Các quá trình CNSH cơ bản trong CÔNG NGHỆ LÊN MEN HIỆN ĐẠI

Trong



§¹i c¬ng vÒ c«ng nghÖ lªn
men hiÖn ®¹i


1815: Sản xuất dấm theo phơng pháp nhanh

1846: Sản xuất công nghiệp nấm men bánh mỳ

1881: Lên men axít lactic nhờ vi khuẩn

1900 : Thùng lọc sinh học để xử lý nớc thải đô thị QMCN

1912 : Lên men sản xuất axít xitric

1914 : Sử dụng thức ăn gia súc từ rỉ đờng

1930 (): Lên men SXCN chế phẩm enzym pectinaza

1934 : Sản xuất vitamin C, sử dụng !

1940 : Lên men sản xuất công nghiệp penicillin G

1954 (1959, 1960) : Lên men với tế bào thực vật

1966: Sử dụng tế bào bạch cầu để lên men thu Interferon

1980: Lên men thu -interferon "#$!% tái tổ hợp

1982: Lên men thu SPTĐCTC &'!) với tế bào thực vật
 !"
•
Thêi kú tríc 1881: Lªn men b»ng canh trêng tËp trung
•
(%)* +,"- /01
•
1940: lªn men thuÇn khiÕt, b»ng chñng VSV ®ét biÕn
•
1954: lªn men thuÇn khiÕt, b»ng tÕ bµo (m«) thùc vËt
•
1966: lªn men thuÇn b»ng tÕ bµo (m«) ®éng vËt 
•
1980: lªn men thuÇn b»ng tÕ bµo VSV t¸i tæ hîp gen
#$ %

Hiện tại: mới chỉ một số ít VSV đợc ứng dụng trong SXCN

2,%(,1-34567%4
8!-9:;'607'-9!
<= .%;$$$>?@'-A !Bã
CDEF$$$F9893BGG,;
HI!F

Hiện tại: mới ứng dụng CNLMHĐ trên đối tợng mô thực
vật, động vật

Tơng lai: CNLMHĐ trên đối tợng TB gốc để SX hạt
giống nhân tạo

&

Trớc XIX: Lên men thờng (yếm khí, hiếu khí giản đơn)

J(%)* 10K)'*

1846: lên men trong thiết bị dung tích lớn (NMBM)

1935: lên men chìm có sục khí và ( 42) khuấy trộn cơ học

1956: giám sát quá trình lên men (LM metan)

1970: áp dụng mô hình và tối u hoá trong CNLM

1971: Kết nối computer để giám sát QT lên men

1976: điều khiển tối u QT lên men bằng computer
*** áp dụng các giải pháp công nghệ mới trong khâu chuẩn
bị lên men, xử lý dịch lên men và tinh chế thu sản phẩm
'

Quy trình công nghệ

Sử dụng đối tợng sinh học làm tác nhân

Thu sản phẩm sinh học có giá trị kinh tế cao hay thực
hiện chuyển đổi công nghệ nhất định

Quy mô sản xuất hàng hoá

Quy mô sản xuất hàng hoá (LM hiếu khí, trong thiết bị
V lớn, sử dụng biến chủng cao sản, giám sát và điều khiển
nghiêm ngặt ở cấp độ phân tử trong suốt quá trình lên
men, tự động hoá và điều khiển tối 8u hoá quá trình nhờ
computer, áp dụng các kỹ thuật chuẩn bị lên men, xử lý
dịch lên men và tinh chế thu sản phẩm hiệu năng cao )

Các mục đích khác
()*+, %-

Thu toàn bộ sinh khối:

Thu sản phẩm trao đổi chất:

Thu enzym, axit amin, vitamin

Biến đổi cấu trúc cơ chất ( !

Thu toàn bộ sinh khối:"#$%&'
()

Thu sản phẩm trao đổi chất: $(* +
')'(,-$(* +'.'(

Các mục đích khác xử lý chất thải, thu hồi và khai thác
kim loại quý hiếm, VSV chỉ thị
.!/+, %-


0/&*12%34
•
%)* 10K
•
L)* )*,"MN?'
•
L)* -O*,"%P&LQ3*R6LQ3S$$$T

0/,5,678
•
L)* 81*0K

0/9:,;6;<
•
%)* !5
•
%)* %)I'(/0&&12/3
•
%)* %)I

0/9:,;,=>"+, %-
•
L)* ,"
•
L)* '
•
L)* U,O
?1@7!8ABC,8%-
•
X©y dùng ý tëng c«ng nghÖ

