Cómo determinar la mejor fórmula de medio de cultivo en la producción de fermentación
Selección de medios de cultivo
Diferentes microorganismos tienen diferentes requisitos para los medios de cultivo, por lo que diferentes procesos de cultivo microbianos tienen diferentes requisitos para las materias primas. De acuerdo con la situación específica, a partir de las características de las necesidades nutricionales de los microorganismos y los requisitos del proceso de producción, se selecciona un medio nutritivo adecuado que no solo pueda satisfacer las necesidades del crecimiento microbiano, sino también obtener productos de alto rendimiento. Al mismo tiempo, debe cumplir con los principios de aumentar la producción, ahorrar y adaptarse a las condiciones locales.
1. Seleccionar el medio de cultivo según las características del microorganismo.
Los microorganismos utilizados para cultivos a gran escala incluyen principalmente bacterias, levaduras, mohos y actinomicetos. Tienen diferentes requerimientos de nutrientes y cada uno tiene sus propias características. En aplicaciones prácticas, se debe considerar la composición del medio de cultivo en función de las diferentes características de los microorganismos y se deben realizar los ajustes necesarios a la fórmula típica del medio de cultivo.
2. Seleccionar el medio de cultivo según el método de fermentación.
Los medios líquidos y sólidos tienen cada uno sus usos, ventajas y desventajas. En los medios de cultivo líquidos, los nutrientes se disuelven en agua en estado de soluto, lo que permite que los microorganismos entren en contacto y utilicen completamente los nutrientes, lo que favorece más el crecimiento de los microorganismos y una mejor acumulación de metabolitos. En la industria, la fermentación sumergida en medio de cultivo líquido tiene las ventajas de una alta eficiencia de fermentación, fácil operación, fácil mecanización y automatización, menor intensidad de mano de obra, pequeño espacio y alto rendimiento. Por lo tanto, en la industria de la fermentación, las semillas se cultivan y fermentan principalmente en medios de cultivo líquidos y se cultivan en modo estático o de aireación de acuerdo con la demanda de oxígeno de los microorganismos. Los medios sólidos se utilizan a menudo para la conservación, el aislamiento, la caracterización de colonias y el recuento de células viables de cepas microbianas. Además, algunas materias primas sólidas como mijo, arroz, salvado, patatas, etc. Lo más utilizado en la industria es la fabricación directa de botellas de pendiente o berenjena para cultivar mohos y actinomicetos.
3. Diferentes requisitos de la práctica de producción y experimentos científicos.
En el proceso de producción, debido a los diferentes propósitos y requisitos de cada etapa, como conservación de cepas, cultivo de expansión de semillas, producción de fermentación, etc., las proporciones de los ingredientes en el medio de cultivo seleccionado también deben ser diferentes. . En términos generales, el medio de cultivo de semillas se utiliza principalmente para el crecimiento y proliferación de células microbianas. Para obtener una gran cantidad de células de semilla robustas en un corto período de tiempo, el medio de cultivo de semillas debe ser rico en nutrientes y completo, con una alta proporción de fuentes de nitrógeno y vitaminas, y las materias primas utilizadas deben ser fácilmente absorbidas y utilizado por las células microbianas. La glucosa, el sulfato de amonio, la urea, el jarabe de maíz, el extracto de levadura, el mosto y el jugo de arroz koji son materias primas comúnmente utilizadas para preparar medios de cultivo. Además de mantener el crecimiento normal de las células microbianas, los medios de fermentación necesitan principalmente sintetizar productos de fermentación predeterminados. Por lo tanto, el contenido de materiales fuente de carbono en los medios de fermentación suele ser mayor que el de los medios de semillas. Por supuesto, si el producto es una sustancia que contiene nitrógeno, el suministro de fuente de nitrógeno también debe aumentarse correspondientemente. Además, se debe considerar que el medio de fermentación facilite la operación de fermentación sin afectar la extracción, separación y calidad del producto.
