Từ xa x−a loμi ng−ời đã biết nấu r−ợu để uống, biết lμm t−ơng, muối d−a, biết ủ chua các thực phẩm để giữ đ−ợc lâu dμi... Các quá trình đó đ−ợc gọi lμ
lên men (bảng 3.1).
Bảng 3.1. Các sản phẩm lên men phân theo lĩnh vực công nghiệp Lĩnh vực công nghiệp Hoạt chất
Hữu cơ
(Số l−ợng lớn) Ethanol, aceton, butanol Hoá
học
Hữu cơ (Số l−ợng ít )
Acid hữu cơ (citric, itaconic), enzym Các chất dùng cho mỹ phẩm Các polymer (các polysaccharid)
D−ợc phẩm
Các chất kháng sinh, vitamin
Các kit chẩn đoán (enzym, kháng thể đơn dòng) Các enzym ức chế, các steroid, các vaccin Năng l−ợng Ethanol (gasohol), methan (biogas)
Thực phẩm
Các sản phẩm từ sữa (phomát, sữa chua, ...)
Đồ uống (các loại r−ợu, trà, cà phê), men làm nở bánh mì, các chất phụ gia cho thực phẩm (chất chống oxy hoá, chất màu, chất bảo quản)
Các thực phẩm đặc biệt (đậu t−ơng lên men, các loại n−ớc xốt để trộn), các acid amin, vitamin.
Các sản phẩm từ tinh bột
Nông nghiệp
Protein đơn bào, các vaccin cho động vật
ủ thức ăn cho gia súc, ủ phân bón Vi sinh vật trừ sâu hại, côn trùng Rhizobium và các vi khuẩn cố định nitơ
Lên men mô và tế bào để nhân giống cây trồng…
Chỉ khi công nghệ lên men chìm sản xuất penicillin ra đời (1947) thì công nghệ lên men mới thực sự phát triển vμ trở thμnh một ngμnh khoa học thực sự – ngμnh công nghệ lên men.
Các quá trình lên men truyền thống chủ yếu sản xuất các thực phẩm vμ
đồ uống, hiện tại vẫn còn nguyên giá trị th−ơng mại. Song hiện nay các quá trình đó đã đ−ợc sản xuất trên qui mô công nghiệp với các thiết bị hiện đại vμ
tự động hoá, nên giá thμnh sản phẩm hạ đi rất nhiều. Có thể gọi các quá trình lên men đó bằng các tên sau:
− Các chất chuyển hoá bậc một nh−: acid acetic, acid lactic, glycerol, alcol butylic, amino acid, vitamin vμ polysaccharid;
− Các chất chuyển hoá bậc hai, lμ những chất ít đóng vai trò trong chuyển hoá vμ tạo ra sản phẩm. Nó phụ thuộc nhiều vμo thμnh phần môi tr−ờng lên men chúng. Ví dụ nh− sự hình thμnh các chất kháng sinh (penicillin, streptomycin), kích tố sinh tr−ởng cây (giberellin),… − Các enzym sử dụng trong công nghiệp gồm enzym ngoại bμo
(amylase, pectinase, protease), các enzym nội bμo (invertase, asparaginase, endonuclease ...).
Các quá trình lên men để sản xuất ra các sản phẩm nêu trên hiện nay vẫn lμ những đòi hỏi thiết yếu của xã hội hiện đại. Bên cạnh những sản phẩm đó, kỹ thuật sinh học cũng tạo ra những sản phẩm mới rất quan trọng từ tế bμo thực vật vμ động vật. Lên men tế bμo thực vật nhằm mục đích tạo ra các sản phẩm chuyển hoá bậc hai (các tinh dầu, các chất gia vị, các d−ợc liệu). Lên men tế bμo động vật để chế tạo vaccin. Kỹ thuật lên men còn tạo ra các protein có hoạt tính nh− interferon, interleukin…
Một số sản phẩm do công nghệ sinh học tạo ra, bằng ph−ơng pháp hoá học không thể sản xuất đ−ợc (bảng 3.2). Có những sản phẩm nếu vi sinh vật sinh tổng hợp thì chỉ cần thực hiện ở nhiệt độ bình th−ờng. Song nếu thực hiện bằng ph−ơng pháp hoá học đòi hỏi phải có áp suất đến hμng trăm kg/cm2.
Một đặc điểm nữa của kỹ thuật lên men lμ các sản phẩm khác nhau do vi sinh vật tạo ra đều đ−ợc thực hiện trong cùng một thiết bị gọi lμ bình lên men (fermentor). Mỗi vi sinh vật tạo ra một sản phẩm nμo đó đ−ợc nuôi d−ỡng ở điều kiện tối −u (nhiệt độ, pH, thμnh phần môi tr−ờng...) để chúng tạo ra hoạt chất ta mong muốn.
Bảng 3.2. Ưu nh−ợc điểm của ph−ơng pháp sinh tổng hợp
(so với ph−ơng pháp hoá học)
−u điểm
• Các phân tử phức tạp nh− protein, kháng sinh không thể tổng hợp bằng hoá học.
• Biến đổi sinh học cho năng suất cao hơn. • Sinh tổng hợp thực hiện ở nhiệt độ thấp. • pH gần trung tính.
• Xúc tác phản ứng có nhiều đặc điểm hơn. • Sản phẩm thu đ−ợc không có đồng phân.
Nh−ợc điểm
• Sinh tổng hợp dễ bị nhiễm trùng.
• Các sản phẩm mong muốn th−ờng lẫn trong phức hợp, cần phải tách riêng.
• Cần xử lý một thể tích môi tr−ờng lớn.
• Quá trình lên men cần thời gian lâu hơn so với biến đổi hoá học.