Differenza chiave: batch vs cultura continua
Microrganismi come batteri e funghi sono molto utili per vari tipi di industrie. Per l'uso industriale, i microrganismi dovrebbero essere coltivati su larga scala durante il processo di fermentazione per estrarre i prodotti necessari risultanti dal metabolismo microbico. Uno speciale apparato chiamato fermentatore industriale viene utilizzato per coltivare e mantenere la biomassa microbica. È un grande vaso progettato per fornire spazio e requisiti necessari per la crescita microbica e il metabolismo. Esistono due tipi di colture di fermentazione industriale comunemente adottate nelle industrie denominate coltura in batch e coltura continua. Il differenza fondamentale tra la coltura in batch e la coltura continua è quello la coltura in batch è una tecnica utilizzata per coltivare microrganismi con disponibilità di nutrienti limitata in un sistema chiuso mentre la coltura continua è una tecnica utilizzata per coltivare microrganismi in condizioni di fornitura ottimale e continua di nutrienti in un sistema aperto in industrie.
Cos'è una cultura batch?
La coltura in batch è una tecnica che coltiva i microrganismi in un sistema chiuso in cui all'inizio viene fornita una quantità limitata di nutrienti. Questa è la tecnica più comune adottata nelle industrie per realizzare prodotti utili utilizzando microrganismi come batteri e funghi. Il microbo che cresce nel fermentatore fermenta i nutrienti. La fermentazione è un processo di scomposizione dei carboidrati in alcoli e acidi da parte di microrganismi in condizioni anossiche. Nella tecnica della coltura in batch, i nutrienti vengono forniti all'inizio e il particolare microrganismo viene inoculato nel fermentatore. Il fermentatore viene chiuso e la temperatura e il pH vengono mantenuti per la crescita dei microrganismi. Il microrganismo cresce all'interno e utilizza i nutrienti forniti e altre condizioni. Con il tempo, i nutrienti diventano limitati e le condizioni ambientali cambiano all'interno del fermentatore. Quindi, la crescita microbica mostra quattro fasi distinte come la fase di latenza, la fase logaritmica, la fase stazionaria e la fase di morte. Al termine della fermentazione, il processo viene interrotto e i prodotti utili vengono estratti e purificati. Il fermentatore viene lavato e sterilizzato prima dell'uso per un' altra coltura batch.
La specialità della tecnica della coltura in batch è che viene eseguita con quantità limitate di nutrienti e per un certo periodo di tempo. La configurazione del fermentatore è facile da realizzare e gestire. Le condizioni ambientali all'interno del fermentatore variano nel tempo. Tuttavia, la temperatura richiesta, le condizioni di pH, l'agitazione, la pressione, ecc. vengono mantenute in modo appropriato per ottenere una corretta formazione del prodotto.
La tecnica della coltura in batch è ampiamente utilizzata per la purificazione di metaboliti secondari come antibiotici, pigmenti, ecc. Questa tecnica non è adatta per la produzione di metaboliti primari e prodotti associati alla crescita.
Figura 01: Cultura batch
Cos'è una cultura continua?
La coltura continua è un' altra tecnica che coltiva microrganismi utili. Mira a mantenere una coltura microbica in continua crescita in fase esponenziale. Può essere ottenuto fornendo continuamente nutrienti freschi, rimuovendo i rifiuti e i prodotti accumulati alla stessa velocità e mantenendo le altre condizioni ai valori ottimali. Viene fatto all'interno di una camera speciale chiamata chemostato come mostrato nella figura 02. Il mezzo fresco viene aggiunto continuamente da un'estremità mentre i prodotti metabolici vengono estratti continuamente dall' altra estremità del chemostato per mantenere il volume della coltura a un livello costante.
La coltura continua viene utilizzata nelle industrie quando è necessario estrarre utili metaboliti primari come amminoacidi, acidi organici, ecc.dai microrganismi. I metaboliti primari sono prodotti alla massima velocità quando i microrganismi sono nella loro fase esponenziale. Quindi la coltura continua mira sempre a mantenere la biomassa microbica nella fase logaritmica. Viene eseguito monitorando continuamente il processo e controllando il sistema.
Figura 02: Cultura continua in chemostatico
Qual è la differenza tra Batch e Cultura Continua?
