الفرق الرئيسي - الدفعة مقابل الثقافة المستمرة
تعد الكائنات الحية الدقيقة مثل البكتيريا والفطريات مفيدة جدًا لأنواع مختلفة من الصناعات. للاستخدام الصناعي ، يجب زراعة الكائنات الحية الدقيقة على نطاق واسع أثناء عملية التخمير من أجل استخراج المنتجات الضرورية الناتجة عن التمثيل الغذائي الميكروبي. يستخدم جهاز خاص يسمى التخمير الصناعي لزراعة الكتلة الحيوية الميكروبية والحفاظ عليها. وهي عبارة عن وعاء كبير مصمم لتوفير المساحة والمتطلبات الضرورية لنمو الميكروبات والتمثيل الغذائي. هناك نوعان من ثقافات التخمير الصناعية التي يتم تبنيها بشكل شائع في الصناعات المسماة ثقافة الدُفعات والثقافة المستمرة.يتمثل الاختلاف الرئيسي بين الاستزراع على دفعات والاستزراع المستمر في أن الاستزراع على دفعات هو تقنية مستخدمة لتنمية الكائنات الحية الدقيقة في ظل توافر محدود من العناصر الغذائية في نظام مغلق بينما الاستزراع المستمر هو تقنية مستخدمة لتنمية الكائنات الحية الدقيقة في ظل الإمداد الأمثل والمستمر للمغذيات في نظام مفتوح في الصناعات.
ما هي ثقافة الدفعة؟
الاستزراع الدفعي هو أسلوب ينمي الكائنات الحية الدقيقة في نظام مغلق حيث يتم توفير كمية محدودة من العناصر الغذائية في البداية. هذه هي التقنية الأكثر شيوعًا التي يتم تبنيها في الصناعات لصنع منتجات مفيدة باستخدام الكائنات الحية الدقيقة مثل البكتيريا والفطريات. الميكروب الذي ينمو في المخمر يخمر العناصر الغذائية. التخمير هو عملية تكسير الكربوهيدرات إلى كحول وأحماض بواسطة الكائنات الحية الدقيقة في ظل ظروف نقص الأكسجين. في تقنية الاستزراع على دفعات ، يتم توفير العناصر الغذائية في البداية ويتم تلقيح الكائن الدقيق المعين في المخمر. يتم إغلاق المخمر ويتم الحفاظ على درجة الحرارة ودرجة الحموضة لنمو الكائنات الحية الدقيقة.تنمو الكائنات الحية الدقيقة في الداخل وتستخدم العناصر الغذائية المتوفرة والظروف الأخرى. مع مرور الوقت ، تصبح العناصر الغذائية محدودة وتتغير الظروف البيئية داخل المخمر. ومن ثم ، يُظهر النمو الميكروبي أربع مراحل متميزة مثل مرحلة التأخر ، ومرحلة السجل ، والمرحلة الثابتة ، ومرحلة الموت. في نهاية التخمير ، تتوقف العملية ويتم استخراج المنتجات المفيدة وتنقيتها. يتم غسل المخمر وتعقيمه قبل استخدامه لثقافة دفعة أخرى.
تخصص تقنية الاستزراع الدفعي هو أنه يتم تشغيلها بكميات محدودة من العناصر الغذائية ولفترة زمنية معينة. من السهل إعداد المخمر والتعامل معه. تختلف الظروف البيئية داخل المخمر بمرور الوقت. ومع ذلك ، يتم الحفاظ على درجة الحرارة المطلوبة ، وظروف الأس الهيدروجيني ، والتحريك ، والضغط ، وما إلى ذلك بشكل صحيح لتحقيق تكوين ناجح للمنتج.
تقنية الاستزراع الدفعي تستخدم على نطاق واسع لتنقية المستقلبات الثانوية مثل المضادات الحيوية والأصباغ وما إلى ذلك. هذه التقنية غير مناسبة لإنتاج المستقلبات الأولية والمنتجات المرتبطة بالنمو.
الشكل 01: ثقافة الدُفعة
ما هي الثقافة المستمرة؟
الثقافة المستمرة هي تقنية أخرى تنمي الكائنات الحية الدقيقة المفيدة. يهدف إلى الحفاظ على ثقافة ميكروبية متنامية باستمرار في المرحلة الأسية. يمكن تحقيق ذلك من خلال توفير العناصر الغذائية الطازجة باستمرار ، وإزالة المخلفات والمنتجات المتراكمة بنفس المعدل والحفاظ على الظروف الأخرى عند القيم المثلى. يتم إجراؤه داخل حجرة خاصة تسمى ناظم كيميائي كما هو موضح في الشكل 02. تتم إضافة وسط جديد باستمرار من أحد الأطراف بينما يتم استخراج المنتجات الأيضية باستمرار من الطرف الآخر من الناظم الكيميائي للحفاظ على حجم المزرعة عند مستوى ثابت.
تُستخدم الثقافة المستمرة في الصناعات عندما تكون مطلوبة لاستخراج المستقلبات الأولية المفيدة مثل الأحماض الأمينية والأحماض العضوية وما إلى ذلك.من الكائنات الحية الدقيقة. يتم إنتاج المستقلبات الأولية بأعلى معدل عندما تكون الكائنات الحية الدقيقة في مرحلتها الأسية. ومن ثم تهدف الثقافة المستمرة دائمًا إلى الحفاظ على الكتلة الحيوية الميكروبية في مرحلة السجل. يتم ذلك من خلال مراقبة العملية باستمرار والتحكم في النظام.