4. Seleccionar las materias primas de producción desde la perspectiva de los beneficios económicos.
Desde una perspectiva científica, la economía de los medios culturales a menudo no se toma en serio. En cuanto al proceso de producción, la mayoría de las materias primas para preparar el medio de cultivo de fermentación son cereales, aceite, proteínas, etc. Y la fermentación industrial consume una gran cantidad de materias primas. Además de ser fácilmente utilizada por los microorganismos y cumplir con los requisitos del proceso de producción, también se deben considerar los beneficios económicos al seleccionar materias primas de medios de cultivo en la fermentación industrial. Precio, rico en fuentes, fácil de transportar y obtenido de materiales locales, no tóxico como requisito previo.
Principios de preparación del medio de cultivo
La preparación del medio de cultivo debe proporcionar los ingredientes básicos para la síntesis de células microbianas y productos de fermentación, lo que favorece la reducción del consumo unitario de medio crudo; materiales y la síntesis de productos por unidad de nutrientes. Gran cantidad o gran producción es beneficioso aumentar la concentración del producto del medio de cultivo, aumentando así la capacidad de producción del tanque de fermentación por unidad de volumen; velocidad del producto, acortar el ciclo de fermentación; minimizar la formación de subproductos; reducir la necesidad de ventilación y ventilación durante el proceso de fermentación. La influencia de la agitación es beneficiosa para mejorar la utilización del oxígeno y reducir el consumo de energía es beneficiosa para la separación y; purificación de productos; y minimiza la producción de "tres residuos".
Por supuesto, es imposible diseñar cualquier tipo de medio cultural que cumpla con todos los requisitos anteriores, y los vínculos principales deben captarse de acuerdo con la situación específica. No sólo puede satisfacer las necesidades nutricionales de los microorganismos, sino también obtener productos de alta calidad y alto rendimiento, y también está en línea con los principios de aumentar la producción, ahorrar dinero y adaptar medidas a las condiciones locales. La función principal del medio de fermentación es la obtención del producto esperado, debiendo diseñarse el medio de acuerdo a las características del producto. Por lo tanto, los nutrientes deben ser adecuadamente ricos y completos, las bacterias deben crecer rápida y vigorosamente y el valor del pH de todo el proceso metabólico debe ser apropiado y estable. El metabolismo del azúcar y el nitrógeno puede satisfacer plenamente los requisitos de tanques y lotes de unidades elevadas, y la capacidad de la cepa para producir productos anabólicos se puede utilizar plenamente. Además, es necesario reducir costes.
1. Preparar diferentes medios de cultivo según las necesidades nutricionales de los distintos microorganismos.
Diferentes microorganismos requieren diferentes componentes del medio de cultivo. Para determinar el medio de cultivo apropiado, es necesario comprender el origen, las características fisiológicas y bioquímicas y los requisitos nutricionales generales de las cepas de producción, y determinar el medio de cultivo en función de las condiciones de cultivo de las diferentes cepas de producción, las vías metabólicas de biosíntesis y las condiciones químicas. propiedades de los metabolitos.
2. Proporción adecuada de nutrientes
Los microorganismos necesitan nutrientes en una proporción adecuada. La proporción carbono-nitrógeno (C/N) en el medio de cultivo es particularmente importante en la industria de la fermentación. Diferentes cepas microbianas y diferentes productos de fermentación requieren diferentes proporciones C/N. En diferentes etapas de crecimiento, los requisitos óptimos para la relación carbono-nitrógeno son diferentes. La relación carbono-nitrógeno en el medio de cultivo no sólo afecta el crecimiento de las células microbianas, sino que también afecta las vías metabólicas de la fermentación. Dado que el carbono es a la vez una estructura de carbono y una fuente de energía, se utiliza más que el nitrógeno. A partir del análisis elemental, la relación carbono-nitrógeno de las células de levadura es de aproximadamente 100:20, y la relación carbono-nitrógeno de las células de moho es de aproximadamente 100:10. En términos generales, la relación carbono-nitrógeno en el medio de fermentación es aproximadamente 100: (0,2 ~ 2,0), pero en la fermentación de aminoácidos, debido a que el producto contiene nitrógeno, la relación carbono-nitrógeno es relativamente alta. Por ejemplo, la proporción de carbono a nitrógeno en la fermentación del ácido glutámico es 100: (15 ~ 21). Si la proporción carbono-nitrógeno es 100: (0,2 ~ 2,0), solo crecerán bacterias y casi no se producirá ácido glutámico.