Batch vs cultura continua |
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| La tecnica della coltura in batch viene utilizzata per coltivare microrganismi benefici in quantità limitate di nutrienti in un fermentatore chiuso per un certo periodo di tempo. La crescita microbica all'interno della coltura batch mostra una tipica curva di crescita microbica in cui possono essere identificate quattro fasi distinte. | La tecnica di coltura continua viene utilizzata per coltivare microrganismi benefici a un livello ottimale di nutrienti in un sistema aperto in cui i nutrienti vengono aggiunti continuamente e rifiuti e prodotti vengono rimossi alla stessa velocità per mantenere la crescita a una fase esponenziale. |
| Nutrienti | |
| I nutrienti vengono forniti una volta prima di iniziare il processo di fermentazione. | I nutrienti vengono aggiunti molte volte (all'inizio e durante il processo). |
| Tipo di sistema | |
| La cultura batch è un sistema chiuso | La cultura continua è un sistema aperto. |
| Chiusura del processo | |
| Il processo di coltura in batch viene interrotto dopo la formazione del prodotto. | Il processo non viene interrotto anche se il prodotto si è formato. La rimozione continua del prodotto avviene senza interrompere il processo in coltura continua. |
| Condizioni ambientali | |
| Le condizioni ambientali all'interno della coltura batch non sono costanti. | Le condizioni ambientali all'interno della cultura continua sono mantenute a un livello costante. |
| Crescita microbica | |
| La crescita microbica all'interno della coltura batch segue le fasi di latenza, log e stazionaria. | La crescita microbica è mantenuta a un livello ottimale, che è una fase di crescita esponenziale. |
| Tasso di fatturato | |
| Il tasso di turnover è basso poiché i nutrienti e altre condizioni sono limitati all'interno. | Il tasso di turnover è elevato poiché vengono mantenuti i livelli ottimali di nutrienti e altre condizioni. |
| Fermentatore usato | |
| Un fermentatore di grandi dimensioni viene utilizzato per le colture batch | Un fermentatore di piccole dimensioni viene utilizzato per la coltura continua. |
| Usa | |
| La fermentazione in batch è comunemente usata nelle industrie | La fermentazione in coltura continua è meno utilizzata nelle industrie. |
| Impostazione culturale | |
| L'impostazione della cultura batch è facile da realizzare ed eseguire. | La configurazione continua della cultura non è facile da realizzare ed eseguire. |
| Contaminazione | |
| Le contaminazioni sono minime nelle colture batch | La possibilità di contaminazione è alta nella cultura continua. |
| Metodi di controllo | |
| I metodi di controllo sono facili e veloci. | I metodi di controllo sono complicati e richiedono molto tempo. |
| Idoneità | |
| La coltura in batch è più adatta per la produzione di metaboliti secondari come gli antibiotici. | La coltura continua è più adatta per la produzione di metaboliti primari come aminoacidi e acidi organici. |
Riepilogo – Batch vs cultura continua
La coltura in batch e la coltura continua sono due tipi di tecniche impiegate per coltivare microrganismi su larga scala per scopi industriali e di altro tipo. Nella coltura in batch, i microrganismi vengono forniti con sostanze nutritive all'inizio e cresciuti. Quando i microbi utilizzano i nutrienti disponibili, i nutrienti diventano limitati dopo un certo periodo di tempo. I microrganismi crescono attraverso le fasi di lag, log, stazionaria e morte. Il processo di fermentazione viene effettuato in batch con la tecnica della coltura in batch. Dopo ogni lotto, il fermentatore viene pulito e utilizzato fresco per il lotto successivo. In coltura continua, ai microrganismi vengono forniti livelli adeguati di nutrienti freschi continuamente per mantenere i microbi sempre in fase logaritmica per estrarre i metaboliti primari dei microrganismi. Il volume della coltura continua viene mantenuto ad un valore costante aggiungendo nutrienti freschi e rimuovendo i prodotti alla stessa velocità senza interrompere il processo. La coltura in lotti è necessaria rispetto a un grande fermentatore chiuso mentre è necessaria una coltura continua un piccolo fermentatore aperto. Questa è la differenza tra la cultura batch e quella continua.