?1@7!8ABC,8%-

Xây dựng ý tởng công nghệ

Tuyển chọn tác nhân sinh học cao sản (VSV)

Xây dựng phơng án nguyên liệu, nghiên cứu
tối u hoá thành phần môi trờng lên men

Xác định giải pháp giống và nhân giống

Lựa chọn, thiết kế thiết bị, NC điều chỉnh QTLM

Nghiên cứu triển khai SXCN /&(
Sơ đồ phân bổ đầu t

Hình thành ý tởng công nghệ

Nghiên cứu quy mô phòng thí nghiệm

Nghiên cứu xây dựng quy trình PILOT

Kiểm tra vệ sinh và an toàn sản phẩm

Nghiên cứu thử nghiệm
quy mô bán sản xuất

Quản lý và vận hành quy trình CN
D$B !"

Vi khuẩn, xạ khuẩn, nấm
men, nấm mốc, mô tế bào
thực vật, động vật, enzym

N
g
h
i
ê
n

c
ứ
u

x
â
y

d
ự
n
g

v
à

h
o
à

n

t
h
i
ệ
n


Q
T
C
N

Khả năng tổng hợp
(chuyển đổi, phân giải )
sản phẩm và năng lực
tích tụ SP

Quảng bá và lu hành sản phẩm
C,8%-
EG
E'SV
ECW.
ED!6@
'H
E,X
ED!%Y6!0 !6:
;'Z$$$
E[

EQ-9?,!
E\304@
E!9]$$$
E F*GFC0DHI

tuyển chọn
chủng

chuẩn bị môi
trờng nhân
giống và LM

khử khuẩn môi
trờng, thiết
bị

Nhân giống
lên men
chuẩn bị
lên men




Giám sát, điều
chỉnh tốc độ
phát triển

Điều chỉnh quá
trình chuyển

hoá tạo sản
phẩm

Tách sinh khối

Xử lý thu sản phẩm
thô

Tinh chế thu sản
phẩm tinh sạch

Xử lý thu hồi (dung
môi )

Xử lý an toàn chất
thải
1JK+, A!8,8
D,8
,



 
!
"#
H
7,

$%&'''


F/LM/<
N
*
(
72F/<

,NMFO
%34
#")%
*
 +
P!*3Q
6<  C0RS
,
-+.%
/0%12'''
T9:,;
Ph©n xëng
chuÈn bÞ lªn men
P!73@
72
A

O
,N
ph©n xëng lªn men
!73@
0<N
 
13

,
"4
UV6<!V%/7,
'8,5,,GFG
5. Năng lực tích tụ cao sản phẩm mong muốn
2. Phát triển nhanh, tích tụ sản phẩm nhanh
5. Dễ tách khỏi dịch lên men khi xử lý thu sản phẩm
3. Có chủng thuần khiết:
4. Không độc với ng8ời, động vật, thực vật và môi tr8
ờng sinh thái
4567$8%9/:;<=<> )
3. Có chủng thuần khiết: ổn định về di truyền, giống có
thể bảo quản lâu dài; có thể nhân giống nhanh, đảm
bảo cấp giống th8ờng xuyên, ổn định cho sản xuất
4. Không độc với ng8ời, động vật, thực vật và môi tr8
ờng sinh thái (&6?>'(1@%9/:79
A'<> BCD)
'' 3W*"G
5. Phân lập, tuyển chọn từ tự nhiên
2. Xử lý tạo biến chủng siêu tổng hợp sản phẩm
5. Thử nghiệm và chọn lọc lại trên quy mô PILOT
6. Thử nghiệm và tuyển chọn lại trên quy mô bán sản
xuất công nghiệp
3. Chọn lọc lại
4. Nghiên cứu đặc tính chủng và xác định điều kiện lên
men tối 8u quy mô phòng thí nghiệm
E; 7$8>.F
206&G&.&3/0&?
07$8H(.= //CI$%&'
<3

