Trên thực tế quá trình lên men trên cơ chất rắn (xốp) cũng đ−ợc ứng dụng rộng rãi từ lâu đời. Nuôi nấm mốc A. oryzae, A. niger... trên cơm gạo hay ngô để lμm t−ơng theo ph−ơng pháp truyền thống hay công nghiệp. Nuôi các nấm mốc trên cám vμ trấu để tạo amylase dùng trong công nghiệp lên men r−ợu, trồng nấm trên cơ chất lμ rơm, rạ, mùn c−a bông thải loại ... vμ nhiều thí dụ khác nữa. Lên men trên cơ chất rắn có −u điểm lμ dễ thực hiện, không đòi hỏi thiết bị đắt tiền, điều kiện vô trùng cũng không cần tuyệt đối do đó ng−ời thao tác cũng không cần có trình độ cao. Th−ờng gọi công nghệ lên men trên cơ
chất rắn lμ công nghệ gia đình, công nghệ lên men truyền thống. Chính công nghệ nμy đã bổ sung đ−ợc rất nhiều sản phẩm quí hiếm, đặc biệt lμ những thực phẩm lên men cần số l−ợng ít giμu dinh d−ỡng trong khi công nghệ lên men chìm không thể thực hiện đ−ợc (bảng 3.6).
Bảng 3.6. Một vài ví dụ lên men trên cơ chất rắn Ví dụ Cơ chất Vi sinh vật sử dụng
Trồng nấm (Âu châu và ph−ơng đông)
Rơm, phân Agaricus bisporus, Lentinula edodes, Volvariella volvaceae
D−a cải bắp Cải bắp Vi khuẩn lactic
T−ơng Đậu t−ơng và gạo Rhizopus oligosporus
Chao Đậu t−ơng Rhizopus oligosporus
Phomát Bột sữa Penicillium roquefortii
Acid hữu cơ Rỉ đ−ờng Aspergillus niger
Các enzym Cám gạo, mì Aspergillus niger
Phân trộn Hỗn hợp các chất hữu cơ Nấm mốc, vi khuẩn, xạ khuẩn
Xử lý n−ớc thải Các thành phần của n−ớc thải Vi khuẩn, nấm mốc và protozoa
Các n−ớc ph−ơng tây th−ờng áp dụng ph−ơng pháp lên men nμy để trồng nấm, sản xuất phomát. Một −u điểm nữa của kỹ thuật lên men trên cơ chất rắn lμ có thể lên men cùng một lúc một hoặc hai, ba vi sinh vật trên cơ chất đó mμ không gọi lμ nhiễm trùng. Một vi sinh vật tạo ra sản phẩm lên men chính, vi sinh vật thứ hai có thể tạo ra h−ơng vị ... lμm cho sản phẩm lên men thêm hấp dẫn vμ giá trị. Nấu r−ợu bằng bánh men thuốc bắc lμ ví dụ điển hình.
Ng−ời ta cũng chế tạo ra các thiết bị để lên men các cơ chất rắn, tuy nhiên cấu tạo của nó đơn giản hơn nhiều so với thiết bị lên men chìm (hình 3.3).
10. Kỹ thuật nuôi cấy tế bμo động vật vμ thực vật
Các phần trên đã mô tả các quá trình kỹ thuật lên men vi sinh vật (vi khuẩn, nấm men, nấm mốc). Trong những năm gần đây kỹ thuật nuôi cấy tế bμo động vật vμ thực vật đã đ−ợc đẩy mạnh nghiên cứu vμ có nhiều ứng dụng trong thực tế. Sử dụng kỹ thuật nuôi cấy tế bμo để chuyển vi sinh vật vμo một loại cây trồng nμo đó bằng kỹ thuật di truyền sẽ đề cập đến ở một ch−ơng riêng. ở đây ta chỉ xem xét đến khả năng nuôi cấy tế bμo thực vật thuần tuý trong các bình lên men để thu sản phẩm, giống nh− lên men vi
vμ có thể chấp nhận đ−ợc nếu nh− tiến hμnh trên đối t−ợng lμ những cây có giá trị kinh tế cao nh− cây d−ơng địa hoμng (digitalis), nhμi (jasmine), l−u lan h−ơng (spearmint).
