- 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
1. Bể hiếu khí khuấy trộn hồn tồn thơng thường.
4.2.1.1. Đặc điểm chung
Trước đây, người ta lên men trên môi trường xốp thường thực hiện bằng các thiệt bị đơn giản nhằm ứng dụng trong sản xuất các sản phẩm không địi hỏi vơ trùng tuyệt đối. Ngày nay, trong công nghiệp sản xuất các sản phẩm công nghệ sinh học như các chất kháng sinh, enzyme, v.v… địi hỏi các thiết bị vơ trùng và kiểm sốt được q trình lên men trong bình lên men, do đó người ta đã thiết kế nhiều loại thiết bị lên men trên mơi trường xốp với hình dạng và kích
thước khác nhau dựa trên ngun tắc đảo trộn và cấp khí (như trình bày ở mục 4.1.1), nhưng
Hình 4.21: Thiết bị lên men trên mơi trường xốp trong phịng thí nghiệm (1) Dạng đứng, (2) Dạng
chủ yếu có 2 loại bình lên men: Bình lên men đứng và bình lên men nằm ngang (hình 4.20 và 4.21).
Đặc điểm chung của quá trình lên men sản xuất trên mơi trường xốp (hình 4.22) như sau:
- Chất nền rắn: Cám gạo, mùn cưa, bột củ cải đường, v.v... - Mơi trường lỏng: Mơi trường khống cơ sở
- Cấy tiếp giống: 1 đến 20% (w/w) dịch huyền phù nấm hoặc vi khuẩn - Nhiệt độ lên men: Từ 5 đến 95oC.
- Độ ẩm môi trường lên men: 50 đến 85%.
- Khuấy: Đảo trộn liên tục hoặc liên tục luân chuyển mơi trường xốp. - Lượng khí cấp: Từ 0,5 đến 5 thể tích thiết bị trong 1 giờ.
- Thời gian nuôi (lên men): Từ 1 đến 5 ngày
- Q trình thu hồi sản phẩm: Khơng phải lọc hoặc ly tâm thu hồi; thực hiện chiết rút dụng môi, cô đặc và tái sử dụng dung mơi.
2. Các bước của quy trình sản xuất(hình 4.23)
Hình 4.23: Tóm tắt qúa trình lên men trên mơi trường xốp. Bước 1. Giống sản xuất
Các chủng giống sản xuất được bảo quản trong tủ lạnh và kiểm tra hoạt tính trước khi sử dụng. Hoạt lực của các chủng vi sinh vật thường bị giảm trong quá trình sản xuất, do các vi sinh vật thường hay bị thối hố trong q trình bảo quản. Để đảm bảo chủng giống ln có
hiệu suất cao, ngoài việc đảm bảo tốt chủng giống bằng các phương pháp giữ giống, người ta còn thường xuyên tuyển chọn nâng cao hiệu suất bằng các kỹ thuật di truyền trước khi sản xuất.
Bước 2. Hoạt hoá chủng giống vi sinh vật
Các chủng vi sinh vật được hoạt hóa bằng cách cấy trên môi trường dinh dưỡng thạch nghiêng (tùy thuộc vào từng loại vi sinh vật) và nuôi trong tủ ấm ở nhiệt độ thích hợp thời gian ni tùy thuộc vào từng loại vi sinh vật (vi khuẩn 24 giờ, nấm men, nấm mốc 48 -72 giờ, xạ khuẩn 120 giờ), giống phát triển tốt được sử dụng để nhân giống cấp 1.
Bước 3. Nhân giống trong bình tam giác (hoạt hóa giống)
Các chủng vi sinh vật phát triển tốt trong ống thạch nghiêng được cấy riêng rẽ từng chủng vào bình tam giác 500-1000 ml có 100 -200 ml mơi trường (đã vơ trùng). Sau đó, bình đã cấy giống được ni trên máy lắc trịn 180- 220 vịng/phút ở nhiệt độ thích hợp, thời gian lắc kéo dài 18 - 48 giờ, kiểm tra chất lượng, dịch nuôi cấy sánh là sinh khối đạt chất lượng giống mẹ để cấy chuyển sang nồi nhân giống cấp 1 trong thiết bị lên men phù hợp.
Nếu sản xuất khối lượng chế phẩm ít thì cấy trực tiếp lên mơi trường lên men xốp trong bình tam giác để kiểm tra hoạt lực của giống.
Bước 4. Nhân giống trong bình lên men (giống cấp 1)
Sau khi các chủng giống phát triển tốt trong bình tam giác, các bình nhân giống tiếp giống vào một thiết bị nhân giống với mơi trường thích hợp, tỷ lệ giống bổ sung là 5-10% thể tích, bình nhân giống được sục khí vơ trùng và ni ở thích hợp. Thời gian nhân giống kéo dài 24 đến 48 giờ. Kiểm tra lượng sinh khối khơ của bình nhân giống đạt u cầu thì làm giống cấy sang môi trường lên men xốp để lên men sản xuất chế phẩm.
Nếu sản xuất khối lượng sản phẩm lớn thì cấy tiếp giống sang bình nhân giống cấp 2, tỷ lệ bổ sung giống là 10%, thời gian và chế độ nuôi như nhân giống cấp 1.
Bước 5. Lên men ủ trên môi trường xốp
Nếu lên men khối lượng sản phẩm lớn, thì cấy 1-10% (V/W) hỗn hợp các nồi nhân giống vào môi trường lên men xốp đã thanh trùng, sau đó bổ sung nước vơ trùng sao cho độ ẩm mơi trường đạt 50-60%. Sau đó mơi trường xốp đã cấy vi sinh vật được phân vào khay nuôi sao cho đống ủ không cao quá 20 cm, giữ nhiệt độ đống ủ phù hợp hoặc sang thiết bị lên men mơi trường xốp có cấp khí và khuấy trộn mơi trường. Đống ủ được kiểm tra nhiệt độ, độ ẩm hàng ngày và bổ sung thêm nước sao cho độ ẩm đạt 50-60%. Thời gian lên men trong môi trường xốp thường kéo dài từ 48-120 giờ (tùy thuộc vào chúng giống sản xuất). Lấy mẫu định kỳ để đánh giá sự phát triển của các nhóm vi sinh vật trong q trình lên men sản xuất.
Như vậy sau khi phân tích số lượng vi sinh vật và khối lượng sản phẩm đạt yêu cầu thì dừng quá trình lên men chuyển sang giai đoạn thu hồi sản phẩm.
Bước 6. Thu nhận sản phẩm
Tùy thuộc vào mục đích sản xuất, việc thu hồi các sản phẩm khác nhau. Ví dụ như sản xuất chế phẩm vi sinh vật ứng dụng trong nơng nghiệp thì sau khi lên men được đóng gói và đẹm sử dụng, sản xuất enzyme thì phải tách chiết, tinh sạch, kiểm tra hoạt lực và đóng gói để sử dụng, v.v... Nếu khơng sử dụng ngay đem bảo quản ở nhiệt độ phù hợp, tránh ánh sáng trực tiếp.