.&10' GA>=J(H
;?>K$(*,L3.&$C
B= M&70CD/3%H2$(H(
0;M&N2CFO&H?/3
(( (
S¬ ®å xuÊt sø mét vµi chñng
] %%*c«ng nghhiÖp hiÖn nay
'' 3W*"G
* Đồng thời với ph8ơng pháp tuyển chọn và cải tạo
hoạt tính chủng trên, kỹ thuật tạo biến chủng tái tổ
hợp gen đ8ợc nghiên cứu và ứng dụng ngày càng
rộng rãi hơn.
+ Tìm kiếm, nghiên cứu tách dòng các gen quý
+ Biến nạp gen đ tách dòng vào chủng mang lựa chọn ã
P /- Q(//&
Q
+ Nghiên cứu điều chỉnh quá trình lên men (và xử lý dịch
lên men) để thu sản phẩm mới nhờ biến chủng tái tổ hợp
'' 31 /+,V
+ Cấy chuyền lên men định kỳ
+ bảo quản giống ở nhiệt độ thấp
+ bảo quản giống ở chế độ lạnh đông
+ bảo quản giống ở chế độ siêu lạnh
+ bảo quản giống bằng kỹ thuật đông khô
+ bảo quản khô
- bảo quản thờng
- bảo quản trong dầu (thích hợp để bảo quả nấm sợi)
- trong (hay trên) nitơ lỏng
XI)*Y,5,
XXI>V31 /+,34AZ

XI)*Y,5,60thuần khiết, ổn định; không để bị mất giống, tránh
nhiễm tạp, giảm nguy cơ xuất hiện đột biến ngẫu nhiên
+ Cấy chuyền lên men định kỳ rẻ tiền, dễ triển khai, vấn đề ổn định chất
lợng, tốn nhân công, dễ nhiễm tạp, (phổ biến hơn với vi khuẩn)
+ bảo quản giống ở nhiệt độ thấp Đơn giản, kinh tế, tốn nhân công, vấn đề
thoái hoá giống
- trong glyxerol (-50 - -80
o
C)
Chi phí cao, tốn ít nhân lực
chi phí cao, độc, dễ trục trặc khi không đủ N
2
+ bảo quản giống bằng kỹ thuật đông khô Đầu t cao, tốn nhân công,
bảo quản dễ dàng và dài hạn, không thích hợp với nấm sợi không tạo bào tử
(trong đất, cát, silicagel, giấy đơn giản, rẻ tiền, tốn ít nhân công
'' 31 /+,V
- Trong các ngân hàng giống vi sinh vật, tại các viện nghiên cứu chuyên
ngành, trong các trờng đại học và ngay trong các phòng giống của
các cơ sở sản xuất
* Không có giải pháp tối u cho mọi chủng; mỗi giống thờng đợc bảo
quản song song bằng một số phơng pháp thích ứng
* Căn cứ lựa chọn: tỉ lệ sống sót, nhiễm tạp, biến đổi về di truyền (suy
giảm hoạt lực), lợng mẫu, giá trị canh trờng cần bảo quản, khả năng
vận chuyển và cung ứng, khả năng hoạt hoá để sử dụng, giá thành
+ Hiệu quả bảo quản
+ Nơi bảo quản giống
- Địa chỉ trực tuyến một vài ngân hàng giống lớn trên thế giới:

American Type Culture Collection, USA www.atcc.org

World Federation for Culture Collections, JAPAN www.wfcc.info

Deutsch Samlung von Microorganismen und Zellkulturen, Deutschland -
www.dsmz.de


'(D!V)6)7,
I)*Y,5,
- Cấp giống ổn định và kịp thời cho sản xuất
8,8!V/7,
- Cấp giống đủ về lợng,đảm bảo chất lợng &0
\^E<*;T6 thuần khiết, đúng thời
điểm yêu cầu của sản xuất
- Hoạt hoá giống và nhân giống phòng thí nghiệm
- Nhân giống quy mô nhỏ
- Nhân giống Trung gian
- Nhân giống sản xuất
* Môi trờng
* Chu kỳ cấy chuyền
: không cần phù hợp với MT lên men SX, nguy cơ kéo dài pha thích ứng
: nguy cơ nhiễm tạp - GP giống song song, cấp giống trung gian
I%34
3.1. Yêu cầu
+ Đảm bảo cung cấp đủ chất dinh dỡng để
chủng duy trì và phát triển đủ lợng sinh khối cần thiết
+ Phù hợp với mục tiêu công nghệ để tạp ra sản
phẩm mong muốn
+ Đảm bảo các chỉ tiêu kinh tế
+ Đảm bảo chất lợng vệ sinh công nghiệp để
hạn chế và ngăn ngừa nhiễm tạp