Quá trình lên men vi sinh vật có thể tạo ra các sản phẩm phong phú. Do sự đa dạng này, một phổ rộng các kỹ thuật phân tách phải được áp dụng. Tuy nhiên, đối với gần như tất cả các sản phẩm, người ta bắt đầu với dịch sau lên men và cố gắng tạo ra một sản phẩm khơ có độ tinh khiết cao. Trong trường hợp các sản phẩm ngoại bào, chất rắn trong dịch huyền phù này có thể bao gồm tế bào vi sinh vật, các cơ chất khơng hịa tan, hoặc các sản phẩm khơng hịa tan tạo thành trong dịch sau lên men. Đối với các sản phẩm nội bào, chất rắn cũng bao gồm cả tế bào vi sinh vật khi phá vỡ để thu hồi sản phẩm. Do vậy, các bước chính của việc thu hồi sản phẩm bao gồm các bước sau:
- Loại bỏ các phần khơng hịa tan - Phân tách thu hồi sản phẩm - Tinh chế
1.4.1. Kỹ thuật tách sinh khối vi sinh vật
Trong sản xuất sinh khối vi sinh vật có hai dạng sinh khối thu được sau:
- Sinh khối là các tế bào sống: Loại sinh khối này bao gồm vi sinh vật dùng trong sản xuất bánh mì, trong sản xuất thuốc trừ sâu sinh học, vaccine dùng cho người và động vật. Các loại sinh khối này bắt buộc phải đảm bảo tế bào ở dạng sống và có hoạt tính sinh học theo u cầu của sản phẩm. Vì vậy khi thu nhận sinh khối bắt buộc phải đảm bảo các đặc tính của vi sinh vật không bị thay đổi.
- Sinh khối gồm những tế bào vi sinh vật chết. Loại sinh khối này được sử dụng vào hai mục đích: làm thực phẩm cho người, gia súc. Sinh khối bao gồm các tế bào chết không cần đến sự hoạt động tiếp tục của các vi sinh vật, vì vậy việc thu nhận sinh khối đơn giản hơn.
Dựa vào tinh chất của các sinh khối trên, có thể sử dụng các phương pháp cơ bản sau để thu hồi sinh khối từ dịch lên men.
1.4.1.1. Phương pháp lọc
Lọc là quá trình phân riêng hỗn hợp khơng đồng nhất dựa vào kích thước khác nhau của chúng qua các lớp vật liệu lọc. Phần không lọc qua nằm trên lớp vật liệu lọc, dung dịch và những phần qua vật liệu lọc xuống dưới. Lọc là quá trình vật lý đơn thuần. Trong thu nhận sinh khối, thông thường áp dụng cho các chủng vi sinh vật có kích thước lớn. Vi sinh vật càng có kích thước lớn, càng giúp ta lọc nhanh. Tuy nhiên, phương pháp lọc chỉ áp dụng trong việc thu nhận sinh khối tảo, còn các vi sinh vật khác ít được sử dụng vì kích thước của tảo đơn bào rất lớn, các vi sinh vật khác lại quá nhỏ.
Với những quy trình sản xuất thu nhiều sản phẩm, có thể dung nhiều loại vật liệu lọc có các kích thước khe lọc khác nhau để phân riêng chúng, có thể ứng dụng các phương pháp lọc đa dạng như: lọc chân khơng, lọc dịng ngang, lọc có chất trợ lọc…
1.4.1.2. Phương pháp ly tâm
Dựa trên trọng lượng riêng của vật chất, người ta dùng lực ly tâm tạo ra hiện tượng tách pha lỏng và pha rắn trong dịch ni cấy. Có hai kiểu ly tâm đang sử dụng trong công nghệ vi sinh sau:
- Ly tâm lắng có ưu điểm rất thuật lợi cho việc thu sinh khối vi sinh vật có kích thước nhỏ.
- Ly tâm lọc rất thuận lợi cho việc thu sinh khối có kích thước lớn. Hiệu suất làm việc của máy ly tâm phụ thuộc rất nhiều ở tốc độ ly tâm. Do đó tế bào vi sinh vật có kích thước và trọng lượng riêng càng nhỏ càng địi hỏi sử dụng máy ly tâm có tốc độ quay lớn.
Trong q trình ly tâm có thể tách các pha khác nhau dựa vào tỷ trọng của chúng, ví dụ nhưa pha dầu, pha nước, pha bã đều được tách riêng trong 1 thiết bị ly tâm.
