Việc sử dụng te bào co định trong chế biến công nghiệp đã thu hút sự quan tâm trong vài năm qua nhờ những ưu điểm vượt trội so với phương pháp truyền thống. Cố định tế bào là giới hạn chuyển động của tế bào trong một không gian xác định. Việc sử dụng tế bào cố định có nhiều ưu điểm vượt trội so với sử dụng tế bào tự do.
4.1. Ưu điềm :
Các tế bào chuyên biệt cao.
Khôi phục và tái che te bào: đơn giản, ít ton kém.
Năng suất thể tích cao, hiệu quả kinh tế cao Thời gian sử dụng vi sinh vật lâu hơn Sản lượng và giá thành sản phẩm cao hơn.
ổn định về mặt di truyền.
Bảo vệ được cấu trúc te bào, hoạt tính VI sinh vật
4.2. Nhược diễm:
Hệ trong thùng lên men là hệ dị thể. Do đó khó điều khiển điều kiện nuôi cây do không đông nhât.
Hoạt động song của te bào lầm tăng sinh khối và sinh khí có thể phá hỏng khuôn cố đinh tế bào.
4.3. Phương pháp cố đinh tể bào:
Có hai loại phương pháp cố định tế bào chủ yểu là: Sự cố định tế bào chủ động và bị động.
4.3.1. Sự cố đinh tế bào chủ độns:
Sự co định te bào chủ động là gắn các tế bào lên chất mang bằng phương pháp vật lý hay hóa học.
4.3.1.1. Co đinh tế bào trons cấu trúc eel:
Phương pháp được sử dụng rộng rãi. Có nhiều loại chất mang có lỗ xốp khác nhau dùng để cố định tế bào: chất mang polyme (thạch aga, anginat,
/c - carrageenan, polyacrykmide, chitosan, gektin, colagen), lư ới kim loại, polyurethane, silicagel, polystyrene, và cellulose trkcetate. Chuỗi polyme mang tế bào phải đủ xốp để vận chuyển cơ chất và sản phẩm ra, vào chất mang. Chuỗi polyme có thể được hình thành bởi những phương pháp sau đây:
• Sự đông tụ của những polyme. • Sự kết tủa của những polyme. • Sự đông lại do trao đổi ion. • Sự trùng ngưng.
• Sự trùng họp.
4.3.1.2. Co đinh tể bào trong các viên nhông:
Te bào được đặt bên trong thể tích bao của các viên nhộng rỗng. Chất dinh dưỡng và sảnphẩm được vận chuyển vào, ra xuyên qua màng bán thấm. Những ưu điểm khi dùng phương pháp này:
• Nhiều tế bào hơn có thể được được cố định trong những bao con nhộng.
• Nhiều loại polymer khác nhau có thế được dùng làm màng bao viên con nhộng như: nylon, collodion, polystyrene, acrylate, polylysinealginate hydrogel, cellulose-ethyl acetate cellulose, màng polyester.
4.3.1.3. Dùng màng vĩ mô cố đỉnh tế bào:
bị trao đổi nhiệt vỏ — ống. Trong đó ống được làm từ màng bán thấm. Các tế bào được cố định và phát triển bên ngoài vỏ. Chất dinh dưỡng được bơm vào trong lòng ống, khuếch tán xuyên qua màng bán thấm và được té bào sử dụng. Sản phẩm do tế bào chuyển hoá khuyéch tán trở lại dòng chảy chất dinh dưỡng bên trong.
4.3.1.4. Co đinh tế bào trên bề măt chất mang:
Ưu điểm của phương pháp này là sự tiếp xúc trực tiếp giữa chất dinh dưỡng và chất mang. Một lượng lớn các te bào được xếp trên chất mang có kích thước nhỏ. Tuy nhiên, chất mang này có thế hạn chế khuyéch tán vào bên trong tại những chỗ có mật độ tế bào cao. Phương pháp này đơn giản, nhưng hạn chế lượng tế bào co định trên chất mang.