La relación carbono-nitrógeno varía según los tipos de carbohidratos y fuentes de nitrógeno, así como con las condiciones de aireación y agitación, por lo que es difícil determinar una relación unificada. En circunstancias normales, una relación carbono-nitrógeno demasiado baja provocará un crecimiento bacteriano vigoroso, lo que fácilmente puede causar envejecimiento prematuro y autólisis de las bacterias, lo que afectará la acumulación de productos; una pequeña cantidad de bacterias, lo que no favorece la acumulación de productos de carbono y nitrógeno apropiados, pero las fuentes de carbono y nitrógeno de alta concentración aún pueden causar una proliferación celular masiva, aumentar la viscosidad del caldo de fermentación, afectar la concentración de oxígeno disuelto y causar fácilmente anomalías. el metabolismo celular y afecta la síntesis de productos; las fuentes de carbono y nitrógeno son adecuadas, pero si la concentración de las fuentes de carbono y nitrógeno es demasiado baja, afectará la reproducción bacteriana y la acumulación de productos.
3. Presión osmótica
A la hora de preparar el medio de cultivo hay que prestar atención a la concentración adecuada de nutrientes. Si la concentración de nutrientes es demasiado baja, no sólo no cumplirá con la demanda de nutrientes para el crecimiento microbiano, sino que también contribuirá a aumentar el rendimiento de productos fermentados y mejorar la utilización de los equipos. Sin embargo, cuando la concentración de nutrientes en el medio de cultivo es demasiado alta, el crecimiento de microorganismos se inhibirá debido a la alta presión osmótica de la solución del medio de cultivo. Además, la relación de concentración de varios iones en el medio de cultivo también afectará la presión osmótica del medio de cultivo y la actividad metabólica de los microorganismos. Por lo tanto, es necesario equilibrar la proporción de varios iones en el medio de cultivo. En el proceso de producción por fermentación, sin afectar las características fisiológicas y la tasa de conversión metabólica de los microorganismos, generalmente se prefiere la fermentación en concentraciones más altas para aumentar el rendimiento del producto, y se deben seleccionar cepas de producción con alta presión osmótica tanto como sea posible. Por supuesto, si la concentración del medio es demasiado alta, la viscosidad del medio aumentará y el oxígeno disuelto disminuirá.
Valor 4.ph
El crecimiento normal de diversos microorganismos requiere un valor de pH adecuado. Generalmente, los mohos y las levaduras son más adecuados para ambientes débilmente ácidos, mientras que los actinomicetos y las bacterias son adecuados para ambientes neutros o ligeramente alcalinos. Por tanto, a la hora de preparar el medio de cultivo, si el valor del pH no es el adecuado, se deberá ajustar.
Cuando un microorganismo cambia el valor de pH del medio de cultivo durante el proceso de cultivo, lo que no favorece su propio crecimiento, la composición del medio de cultivo debe considerarse en función de la tasa de utilización de diversos nutrientes por parte de las células microbianas, y los tampones deben añadirse para ajustar el valor de pH de la solución de cultivo.
5. Potencial redox
Para la mayoría de los microorganismos, el potencial redox del medio de cultivo generalmente tiene poco efecto sobre su crecimiento, es decir, el potencial redox adecuado para su crecimiento es más amplio. . Sin embargo, para las bacterias anaeróbicas, debido a los efectos tóxicos del oxígeno, a menudo se añaden agentes reductores al medio de cultivo para reducir el potencial redox.
A la hora de preparar medios de cultivo, no sólo se debe prestar atención a los principios anteriores, sino también considerar el orden en el que se añaden los nutrientes. Para evitar la pérdida de nutrientes causada por la precipitación, el orden de adición de nutrientes generalmente es agregar primero compuestos tampón, luego agregar las sustancias principales después de la disolución y luego agregar factores de crecimiento como vitaminas y aminoácidos.