, NO3− peptone các amino acid (sử dụng ở quy mơ phịng thí nghiệm).
2. CÁC BƯỚC TRIỂN KHAI LÊN MEN CÔNG NGHIỆP 1 Nhân giống vi sinh vật
2.2.3. Chuẩn bị môi trường lên men và thiết bị
Môi trường nhân giống lớn và môi trường lên men sản xuất nhìn chung thường khơng được cơng khai, được xem như là những bí mật thương mại của mỗi nhà sản xuất. Thực tế này cho thấy việc tối ưu hóa thành phần mơi trường lên men có vai trị rất quan trọng, quyết định đến năng lực và hiệu quả của quá trình lên men. Sự đa dạng của thế giới vi sinh vật cùng với nhu cầu đa dạng tương ứng về nguồn dinh dưỡng làm cho thành phần môi trường và nồng độ cần thiết của các cấu tử trong môi trường sẽ rất đa dạng và khác nhau, tùy vào chủng vi sinh vật và mục tiêu công nghệ lựa chọn.
Môi trường lên men cần đảm bảo các nguồn thức ăn carbon, nguồn nitrogen, các nguyên tố khoáng và nguyên tố vi lượng nhưng đồng thời phải thích hợp với các mục tiêu cơng nghệ theo hướng tạo ra nhiều sản phẩm với hiệu suất chuyển hóa cao. Trong phần lớn q trình lên men, việc thay đổi thành phần môi trường, nồng độ các cấu tử và sự biến thiên nồng độ của chúng trong suốt q trình có quan hệ chặt chẽ với phổ các sản phẩm tạo thành của quá trình (ảnh hưởng này xuất hiện cả với các cấu tử đa lượng cũng như các cấu tử vi lượng, các ion khống, vitamin,…). Với một số cơng nghệ có yêu cầu sử dụng chất định hướng hay chất phụ gia kỹ thuật (chất phá bọt, chất cảm ứng, chất kìm hãm,….), thì việc sử dụng các cấu tử này đúng thời điểm sẽ có ý nghĩa rất quan trọng đến chất lượng và hiệu quả chung của q trình lên men. Với sản
xuất lớn cơng nghiệp, việc lựa chọn nguyên liệu để pha chế môi trường lên men một mặt gắn chặt với yêu cầu công nghệ, nhưng đồng thời đảm bảo được yêu cầu sống còn đối với sản xuất là: khả thi trong điều kiện thực tiễn và đáp ứng được các chỉ tiêu về hiệu quả kinh tế, góp phần hạ giá thành sản phẩm.
Tùy thuộc vào yêu cầu kỹ thuật và cơng nghệ đặc thù của từng quy trình, mơi trường lên men có thể được pha chế chung rồi mới xử lý khử trùng hoặc pha chế theo từng nhóm thành phần và khử trùng riêng, sau đó phối trộn lại với nhau. Để khử trùng mơi trường lên men có thể áp dụng các phương pháp sau: thanh trùng ở nhiệt độ cao, lọc qua màng lọc vô khuẩn, sử dụng chất diệt khuẩn hay sử dụng tia năng lượng. Trong đó với các q trình lên men khắt khe về khử khuẩn, người ta áp dụng phổ biến kỹ thuật thanh trùng môi trường bằng nhiệt độ cao (theo phương pháp gián đoạn 1210
C, hay thanh trùng liên tục với thời gian ngắn hơn ở nhiệt độ 137- 1450C), hoặc lọc qua màng siêu lọc (thường áp dụng với từng thành phần riêng rẽ hay các cấu tử có nhu cầu về lượng thấp). Việc xác định chế độ thanh trùng phụ thuộc vào nhiều yếu tố: số lượng vi sinh vật ban đầu và khả năng chịu nhiệt của hệ vi sinh vật trong môi trường cần thanh trùng, yêu cầu chất lượng thanh trùng, hiệu quả truyền nhiệt của thiết bị và của môi trường cần thanh trùng, khả năng chịu nhiệt của các cấu tử trong môi trường …Thực tiễn cho thấy, việc xác định chế độ thanh trùng hợp lý và việc nâng cao hiệu quả quá trình thanh trùng là rất cần thiết. Tuy nhiên, u cầu địi hỏi vơ trùng tuyệt đối môi trường lên men trong sản xuất công nghiệp, với phần lớn các trường hợp, là không thực tế và không kinh tế. Thay vào yêu cầu vô trùng nghiêm ngặt môi trường, trong công nghệ người ta thường sử dụng khái niệm lên men an tồn. Theo đó, nếu gọi số lượng vi sinh vật sót lại sau thanh trùng là N tế bào /ml, thì khi tính tốn để xác định chế độ thanh trùng môi trường lên men cho công nghiệp sản xuất không bắt buộc phải đạt N = 0, mà trên nguyên tắc có thể áp dụng là:
+ Chọn N<1 với các quy trình cơng nghệ có thời gian lên men ngắn và có thể chấp nhận rủi ro do nhiễm tạp gây ra.
+ Chọn N<10-3 với quy trình cơng nghệ thời gian lên men dài và yêu cầu độ an toàn cao.
Khi lựa chọn chế độ thanh trùng, phải bám sát yêu cầu nghiêm ngặt về mức độ vô trùng của cơng nghệ, gắn liền với tính khả thi và hiệu quả kinh tế chung của tồn q trình trong thực tiễn, có cân đối đến khả năng phải làm lại mơi trường với chi phí bổ sung, so với phương án áp dụng chế độ thanh trùng nghiêm ngặt hơn.
Để hạn chế nhiễm tạp cho thiết bị và môi trường lên men, tùy thuộc vào yêu cầu về mức độ khử trùng, thời gian gần đây nồi thanh trùng môi trường thường được ghép cứng với thiết bị lên men thành hệ thống kín và được thanh trùng đồng thời (in situ sterilization) hay sử dụng thiết bị lên men để thanh trùng mơi trường.
Với các q trình lên men hiếu khí, cần phải có khơng khí sạch để sục vào dịch lên men. Ngoài ra, để khử trùng các thiết bị, tùy thuộc vào yêu cầu mức độ vô trùng, tùy thuộc vào loại thiết bị mà người ta lựa chọn các phương pháp cho phù hợp. Đồng thời với việc khử trùng thiết bị, cũng áp dụng chế độ khử trùng nghiêm ngặt tương ứng cho các thiết bị phụ trợ khác như hệ thống ống dẫn, van khớp nối, bơm vận chuyển, hệ
thống cung cấp nguyên liệu, hệ thống xử lý và cung cấp khơng khí sạch, hệ thống thốt khí thải….