c. Giống nuôi trên máy lắc; d. Bình nhân giống cấp 1; e. Bình nhân giống cấp 2; f. Bình lên men tạo sản phẩm.
8. Thiết kế môi tr−ờng cho quá trình lên men
N−ớc lμ thμnh phần chính, lμ trung tâm của mọi quá trình sinh học. Các thμnh phần dinh d−ỡng môi tr−ờng đều hoμ tan vμo n−ớc, từ đó các vi sinh vật mới có thể hấp thu vμ đồng hoá để phát triển. Sau khi quá trình lên men kết thúc, việc loại bỏ n−ớc để tinh chế thu sản phẩm lμ một vấn đề khá phức tạp. Chi phí cho công đoạn nμy chiếm phần lớn giá thμnh sản phẩm. Trong công nghệ lên men sử dụng khá nhiều các nguyên liệu dạng thô, có thể coi n−ớc cũng lμ nguyên liệu thô. Trong các quá trình lên men, vi sinh vật cần nhiều năng l−ợng. Nguồn cung cấp năng l−ợng đó th−ờng sử dụng hydrat carbon. Nguồn nitơ để xây dựng nên các thμnh phần của cơ thể, trong đó có dạng nitơ vô cơ vμ nitơ hữu cơ, các nguyên tố vô cơ (bảng 3.5).
Bảng 3.5. Nguồn hydrat carbon và nitơ dùng cho công nghiệp lên men Nguồn hydrat
carbon Dạng dùng
Nguồn nitơ (% nitơ/ trọng l−ợng)
Glucose Monohydrat tinh khiết, tinh bột thuỷ phân Lúa mạch (1,5-2,0)
Lactose Lactose tinh khiết, bột sữa Mật rỉ củ cải đ−ờng (1,5-2,0)
Tinh bột Lúa mạch, bột lạc, yến mạch, bột gạo, bột đậu t−ơng
Cao ngô (4,5) Bột lạc (8,0)
Bột yến mạch (1,5-2,0) Bột đậu t−ơng (8,0) Saccharose Mật rỉ củ cải đđ−ờng kính tinh khiết −ờng, đ−ờng thô, mật, Bột sữa (4,5)
Trong một vμi tr−ờng hợp còn cần các nhân tố phát triển hoặc các tiền chất để điều khiển vi sinh vật tạo ra các chất mμ ta yêu cầu. Ví dụ lên men sinh tổng hợp vitamin B12 nhờ vi khuẩn Propioni bacterium shermanii cần bổ sung vμo môi tr−ờng chất 5, 6 dimetylbenzimidasol để tạo ra phân tử vitamin B12 thật, vμ hiệu suất cũng cao hơn. Các nhân tố phát triển hay các tiền chất chỉ cần với số l−ợng nhỏ mg/lít, thiếu nó quá trình sinh tổng hợp sẽ thất bại.
Môi tr−ờng nuôi vi sinh vật cần đ−ợc khử trùng để loại đi tất cả các vi sinh vật tạp nhiễm lẫn trong nguyên liệu. Công đoạn khử trùng môi tr−ờng cũng rất quan trọng. Vì nếu còn lại những cá thể vi sinh vật lạ ch−a bị tiêu diệt, chúng sẽ tiếp tục phát triển cùng với vi sinh vật nuôi cấy lμm hỏng quá trình lên men. Th−ờng gọi đây lμ sự nhiễm trùng. Trong những năm 50 của thế kỷ XX, công nghệ lên men cho phép nhiễm trùng 10% vì khi đó kỹ thuật lên men mới bắt đầu phát triển. Vấn đề khử trùng môi tr−ờng vμ lọc không khí để đạt đ−ợc tuyệt đối vô trùng lμ điều cực kỳ khó khăn. Từ những năm 70 của thế kỷ XX, công nghệ lên men không cho phép đ−ợc nhiễm trùng. Quá trình lên men nếu bị nhiễm trùng phải đổ đi sẽ lμm thiệt hại to lớn về kinh tế. Quá trình lên men có thμnh công hay không phụ thuộc chính vμo chất l−ợng môi tr−ờng dinh d−ỡng vμ kỹ thuật khử trùng môi tr−ờng.