1. Xác định sự sinh trưởng, phát triển của vi sinh vật
Có nhiều cách thơng qua việc xác định sự biến đổi số lượng và chất lượng vi sinh vật để hiểu được sự sinh trưởng của vi sinh vật, biết được tốc độ sinh trưởng và thời gian thế hệ.
a. Xác định số lượng tế bào(đối với vi khuẩn và nấm men)
Phương pháp đơn giản nhất để xác định số lượng tế bào là đếm trực tiếp dưới kính hiển vi bằng buồng đếm hồng cầu của Petroff-Hausser. Khi đếm số lượng ta đưa dịch pha lỗng vào phịng đếm, đậy lá kính (lamelle/ cover glass) lên trên, sau đó tiến hành đếm số lượng dưới kính hiển vi. Khuyết điểm của phương pháp này là không xác định được với các mẫu có số lượng vi khuẩn q nhỏ, độ chính xác cũng khơng cao vì khơng phân biệt được giữa tế bào sống và tế bào chết.
Để xác định số lượng tế bào sống người ta thường dùng phương pháp cấy dịch pha lỗng lên bề mặt mơi trường thạch đĩa. Sau khi nuôi cấy đếm số khuẩn lạc tạo thành rồi nhân với nồng độ pha lỗng sẽ tính ra mật độ tế bào trong môi trường lên men.
b. Xác định khối lượng tế bào (sinh khối)
Đối với xạ khuẩn hay nấm sợi thường xác định bằng phương pháp cân trọng lượng khô thuyệt đối với cách làm như sau: Lấy một lượng dịch lên men lọc qua giấy lọc và sấy trong tủ sấy ở 105oC đến trọng lượng không đổi. Xác định trọng lượng của giấy lọc có sinh khối đã sấy trừ đi trong lượng giấy lọc đối chứng thì xác định được khối lượng của tế bào trong 1 ml dịch lên men.
2. Đo nhiệt độ và điều khiển nhiệt độ
Tùy thuộc sinh lý chủng nuôi cấy trong khi lên men mà phải giữ nhiệt độ thích hợp trong khoảng giao động 0,1 - 0,20oC. Để đáp ứng được yêu cầu đó người ta cho nước nóng hoặc nước đã được làm lạnh chảy trong một vỏ kép hay trong bộ phận trao đổi nhiệt thích hợp đặt ở bên trong hay bên ngồi bình lên men.
Ngày nay kỹ thuật điều chỉnh nhiệt độ đã có thể tự động hóa bằng cách lắp máy điều nhiệt vào một điểm có nước chảy từ vỏ kép hoặc ống xoắn của nồi lên men chảy ra có nhiệm vụ chỉ huy thông qua một rơ le hai tiếp điểm hoặc thiết bị để đốt nóng hay van điều chỉnh nước lạnh hoặc nước nóng tới.
3. Đo pH và điều chỉnh pH
Đo pH thực hiện bằng điện cực cắm trực tiếp và môi trường và cần thiết sẽ điều chỉnh bằng axít hoặc kiềm. Việc tự động cho dung dịch axít hoặc kiềm để giữ pH lên men ở giá trị tối ưu được thực hiện bằng những phương pháp đã dùng trong cơng nghiệp hóa học nhưng phải dùng các điện cựu đặc biệt để có thể chịu được khử trùng và đặt trực tiếp trong nồi lên men.
Điện cực thủy tinh gồm một dâyAg/AgCl bão hóa KCl dạng rắn, đồng thời nó làm tăng độ bền của điện cựu thủy tinh. Vì sẽ đọng lại thành những hạt rất nhỏ trên bề mặt điện cựu
trong quá trình khử trùng. Điện cực chuẩn ở phần dưới có một đoạn nối làm bằng vật liệu rắn và xốp như amiăng hay sứ.
Để đảm bảo cách điện và kím cho nồi lên men những điện cực đó được đệm bằng gioăng Teflon và silicon và lắp trên một tấm thép không rỉ hàn vào nồi lên men. Để bảo vệ máy đo hết sức dễ vỡ đó, người ta đặt nó vào trong một ống trụ bằng thép không rỉ đáy hở có khoan lỗ cho phép mơi trường khuấy tiếp xúc với điện cực có điện trở nội khoảng 300 đến 500 mΩ.
Trong những nồi lên men khử khuẩn bằng hơi nước trực tiếp đến áp suất 1- 2 atm (120- 130oC) như ở những nồi lớn nhất cực thăm dò chịu áp lực kiểm 764-31B/H cho phép sử dụng một điện cực phối hợp ở phần đáy nồi lên men. Một đối áp đặt trên mặt của chất điện giải chuẩn, do một áp kế chỉ, để chống lại sự xâm nhập của môi trường nén dưới áp suất, chui quá màng xốp của đoạn nối chứa chất điện giải của điện cựu.
Trong những nồi lên men cơng nghiệp dung tích lớn, tồn bộ điện cực (điện cực thuỷ tinh, điện cực chuẩn, điện cực bù trừ nhệt độ) được lắp đặt trên một mặt bích bằng thép khơng gỉ, ghép bằng bulong trên thành đứng của nồi lên men ở chiều cao thích hợp và cách điện bằng một đệm Teflon. Toàn bộ điện cực đo pH được nối vào một máy ghi pH ở một máy kiểm soát nối với một van điện tử điều khiển việc cho axit hay kiềm vào nồi lên men.
4. Đo oxy và điều chỉnh lượng oxy hòa tan
Tế bào sử dụng oxy để hô hấp và làm giảm lượng oxy trong mơi trường. Vì thế trong ni cấy hiếu khí phải cung cấp oxy một cách đều đặn. Thiếu oxy nhất thời tại một thời điểm nào đó trong mơi trường sẽ dẫn đến sự phá vỡ quá trình trao đổi chất của tế bào. Vi sinh vật sử dụng oxy trong mơi trường lỏng. Lượng oxy hồ tan trong nước thường là rất ít. Phải cung cấp oxy sao cho tốc độ hoà tan của nó bằng tốc độ tiêu thụ oxy của vi sinh vật.
Cung cấp oxy cho các tế bào ni cấy chìm là một q trình chuyển dịch chất, trong đó oxy được chuyển từ bóng khơng khí vào mơi trường dinh dưỡng và từ đó vào tế bào. Trong thực tiễn, người ta thường sử dụng tỷ số của thể tích khơng khí/thể tích nồi lên men/phút là 1 : 1 : 1. Trong các bình lên men và bình nhân giống đều có hệ thống khuấy tuỳ thuộc vào yêu cầu của từng loại vi sinh vật, vào từng điều kiện nuôi cấy để nhằm thu được hiệu suất tối đa.