Nuôi cấy tế bμo thực vật bằng ph−ơng pháp nuôi cấy chìm có khuấy trộn vμ sục không khí vô trùng về nguyên tắc cũng giống nh− lên men vi sinh vật. Tuy nhiên mức độ cung cấp không khí vμ tốc độ khuấy ở đây thấp hơn nhiều so với lên men vi sinh vật. Tuy đã có những sản phẩm nuôi cấy tế bμo thực vật trên thị tr−ờng nh−ng ng−ời ta cũng ít hy vọng lμ nó sẽ có những sản phẩm hμng hoá cạnh tranh trên thị tr−ờng trong t−ơng lai. Nuôi cấy mô tế bμo thực vật đ−ợc áp dụng để nhân giống vô tính, sạch bệnh cung cấp giống cây trồng. Nuôi cấy tế bμo vμ mô động vật trong vμi chục năm trở lại đây cũng phát triển rộng rãi do áp dụng kỹ thuật di truyền. Hμng loạt tế bμo vμ mô đã đ−ợc nuôi cấy nhân tạo nh−: tế bμo tuỷ x−ơng, sụn, gan, phổi, vú, da, ruột, thận, thần kinh, tuyến yên vμ nhiều loại tế bμo ung th− khác. Sử dụng ph−ơng pháp nuôi cấy tế bμo trên qui mô công nghiệp để sản xuất ra những chế phẩm sinh học có giá trị cao dùng trong y học nh− các vaccin (bại liệt, sởi, quai bị, dại ...), interferon, các hormon, insulin, plasminogen vμ các kháng thể. Vấn đề khó khăn chính trong kỹ thuật nuôi cấy tế bμo lμ: tế bμo nuôi rất nhạy cảm với những vi sinh vật nhiễm trong môi tr−ờng. Do đó nuôi cấy tế bμo phải thực hiện ở điều kiện vô trùng tuyệt đối. Khi tách lấy một tế bμo từ một cơ quan của động vật đã biết gọi lμ tế bμo gốc chuẩn bị cho nuôi cấy tiếp sau, ở giai đoạn nμy các tế bμo th−ờng không đồng nhất, sau đó phải tìm ra đ−ợc tế bμo đại diện cho tế bμo kiểu cha mẹ biểu hiện những đặc điểm của mô học. Sau một vμi lần nuôi cấy trên môi tr−ờng chọn lọc, dòng tế bμo chọn đ−ợc chẳng những không chết mμ chuyển thμnh dòng tế bμo liên tục. So sánh với dòng tế bμo nuôi ban đầu thì thấy rõ chúng đã có những thay đổi trong hình thái của tế bμo chất, tế bμo phát triển nhanh hơn, tăng thêm một số đặc điểm ở nhiễm sắc thể. Tế bμo động vật không những phát triển khi nuôi cấy ở dạng nhũ dịch mμ còn mọc đ−ợc trên bề mặt môi tr−ờng đặc. Các tế bμo nh− kiểu Hela (các tế bμo đã biến đổi từ một tế bμo u ác ở ng−ời) cũng có thể phát triển trong môi tr−ờng nuôi cấy huyền dịch, trong khi đó các tế bμo gốc hoặc tế bμo diploid bình th−ờng chỉ mọc trên bề mặt môi tr−ờng đặc. Nuôi cấy bề mặt các tế bμo động vật bị ảnh h−ởng bởi diện tích bề mặt mμ tế bμo tiếp xúc, do vậy phải tạo ra các thiết bị nuôi sao cho bề mặt tiếp xúc của tế bμo đạt đ−ợc tối đa. Có nhiều kiểu bình nuôi đ−ợc thiết kế theo các hình dáng khác nhau nh− dạng ống, hoặc chai bẹt cốt để cho mặt thoáng rộng để tế bμo dễ dμng hô hấp.
Nuôi cấy dạng huyền dịch có thể tiến hμnh trong các bình lên men nh−
nuôi vi sinh vật. Gần đây còn kết hợp nuôi cấy dạng huyền dịch có bề mặt tiếp xúc rộng bằng cách nuôi tế bμo trên những hạt mang tế bμo dạng đặc biệt giống nh− Sephadex - DEAE. Các hạt nμy có diện tích bề mặt 7 cm2/mg. Các hạt nμy nổi trên huyền dịch. Bằng các kỹ thuật nuôi cấy tế bμo ng−ời ta đã sản xuất thμnh công những d−ợc phẩm quan trọng kháng virus vμ ung th−.