- Nuôi cấy bề mặt (surface cultivation): Thường vi sinh vật phát triển trên bề mặt mơi trường Ví dụ, vi sinh vật phát triển trên bề mặt môi trường thạch trong hộp Petri hay phát
MỘT SỐ VẤN ĐỀ CHUNG TRONG SẢN XUẤT CÔNG NGHIỆP
5.1.2.1. Đặc điểm của nhiễm tạp
Nhiễm tạp trong quá trình lên men sản xuất ở mức độ công nghiệp thường liên quan đến các bước thực hiện sau đây: (a) Nhiễm tạp từ quá trình lên men từ chủng giống sản xuất, quá trình nhân giống bị nhiễm tạp, (b) Nhiễm tạp do sự cố của hệ thống thiết bị lên men từ khâu khử trùng, cấp khơng khí sạch, lỗi cơ học của thiết bị.
1. Nguy cơ tạp nhiễm phụ thuộc vào quá trình
Q trình lên men có thể khác nhau rất nhiều về quy mơ, thời gian và độ phức tạp liên quan đến mục đích sản xuất sản phẩm cơng nghệ sinh học. Một số q trình lên men dễ bị nhiễm bẩn hơn, bao gồm những trường hợp: (a) Sử dụng môi trường lên men giàu chất dinh dưỡng; (b) Cơ thể sinh vật phát triển chậm; (c) Thời gian lên men kéo dài và (d) Lên men ở dải nhiệt độ và pH trung tính.
Quy trình lên men phức tạp, sử dụng chất bổ sung nhiều lần và tần suất lấy mẫu cao cũng tăng nguy cơ tạp nhiễm. Một khi tạp nhiễm đã xảy ra, cơ thể sinh vật gây ô nhiễm nên được xác định, người ta có thể dự đốn được các sinh vật mà họ thường gặp trong mơi trường sản xuất.
2. Tạp nhiễm trong bình lên men quy mô nhỏ
Thiết bị lên men quy mô chuẩn được sử dụng trong các phịng thí nghiệm để nghiên cứu hoặc phát triển trong khi máy lên men quy mơ lớn có cơng suất hàng trăm nghìn lít được sử dụng để sản xuất sinh khối, các chất trao đổi và enzyme. Máy lên men quy mô nhỏ thường được thiết kế để linh hoạt quy trình hơn là vận hành mạnh như thiết bị lên men công suất lớn. Sự xâm nhập của các vi khuẩn gây ô nhiễm trong môi trường lên men có thể xảy ra bởi các con đường sau: (a) Ống silicon được sử dụng để cung cấp thức ăn cho thiết bị lên men, nơi khơng được chăm sóc đầy đủ với các kết nối ống; (b) Thơng qua các cụm khớp nồi cánh khuấy dưới cùng, trong đó một khớp nối cơ khí đã được sử dụng và khơng được cung cấp liên tục với hơi nước khử trùng; (c) Bộ lọc thơng gió được kết nối khơng đúng cách; (d) Vệ sinh máy phun nước không đúng cách và (e) Các vít nắp bình lên men chưa siết chặt.
3. Tạp nhiễm trong bình lên men quy mơ sản xuất
Các thiết bị lên men để sản xuất được thiết kế nặng hơn và thường là đường ống cứng để tiếp giống tránh nhiễm trùng và khử trùng mơi trường lên men và dẫn khí vơ trùng vào binh lên men. Tuy nhiên, thiết bị lên men cũng có thể khơng kín cũng gây ra hiện tương tạp nhiễm.
4. Giống bị tạp nhiễm
Phân lập các chủng giống thuần khiết là rất quan trọng để tránh ô nhiễm thường xuyên. Các phương pháp phân lập chủng giống thuần khiết bao gồm các bước: Pha loãng tới hạn, đổ môi trường vào đĩa Petry, cấy zic zắc và ni cấy ở nhiệt độ thich hợp. Sau đó các khuẩn lạc và cấy sang môi trường thạch nghiêng và nuôi trong tủ ấm vơ trùng. Khi q trình phát triển hồn tất, chủng giống phải được bảo quản thích hợp ở nhiệt độ âm hoặc được bảo quản ở dạng mất nước. Chất lượng giống cần được giám sát để đảm bảo độ thuần khiết, khả năng tồn
tại và năng suất bằng cách ni cấy trong bình lắc và quan sát hình thái và sự trưởng đặc trưng. Việc chuẩn bị một chủng giống từ kho lưu giữ đòi hỏi phải thao tác thủ cơng, do đó nguy cơ tạp nhiễm có thể xảy ra địi hỏi phải thực hiện kỹ thuật vơ trùng tốt trong phịng thí nghiệm. Phải kiểm tra chất lượng giống trước khi sử dụng trong lên men lớn nhằm phát hiện các lồi vi sinh vật khơng mong muốn trong các mẫu, tạo điều kiện cho phân tích nguyên nhân gốc rễ khi xảy ra tạp nhiễm.
5. Thất bại trong quá trình khử trùng
Nếu có thể chứng minh rằng giống được sử dụng thực sự là thuần chủng thì nguồn gây ơ nhiễm rất có thể tiếp theo có thể là khử trùng thiết bị lên men, mơi trường lên men, thức ăn bổ sung hoặc khí cấp như khơng khí, khơng đầy đủ. Đảm bảo khử trùng hiệu quả các thiết bị lên men bắt đầu bằng một thiết kế vệ sinh hơn là cho phép đạt được nhiệt độ cần thiết trong toàn bộ thiết bị lên men và hệ thống đường ống liên quan. Sửa đổi được thực hiện cho thiết bị theo thời gian có thể dẫn đến việc vơ tình tạo ra vết nứt trong hệ thống đường ống trở thành nguồn dự trữ cho sự phát triển của vi sinh vật khi chế độ CIP không đảm bảo vô trùng. Tất cả các thiết bị phải được bảo trì và hiệu chuẩn phù hợp để đảm bảo khử trùng có thể đạt được và điều kiện vơ trùng được duy trì. Khi thiết bị lên men được thiết kế và bảo trì tốt và vẫn cịn tình trạng tạp nhiễm, thì quy trình vận hành tiêu chuẩn khơng được tn thủ chính xác do đào tạo người vận hành hoặc tài liệu không rõ ràng.
Sự thay đổi về chất lượng của nguyên liệu thô được sử dụng để làm mơi trường lên men có thể dẫn đến tạp nhiễm thì quy trình khử trùng chưa đảm bảo, cần tăng nhiết độ xử lý cao hơn ví dụ như do sự có mặt của các hạt rắn, nhiều khả năng các vi khuẩn gây ô nhiễm sẽ trốn tránh quá trình khử trùng.
Việc khử trùng các loại dầu được sử dụng làm thức ăn nguồn carbon như Dầu cây cải dầu và các chất chống tạo bọt gốc dầu có thể gặp vấn đề vì các quá trình khử trùng bằng nhiệt khơ địi hỏi nhiệt độ cao hơn trong thời gian dài hơn các quá trình nhiệt ẩm phá hủy hiệu quả hơn các vi sinh vật do đến sức nóng tiềm ẩn của sự bốc hơi nước. Ngoài ra, một số vi khuẩn có xu hướng hình thành các bào tử chịu nhiệt trong môi trường khô mà dầu tạo ra.