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Batch-Fermentation (Batch-Kultur)
Batch-Fermentation ist die einfachste Art der Fermentation; es besteht aus einem mechanisch gerührten behälter mit weiterem zubehör wie einem begaser und einem heiz-/kühlmantel. Es wird auch häufig in der biologischen Industrie verwendet, einschließlich der mikrobiellen Fermentation, des Zellstoffwechsels und der Herstellung von Produkten. Bei der Batch-Fermentation werden Substrat und Mikroorganismen chargenweise in den Fermenter geladen.
Was Sie über die Chargenfermentation wissen müssen
- Die Gärung erfolgt in einem geschlossenen Fermenter, wobei während des Prozesses nichts hinzugefügt oder entfernt wird (außer dem Ablassen von Gas).
- Der Prozess ist einfach einzurichten und auszuführen. Die Instrumentierung ist nicht so komplex.
- Der Fermenter muss vor dem nächsten Fermentationsschritt gewaschen werden.
- Es eignet sich zur Produktion von Sekundärmetaboliten, deren Produktion nie mit dem Wachstum der Mikroben verbunden ist. Beispiel sind Antibiotika.
- Die Umgebungsbedingungen im Fementer werden nie konstant gehalten.
- Der Inhalt des Fermenters wird nach dem Fermentationsprozess zur Isolierung von Produkten entfernt.
- Normalerweise werden Nährstoffe im Fermenter relativ langsam verwertet.
- Nährstoffe werden nur einmal zu Beginn und nie zwischen dem Fermentationsprozess hinzugefügt.
- Für die Produktion von Biomasse wie Single Cell Proteins (SCP) ist es weniger geeignet.
- Mikroben im Fermenter zeigen Lag-, Log- und stationäre Wachstumsphasen.
- Der Prozess ist mit der Bildung des Produkts beendet.
- Batch-Fermentation hat eine große Anwendung in der industriellen Produktion.
- Die Umwandlung des Stoffes in das gewünschte Produkt ist geringer (Umsatz ist geringer).
- Der Fermenter kann bei jeder getrennten Verwendung für verschiedene Reaktionen verwendet werden.
- Batch-Fermentation führt zu erheblichen Zeiträumen zwischen den Anwendungen, was letztendlich zu höheren Kosten führt.
Kontinuierliche Fermentation (kontinuierliche Kultur)
Die kontinuierliche Fermentation ist ein offenes System, bei dem dem System steriles Substrat mit einer bestimmten Verdünnungsrate zugesetzt wird, während gleichzeitig ein gleiches Volumen an umgewandeltem Substrat, das das Produkt enthält, zusammen mit dem Hersteller entfernt wird. Zu den für die kontinuierliche Fermentation beanspruchten Vorteilen zählen eine effiziente Pflanzenausnutzung, eine verbesserte Kohlenhydratausnutzung, ein erhöhter Durchsatz und eine höhere Konsistenz.
Was Sie über kontinuierliche Fermentation wissen müssen
- Die Fermentation wird in einem offenen Fermenter durchgeführt, wobei während des gesamten Prozesses Nährstoffe hinzugefügt und das Produkt mit konstanter Geschwindigkeit entfernt wird.
- Der Prozess ist nicht so einfach einzurichten. Es erfordert etwas Raffinesse in Bezug auf die Instrumentierung.
- Der Fermenter wird vor dem anschließenden Fermentationsschritt nie gewaschen, da kontinuierlich Nährstoffe und Mikroben zugeführt werden.
- Es eignet sich zur Produktion von Primärmetaboliten, deren Produktion mit dem Wachstum des Organismus verbunden ist. Beispiele umfassen organische Säuren und Aminosäuren.
- Die Umgebungsbedingungen im Fermenter werden immer konstant gehalten.
- Der Inhalt des Fermenters wird niemals zur Isolierung von Produkten entnommen, da er aus dem Überlauf des Fermenters entnommen wird.
- Normalerweise werden Nährstoffe im Fermenter relativ schneller verwertet.
- Nährstoffe werden zu Beginn und zwischen den Fermentationsprozessen viele Male hinzugefügt.
- Es ist effizienter und für die Produktion von Biomasse wie Single Cell Proteins (SCP) geeignet.
- Im Fermenter wird eine optimale oder exponentielle Wachstumsrate der Mikroben aufrechterhalten.
- Mit der Produktbildung ist der Prozess für das Sammeln des Produkts nicht beendet, sondern das Produkt wird kontinuierlich aus dem Fermenter entnommen.
- Kontinuierliche Fermentation hat eine begrenzte Anwendung in der industriellen Produktion.
- Die Umwandlung des Stoffes in das gewünschte Produkt ist hoch (Umsatz ist hoch).
- Durch ständige Anpassungen besteht ein hohes Kontaminationsrisiko.
- Kontinuierliche Fermentation bedeutet eine kontinuierliche Reaktion ohne Leerlaufzeiten, wodurch die Arbeitskosten gesenkt und die Produktausbeute erhöht werden.