الشكل 02: الثقافة المستمرة في Chemostat
ما هو الفرق بين الدفعة والثقافة المستمرة؟
دفعة مقابل الثقافة المستمرة |
|
| تُستخدم تقنية الاستزراع الدفعي لزراعة الكائنات الحية الدقيقة المفيدة بكميات محدودة من العناصر الغذائية في مخمر مغلق لفترة زمنية معينة. يُظهر النمو الميكروبي داخل مزرعة الدُفعات منحنى نمو جرثومي نموذجي يمكن من خلاله تحديد أربع مراحل متميزة. | تُستخدم تقنية الاستزراع المستمر لتنمية الكائنات الحية الدقيقة المفيدة تحت المستوى الأمثل من العناصر الغذائية في نظام مفتوح تتم فيه إضافة العناصر الغذائية باستمرار ويتم إزالة النفايات والمنتجات بنفس المعدل للحفاظ على النمو في المرحلة الأسية. |
| العناصر الغذائية | |
| يتم توفير العناصر الغذائية مرة واحدة قبل بدء عملية التخمير. | تمت إضافة العناصر الغذائية عدة مرات (عند بدء العملية وفيما بينها). |
| نوع النظام | |
| ثقافة الدُفعات نظام مغلق | الثقافة المستمرة نظام مفتوح |
| إنهاء العملية | |
| توقفت عملية ثقافة الدُفعات بعد تكوين المنتج. | لا تتوقف العملية على الرغم من تشكيل المنتج. تتم الإزالة المستمرة للمنتج دون إيقاف العملية في الثقافة المستمرة. |
| الظروف البيئية | |
| الظروف البيئية داخل ثقافة الدُفعة ليست ثابتة. | يتم الحفاظ على الظروف البيئية داخل الثقافة المستمرة عند مستوى ثابت. |
| النمو الميكروبي | |
| النمو الميكروبي داخل ثقافة الدُفعات يتبع مراحل التأخر والتسجيل والثبات. | يتم الحفاظ على النمو الميكروبي في المستوى الأمثل وهي مرحلة نمو أسي. |
| معدل الدوران | |
| معدل الدوران منخفض لأن العناصر الغذائية والظروف الأخرى محدودة بالداخل. | معدل الدوران مرتفع نظرًا للحفاظ على المستويات المثلى من العناصر الغذائية وغيرها من الظروف. |
| المخمر المستخدم | |
| مخمر كبير الحجم يستخدم لمزارع الدُفعات | مخمر صغير الحجم يستخدم للثقافة المستمرة. |
| استخدم | |
| يستخدم تخمير ثقافة الدُفعات بشكل شائع في الصناعات | التخمير المستمر للثقافة أقل استخدامًا في الصناعات. |
| إعداد الثقافة | |
| إعداد ثقافة الدُفعات سهل الإعداد والتشغيل. | الإعداد المستمر للثقافة ليس من السهل تنفيذه وتشغيله. |
| التلوث | |
| التلوث هو الحد الأدنى في الثقافات الدفعية | فرصة التلوث عالية في الثقافة المستمرة. |
| طرق التحكم | |
| طرق التحكم سهلة وسريعة | طرق التحكم معقدة وتستغرق وقتا طويلا. |
| الملاءمة | |
| المزرعة الدفعية أكثر ملاءمة لإنتاج المستقلبات الثانوية مثل المضادات الحيوية. | الثقافة المستمرة أكثر ملاءمة لإنتاج المستقلبات الأولية مثل الأحماض الأمينية والأحماض العضوية. |
ملخص - الدفعة مقابل الثقافة المستمرة
ثقافة الدُفعات والثقافة المستمرة نوعان من التقنيات المستخدمة لزراعة الكائنات الحية الدقيقة على نطاق واسع للأغراض الصناعية وغيرها. في الاستزراع على دفعات ، يتم إمداد الكائنات الحية الدقيقة بالمغذيات في البداية ونموها.عندما تستخدم الميكروبات العناصر الغذائية المتاحة ، تصبح العناصر الغذائية محدودة بعد فترة زمنية معينة. تنمو الكائنات الحية الدقيقة عبر مراحل التأخر والتأخر والثبات والموت. يتم إجراء عملية التخمير على دفعات في تقنية الاستزراع الدفعي. بعد كل دفعة ، يتم تنظيف المخمر واستخدامه طازجًا للدفعة التالية. في الاستزراع المستمر ، يتم تزويد الكائنات الحية الدقيقة بمستويات كافية من العناصر الغذائية الطازجة باستمرار للحفاظ على الميكروبات دائمًا في مرحلة السجل لاستخراج المستقلبات الأولية للكائنات الحية الدقيقة. يتم الحفاظ على حجم الثقافة المستمرة عند قيمة ثابتة عن طريق إضافة مغذيات طازجة وإزالة المنتجات بنفس المعدل دون إيقاف العملية. هناك حاجة نسبيًا لثقافة الدُفعات إلى مخمر مغلق كبير بينما هناك حاجة إلى ثقافة مستمرة لتخمير مفتوح صغير. هذا هو الفرق بين الدُفعة والثقافة المستمرة.
