt (zu Beginn und zwischendurch). |
| Systemtyp | |
| Batchkultur ist ein geschlossenes System | Kontinuierliche Kultur ist ein offenes System. |
| Beendigung des Prozesses | |
| Der Prozess der Batch-Kultur wird nach der Produktbildung gestoppt. | Der Prozess wird nicht gestoppt, obwohl das Produkt entsteht. Die kontinuierliche Entfernung des Produkts erfolgt ohne Unterbrechung des Prozesses in der kontinuierlichen Kultur. |
| Umgebungsbedingungen | |
| Die Umgebungsbedingungen innerhalb der Batch-Kultur sind nicht konstant. | Die Umgebungsbedingungen innerhalb der Dauerkultur werden konstant geh alten. |
| Mikrobielles Wachstum | |
| Das mikrobielle Wachstum innerhalb der Batch-Kultur folgt der Lag-, Log- und stationären Phase. | Das mikrobielle Wachstum wird auf einem optimalen Niveau geh alten, das ein exponentielles Wachstumsstadium ist. |
| Umsatzrate | |
| Die Umsatzrate ist niedrig, da die Nährstoffe und andere Bedingungen im Inneren begrenzt sind. | Die Umsatzrate ist hoch, da die optimalen Nährstoffgeh alte und andere Bedingungen aufrechterh alten werden. |
| Fermenter gebraucht | |
| Für Chargenkulturen wird ein großer Fermenter verwendet | Ein kleiner Fermenter wird für die kontinuierliche Kultur verwendet. |
| Verwenden | |
| Batchkulturfermentation wird häufig in der Industrie verwendet | Kontinuierliche Kulturfermentation wird in der Industrie weniger verwendet. |
| Kultur Setup | |
| Batch-Kultur-Setup ist einfach zu erstellen und auszuführen. | Kontinuierliche Kultureinrichtung ist nicht einfach zu erstellen und auszuführen. |
| Kontamination | |
| Kontaminationen sind bei Batch-Kulturen minimal | Kontaminationswahrscheinlichkeit ist in kontinuierlicher Kultur hoch. |
| Kontrollmethoden | |
| Kontrollmethoden sind einfach und schnell. | Kontrollmethoden sind kompliziert und zeitraubend. |
| Eignung | |
| Batchkultur ist besser geeignet für die Produktion von Sekundärmetaboliten wie Antibiotika. | Kontinuierliche Kultur ist besser geeignet für die Produktion von Primärmetaboliten wie Aminosäuren und organischen Säuren. |
Zusammenfassung – Batch vs. kontinuierliche Kultur
Batchkultur und kontinuierliche Kultur sind zwei Arten von Techniken, die zur Kultivierung von Mikroorganismen in großem Maßstab für industrielle und andere Zwecke eingesetzt werden. Bei der Batch-Kultur werden Mikroorganismen zu Beginn mit Nährstoffen versorgt und gezüchtet. Wenn Mikroben die verfügbaren Nährstoffe nutzen, werden die Nährstoffe nach einer bestimmten Zeit begrenzt. Mikroorganismen wachsen über Lag-, Log-, Stationär- und Todesphasen. Der Fermentationsprozess wird diskontinuierlich in Batch-Culture-Technik durchgeführt. Nach jeder Charge wird der Fermenter gereinigt und für die nächste Charge frisch verwendet. In kontinuierlicher Kultur werden Mikroorganismen kontinuierlich mit ausreichenden Mengen an frischen Nährstoffen versorgt, um die Mikroben immer in der log-Phase zu h alten, um primäre Metaboliten der Mikroorganismen zu extrahieren. Das Volumen der kontinuierlichen Kultur wird auf einem konstanten Wert geh alten, indem frische Nährstoffe hinzugefügt und Produkte mit der gleichen Geschwindigkeit entfernt werden, ohne den Prozess zu stoppen. Chargenkultur wird vergleichsweise ein großer geschlossener Fermenter benötigt, während kontinuierliche Kultur ein kleiner offener Fermenter benötigt wird. Dies ist der Unterschied zwischen Batch- und kontinuierlicher Kultur.