4.3.2. Cố đinh thu đông:
Dùng màng sinh học: sự tăng trưởng nhiều lớp trên bề mặt chất mang trơ hay có hoạt tính sinh học. Chất dinh dưỡng khuếch vào màng sinh học và các sản phẩm khuếch tán ra môi trường nuôi cấy lỏng. Bề dày của một màng sinh học ảnh hưởng đến tính chất pha sinh học. Màng sinh học mỏng sẽ có tỷ lệ vận chuyển thấp do sự tập trung sinh khối thấp, màng sinh học dày cho khuếch tán có giới hạn các chất sinh dưỡng.
4.4. ứng dung:
Cố định các tế bào nấm men trong các hạt gel calcium alginate, vào chuỗi polyme có khả năng hút nước, bằng cách sử dụng những hạt oxit nhôm, hoặc trích ly tá dược trong cây. Kết quả giới hạn vận chuyển khối lượng từ sự cố định tế bào ảnh hưởng rất nhiều đến động học của sự sản xuất etanol trong những phương pháp này. Khi cố định tế bào vào những hạt alginate: sự khuyếch tán của cơ chất, ethanol, và CƠ2 có thể được táng cường nhơ sử dụng những hạt có cấu trúc ổn định, đường kính nhỏ. Những hạt nhỏ làm giảm diện tích bề mặt giữa pha rắn và pha lỏng, do đó duy trì sự sống cho các tế bào. Sự phá vỡ cấu trúc của các hạt và kết quả của sự mất mát của các tế bào xảy ra khi CO2 tích trữ bên trong mà không được khuếch tán. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Sự phụ thuộc của năng suất ethanol vào tỷ lệ hấp thu glucose (qs) và tỉ lẹ pha loãng (qp) của phương pháp cố định tế bào. Mức pha loãng xấp xỉ0.8 h"1 tối ưu cho sự len men bằng vi khuẩn. Sự lên men bằng vi khuẩn cho năng suất thu hồi ethanol cao hơn nhiều so với lên men bằng nấm men. Lợi thế có giá trị lớn nhất của phương pháp cố định tế bào là tạo năng suất cao tại những mức pha loãng vượt hơn tốc độ tăng trưởng cực đại của vi sinh vật.
Hình 5.7: Đẻthị Ảnh hưởng của tỉ lệ pha loãng lãn sự lẽn men bằng ú bào co định trên Ca aỉginate
Ảnh hưởng của nhiệt độ lên tỷ lệ thu hồi ethanol có sự khác biệt rõ rệt giữa tế bào tự do và cố định. Tỷ lệ gia tăng không đổi với Saccharomyces cerevisme tự do khi nhiệt độ tăng từ 25-42 ° c. Với các tế bào cố định trong na tri alginate xảy ra tối đa xảy tại 30°c. Nhiệt độ toi ưu của te bào cố đinh thấp hơn do có sự hạn che khuếch tán ethanol trong cấu trúc phức tạp. Ở nhiệt độ cao, sản sinh ethanol vượt hom tỷ lệ sự khuếch tán, do
đó tích trữ bên trong cấu trúc chất mang.
• Tế bào nấm men cố định A Te
bào nấm men tự do
% 7 9 \
Hình 5.8: Đô thị thê hiện môi quan hệ giữa nhiệt độ và hàm lượng côn
Ảnh hưởng của pH trên mức độ lên men cũng có khác biệt giữa tế bào cố định và tự do. pH tối ưu đặc trưng cho các tế bào tự do thay đổi trong khoảng hẹp. pH tối ưu cho tế bào cố định thay đỗi trong phạm vi rộng. Sự khác biệt này là do tồn tại một gradient pH bên trong chất mang. Xét về năng suất thu hoi ethanol: phương pháp cố định tể bào cho năng suất cao hơn phưomg pháp tế bào tự do.
• Tể bào nấm men tự do A Te bào nấm men co định
% 7
# %
Hình 5.9: Đô thị thê hiện môi quan hệ giữa pHvà hàm lượng côn
Êtha níl prod utb Mi rats ỉgh'1 !