Морфология грибов при поверхностном и глубинном культивировании

При поверхностном методе культура растет на поверхности твердой увлажненной питательной среды. Мицелий полностью обволакивает и довольно прочно скрепляет твердые частицы субстрата, из которого получают питательные вещества. Поскольку для дыхания клетки используют кислород, то среда должна быть рыхлой, а слой культуры-продуцента небольшим.

Выращивание производственной культуры происходит обычно в асептических условиях, но среду и кюветы необходимо простерилизовать. Перед каждой новой загрузкой также необходима стерилизация оборудования.

Преимущества поверхностной культуры: значительно более высокая конечная концентрация фермента на единицу массу среды (при осахаривании крахмала 5 кг поверхностной культуры заменяют 100 кг культуральной жидкости), поверхностная культура относительно легко высушивается, легко переводится в товарную форму.

Посевной материал может быть трёх видов:

• — культура, выросшая на твердой питательной среде;
• — споровый материал;
• — мицелиальная культура, выращенная глубинным способом.

В три этапа получают и посевную культуру. Сначала музейную культуру продуцента пересевают на 1 — 1.5 г увлажненных стерильных пшеничных отрубей в пробирку и выращивают в термостате до обильного спорообразования. Второй этап — аналогично, но в колбах, третий — в сосудах с 500 г среды.

Основу питательной среды составляют пшеничные отруби, как источник необходимых питательных и ростовых веществ. Кроме того, они создают необходимую структуру среды. Для повышения активности ферментов к отрубям можно добавлять свекловичный жом, соевый шрот, крахмал, растительные отходы. Стерилизуют среду острым паром при помешивании (температура — 105−140 С, время 60−90 минут). После этого среду засевают и раскладывают ровным слоем в стерильных кюветах. Кюветы помещают в растильные камеры. Культивируют в течение 36−48 часов.

Рост делится на три периода, примерно равных по времени. Сначала происходит набухание конидий и их прорастание (температура не ниже 28о С), затем рост мицелия в виде пушка серовато-белого цвета (необходимо выводить выделяемое тепло) и образование конидий. Для создания благоприятных условий роста и развития продуцента необходима аэрация и поддержание оптимальной влажности (55−70%).

Выросшая в неподвижном слое при поверхностном культивировании культура представляет корж из набухших частиц среды, плотно связанных сросшимся мицелием. Массу размельчают до гранул 5−5 мм. Культуру высушивают до 10−12% влажности при температурах не выше 40оС, не долее 30 минут. Иногда препарат применяют прямо в неочищенном виде — в кожевенной и спиртовой промышленности. В пищевой и особенно медицинской промышленности используются ферменты только высокой степени очистки.

Процесс глубинного культивирования мицелиальных грибов отличается «тяжелыми» реологическими характеристиками культуральной среды в связи с наличием в среде агломератов мицелия. Мицелий состоит из последовательно соединенных клеток гриба, образующих длинные нити, которые в процессе роста сплетаются в комки различных размеров. Эта особенность приводит к существенному искажению микрокинетических и макрокинетических закономерностей процесса в реальных условиях культивирования. Кроме того, мицелиальные грибы, по сравнению с бактериальными клетками, более чувствительны к механическим воздействиям при технической реализации процесса суспензионного культивирования.

Основным условием управляемого культивирования мицелиальных грибов является возможность гомогенного распределения мицелия по всему объему питательной среды биореактора и создание в каждой его точке оптимальных условий для роста биомассы. В биореакторе с механической мешалкой мицелий часто травмируется лопастями мешалки. Кроме того, комки и агломераты мицелия прирастают к внутренним поверхностям биореактора и затрудняют транспорт питательной среды к культуре и отток продуктов метаболизма. В результате рост мицелия в комках существенно тормозится, а в центре крупных комков происходит лизис клеток.