Unterschied zwischen Batch- und kontinuierlicher Fermentation in Tabellenform
| VERGLEICHSGRUNDLAGE | CHARGENFERMENTATION | KONTINUIERLICHE FERMENTATION |
| Beschreibung | Die Gärung erfolgt in einem geschlossenen Fermenter, wobei während des Prozesses nichts hinzugefügt oder entfernt wird (außer dem Ablassen von Gas). | Die Fermentation wird in einem offenen Fermenter durchgeführt, wobei während des gesamten Prozesses Nährstoffe hinzugefügt und das Produkt mit konstanter Geschwindigkeit entfernt wird. |
| Flexibilität | Der Prozess ist einfach einzurichten und auszuführen. Die Instrumentierung ist nicht so komplex. | Der Prozess ist nicht so einfach einzurichten. Es erfordert etwas Raffinesse in Bezug auf die Instrumentierung. |
| Waschen des Fermenters | Der Fermenter muss vor dem nächsten Fermentationsschritt gewaschen werden. | Der Fermenter wird vor dem anschließenden Fermentationsschritt nie gewaschen, da kontinuierlich Nährstoffe und Mikroben zugeführt werden. |
| Eignung | Es eignet sich zur Produktion von Sekundärmetaboliten, deren Produktion nie mit dem Wachstum der Mikroben verbunden ist. Beispiel sind Antibiotika. | Es eignet sich zur Produktion von Primärmetaboliten, deren Produktion mit dem Wachstum des Organismus verbunden ist. Beispiele umfassen organische Säuren und Aminosäuren. |
| Umweltbedingungen | Die Umgebungsbedingungen im Fementer werden nie konstant gehalten. | Die Umgebungsbedingungen im Fermenter werden immer konstant gehalten. |
| Isolierung von Produkten | Der Inhalt des Fermenters wird nach dem Fermentationsprozess zur Isolierung von Produkten entfernt. | Der Inhalt des Fermenters wird niemals zur Isolierung von Produkten entnommen, da er aus dem Überlauf des Fermenters entnommen wird. |
| Rate der Nährstoffverwendung | Normalerweise werden Nährstoffe im Fermenter relativ langsam verwertet. | Normalerweise werden Nährstoffe im Fermenter relativ schneller verwertet. |
| Nährstoffzugabe | Nährstoffe werden nur einmal zu Beginn und nie zwischen dem Fermentationsprozess hinzugefügt. | Nährstoffe werden zu Beginn und zwischen den Fermentationsprozessen viele Male hinzugefügt. |
| Eignung bei der Produktion von Biomasse | Für die Produktion von Biomasse wie Single Cell Proteins (SCP) ist es weniger geeignet. | Es ist effizienter und für die Produktion von Biomasse wie Single Cell Proteins (SCP) geeignet. |
| Wachstumsrate von Mikroben | Mikroben im Fermenter zeigen Lag-, Log- und stationäre Wachstumsphasen. | Im Fermenter wird eine optimale oder exponentielle Wachstumsrate der Mikroben aufrechterhalten. |
| Ende des Prozesses | Der Prozess ist mit der Bildung des Produkts beendet. | Mit der Produktbildung ist der Prozess für das Sammeln des Produkts nicht beendet, sondern das Produkt wird kontinuierlich aus dem Fermenter entnommen. |
| Anwendung | Batch-Fermentation hat eine große Anwendung in der industriellen Produktion. | Kontinuierliche Fermentation hat eine begrenzte Anwendung in der industriellen Produktion. |
| Umsatz | Die Umwandlung des Stoffes in das gewünschte Produkt ist geringer (Umsatz ist geringer). | Die Umwandlung des Stoffes in das gewünschte Produkt ist hoch (Umsatz ist hoch). |
| Kontaminationsrisiko | Der Fermenter kann bei jeder getrennten Verwendung für verschiedene Reaktionen verwendet werden. | Durch ständige Anpassungen besteht ein hohes Kontaminationsrisiko. |
| Kosten | Batch-Fermentation führt zu erheblichen Zeiträumen zwischen den Anwendungen, was letztendlich zu höheren Kosten führt. | Kontinuierliche Fermentation bedeutet eine kontinuierliche Reaktion ohne Leerlaufzeiten, wodurch die Arbeitskosten gesenkt und die Produktausbeute erhöht werden. |
Was sind einige der Ähnlichkeiten zwischen Batch-Fermentation und kontinuierlicher Fermentation?
- Beide Prozesse finden unter kontrollierten Umgebungsbedingungen statt.
- Beide Verfahren können zur Herstellung von mikrobieller Biomasse verwendet werden.
- Der Maschinenbau und die Komponenten der Fermenter sind in beiden Fällen nahezu ähnlich.
- Beides sind großtechnische Produktionsprozesse.
- Batch- und kontinuierliche Fermentation können zur Herstellung von Starterkulturen für Milchprodukte verwendet werden.
Batch-Kulturdiagramm
Kontinuierliches Fermentationsdiagramm