Với các pha cùng lỏng – lỏng cũng có thể tách riêng nếu tỷ trọng của chúng khác nhau.
1.4.1.3. Phương pháp lắng
Lắng là phương pháp cơ học phân riêng một hỗn hợp không đồng nhất. Trong công nghiệp người ta thường dùng những biện pháp sau trong phương pháp lắng tế bào vi sinh vật để vừa thu nhận sinh khối vừa thu nhận dịch lên men. Để thu nhận các dịch đồ uống (bia, rượu vang, nước quả lên men) người ta thường hạ nhiệt độ xuống
bị lên men. Nếu chỉ thu nhận các sản phẩm trao đổi chất bậc hai, người ta có thể dùng các biện pháp kết tủa nhờ một phản ứng hóa học tương ứng. Sau đó người ta thu nhận các sản phẩm kết tủa này mà không sợ lẫn sinh khối vi sinh vật (phương pháp này thường áp dụng trong sản xuất các axít hữu cơ).
1.4.2. Sấy thu hồi sinh khối vi sinh vật
Vi sinh vật được thu hồi sau quá trình lên men hoặc q trình lắng, lọc, ly tâm được sấy khơ để bảo quản hoặc tiếp tục quá trình chiết tách các để thu hồi các hoạt chất sinh học.
Sấy là quá trình tách ẩm ra khỏi vật liệu bằng phương pháp nhiệt. Nhiệt được cung cấp cho vật liệu ẩm bằng tiếp xúc, đối lưu, bức xạ hoặc bằng năng lượng điện trường có tần số cao. Mục đích của q trình sấy là làm giảm khối lượng vật liệu, tăng độ bền và tăng thời gian bảo quản sản phẩm. Trong quá trình sấy, nước được bay hơi ở nhiệt độ bất kỳ do chênh lệch độ ẩm tại bề mặt và bên trong vật liệu (khuyếch tán ẩm) hoặc sự chênh lệch áp suất hơi riêng phần của nước tại bề mặt vật liệu và môi trường xung quanh.
Sấy là một quá trình khơng ổn định, độ ẩm của vật liệu sấy thay đổi theo cả khơng gian và thời gian.
Dựa vào các đặc tính của q trình sấy có thể chia ra các phương pháp sấy sau: - Sấy đối lưu: Sấy đối lưu là phương pháp cho vật liệu sấy tiếp xúc trực tiếp với tác nhân sấy, trong đó tác nhân sấy có thể là khói lị, khơng khí nóng, khơng khí khơ (khơng khí có độ ẩm thấp). Đặc trưng của quá trình này là khơng khí được chuyển động liên tục trong buồng sấy, nhiệt độ của khơng khí sấy thay đổi trong từng vị trí của buồn sấy. Khơng khí sẽ lấy ẩm từ vật liệu sấy thải ra ngồi mơi trường, làm giảm độ ẩm của vật liệu sấy.
- Sấy gián tiếp: Sấy gián tiếp là phương pháp sấy không cho tác nhân sấy tiếp xúc trực tiếp vật liệu sấy, mà tác nhân sấy truyền nhiệt cho vật liệu sấy qua một vật liệu trung gian.
- Sấy hồng ngoại: Sấy hồng ngoại là phương pháp sấy dùng năng lượng của tia hồng ngoại có bước sóng: 760 nm đến 1 mm phát ra do nguồn nhiệt truyền trực tiếp cho vật liệu sấy.
- Sấy vi sóng: Là phương pháp sấy cấp nhiệt bằng sóng vi ba có bước sóng 1mm đến 1m, bước sóng được phát ra do điện trường, vi sóng được tiếp xúc trực tiếp và truyền nhiệt cho vật liệu sấy.
- Sấy lạnh: Là phương pháp sấy trực tiếp, tác nhân sấy là khơng khí khơ có độ ẩm 10-15%, nhiệt độ sấy thấp: 30-500C, đây là phương pháp sấy hiện đại, nhiệt độ sấy thấp, có thể giữ nguyên được các hoạt tính có sẵn trong sản phẩm. Phương pháp này được áp dụng phổ biến trên thế giới.
- Sấy thăng hoa: Là quá trình sấy dựa trên nguyên lý thăng hoa của nước, nước trong nguyên liệu được chuyển sang dạng rắn, khuếch tán ra bên ngoài bằng dạng hơi, sấy thăng hoa được sử dụng rộng rãi trong chế biến thực phẩm do giưa nguyên được chất lượng, mầu sắc của sản phẩm.