В цехе используется технология глубокой жидкостной культуры для эффективного размножения и активации микроорганизмов в малых и больших количествах, от лабораторного этапа до этапа промышленного производства, обеспечивая достаточное количество и подходящую активность затравки для ферментационного производства и гарантируя бесперебойное протекание процесса ферментации.
Подготовка семян в производственном цехе обычно называется подготовкой вегетативной культуры (подготовкой мицелия), а вегетативная культура представляет собой погружную культуру в засевном резервуаре. Цель подготовки семян в производственном цехе — дать возможность ограниченному количеству мицелия в инокуляционной бутылке вырасти и размножиться до большого количества вегетативных клеток, тем самым сокращая время размножения в ферментере. Подготовка семян осуществляется в засевном резервуаре с использованием погружной жидкой культуры.
Приготовленные в лаборатории споры или мицелий переносят в засевной резервуар для крупномасштабного культивирования. Хотя состав питательной среды в засевном резервуаре варьируется в зависимости от штамма, основной принцип заключается в использовании компонентов, легко усваиваемых мицелием, таких как глюкоза, кукурузный экстракт и фосфат. Одновременно необходимо обеспечить достаточный приток стерильного воздуха и непрерывное перемешивание смеси для равномерного распределения мицелия в питательной среде и поддержания одинаковых условий культивирования.
Существует несколько методов инокуляции в резервуары для семян. Суспензии спор обычно инокулируют методом микропористой инокуляции; для инокуляции с использованием вегетативной культуры семян в колбах-шейкерах резервуар для семян может быть соединен под огнезащитой или методом перепада давления. Основным методом переноса семян между резервуарами для семян или ферментерами является метод перепада давления с использованием труб для переноса семян. Во время процесса переноса крайне важно предотвратить падение давления в принимающем резервуаре до нуля, иначе может произойти загрязнение.
Процесс подготовки семян представляет собой поэтапный процесс масштабирования, варьирующийся в зависимости от сорта продукта. Обычно его делят на первичную, вторичную и третичную подготовку семян. Почему необходимо поэтапное масштабирование? Потому что количество спор и мицелия, подготовленных в лаборатории, ограничено. Прямое внесение небольшого количества инокулята в ферментер объемом в десятки кубических метров приведет к очень длительному периоду роста, затягиванию непродуктивного цикла в ферментере, что неэкономично для производства. Кроме того, в соответствии с особенностями роста микроорганизмов, слишком малый размер инокулята приведет к плохому росту мицелия или образованию мицелиальных комков, что повлияет на синтез продукта. Поэтому, основываясь на практическом опыте, применяется поэтапный метод масштабирования.
Количество стадий зависит от характеристик роста бактериального штамма, скорости прорастания спор и размножения клеток, а также объема используемого ферментера. Для быстрорастущих бактерий количество посевной культуры относительно невелико, и, соответственно, количество стадий также невелико. Например, при производстве глутаминовой кислоты посевные культуры инокулируют в резервуар для посева с помощью скошенной культуры в колбе с баклажанами или культуры в колбе с перемешиванием и инкубируют при 32°C в течение 7-10 часов до достижения концентрации бактерий 10⁸-10⁹ клеток/мл. Затем эту культуру инокулируют в ферментер в качестве посевной культуры, что называется первичной культурой для расширения резервуара для посева. Ферментация с использованием первичной посевной культуры называется вторичной ферментацией. Для медленнорастущих штаммов, таких как штаммы для производства пенициллина, суспензию спор инокулируют в первичный резервуар для посева и инкубируют при 25°C в течение 40 часов. В это время споры прорастают, и растет мицелий. Затем их переносят во вторичный резервуар для посева, содержащий свежую культуральную среду, и инкубируют при 27°C в течение 15-24 часов. Мицелий быстро размножается, образуя крепкие клетки. Затем этот мицелий можно перенести в ферментер в качестве посевной культуры, что называется культивированием в вторичном резервуаре для посева, с последующей третичной ферментацией. Обычно третичная ферментация используется в ферментере объемом 50 м³. Для медленно растущих штаммов, таких как *Streptomyces griseus*, для крупномасштабного культивирования обычно используется трехступенчатый резервуар для посева. В экспериментах, проводимых в небольших ферментерах (5-30 л), иногда также используется прямая инокуляция спор или мицелия в резервуар для ферментации; это называется первичной ферментацией.
Меньшее количество стадий культивирования в затравочных резервуарах упрощает процесс и контроль, снижая вероятность загрязнения при многократных переливаниях. Однако для повышения эффективности ферментации необходимо учитывать характеристики каждого производственного штамма и конфигурацию оборудования производственного цеха. Хотя количество стадий культивирования в затравочных резервуарах зависит от сорта продукта и масштаба производства, оно также связано с выбранными условиями процесса. Например, изменение условий культивирования в затравочном резервуаре для ускорения прорастания спор и размножения мицелия может соответственно сократить количество стадий культивирования в затравочных резервуарах.