lên men fed batch 03

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM
KHOA: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
------------***------------

TIỂU LUẬN
TÌM HIỂU QUÁ TRÌNH LÊN MEN FED-BATCH

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: TS. NGUYỄN THỊ THANH THỦY
LỚP:

K61CNTPC

THÀNH VIÊN NHÓM:

HOÀNG THỊ HÀ GIANG – 611118
ĐINH TRẦN THU HÀ - 611120
HOÀNG THU HÀ - 611121
NGUYỄN THỊ HẢI - 611124

HÀ NỘI, THÁNG 9 NĂM 2019

1


2


MỤC LỤC
PHẦN MỘT – PHẦN MỞ ĐẦU………………………………………………..............6

1.1. Đặt vấn đề…………………………………………………………………….................6

1.2. Mục đích và yêu cầu của đề tài…………………………………….........................7
1.2.1. Mục đích…………………………………………………...............................7
1.2.2. Yêu cầu……………………………………………………………...........................7
PHẦN HAI – NỘI DUNG……………………………………………………................7

2.1. Một số khái niệm cơ bản về lên men………………..…………………….........7
2.1.1. Nguồn gốc của thuật ngữ “lên men”......................................,,,,......................7
2.1.2. Lên men dưới các quan điểm khác nhau..........................................................7
2.1.3. Lên men công nghiệp.......................................................................................7
2.2. Lên men fed-batch................................................................................................8
2.2.1. Khái niệm.…...……………………………………………….........................8
2.2.2. Đặc điểm………………………………………………………......................8
2.2.3. Nguyên liệu…………………………………………………………….....................9
2.2.3.1. Chủng vi sinh vật.........................................................................................9
2.2.3.2. Môi trường nuôi cấy....................................................................................9
2.2.4. Phân loại……………………………………………………………….....................9
2.2.4.1. Phân loại theo nồng độ cơ chất bổ sung....................................................9
2.2.4.2. Phân loại theo kiểu nạp cơ chất (trong điều kiện vô trùng).......................9
2.2.5. Quy trình lên men………………...………………………….…….......................10
2.2.5.1. Sơ đồ tổng quát..........................................................................................10
2.2.5.2. Các giai đoạn trong quy trình lên men......................................................11
2.2.5.3. Sơ đồ lên men fed-batch............................................................................12
2.2.6. Thiết bị…………………………………………………………..........……............13
2.2.6.1. Nồi lên men có cánh khuấy........................................................................14
2.2.6.2. Bơm............................................................................................................14
2.2.6.3. Hệ thống kiểm soát lưu lượng khí.............................................................14
2.2.6.4. Bộ lọc khí...................................................................................................14
2.2.6.5. Hệ thống phân tích khí (O2, CO2)..............................................................14
2.2.6.6. Hệ thống kiểm soát....................................................................................14
2.2.6.7. Hệ thống các đường ống...........................................................................15

2.2.6.8. Hệ thống nước giải nhiệt...........................................................................15
3


2.2.6.9. Hệ thống chuẩn bị và thanh trùng môi trường liên tục.............................15
2.2.6.10. Lò hơi.......................................................................................................15
2.2.7. Các yếu tố ảnh hưởng…..……………………………………………...................15
2.2.7.1. Thành phần môi trường dinh dưỡng.........................................................15
2.2.7.2. Nguồn cơ chất............................................................................................15
2.2.7.3. Nồng độ cơ chất cung cấp.........................................................................15
2.2.7.4. Nồng độ oxygen.........................................................................................15
2.2.7.5 Các chất đệm pH........................................................................................16
2.2.8. Kỹ thuật lên men fed-batch thu nhận L-lysine từ Corynebacterium
glutamicum...................................................................................................................16
2.2.8.1. Thiết kế môi trường lên men.....................................................................17
2.2.8.2. Ảnh hưởng của các thành phần môi trường lên men................................17
2.2.8.3. Môi trường nuôi cấy..................................................................................18
2.2.8.4. Một số thiết bị sử dụng..............................................................................20
2.2.9. Tiến hành thử nghiệm lên men fed-batch Corynebacterium glutamicum thu
nhận L-lysine.................................................................................................................20
2.2.9.1. Xác định thời điểm bắt đầu bổ sung cơ chất.............................................20
2.2.9.2. Xác định ngưỡng ức chế cơ chất...............................................................20
2.2.9.3. Thử nghiệm lên men fed-batch..................................................................21
2.2.10. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men fed-batch Corynebacterium
glutamicum thu nhận L-lysine.......................................................................................21
2.2.10.1. Nguồn cơ chất bổ sung............................................................................21
2.2.10.2. Nồng độ cơ chất bổ sung.........................................................................21
2.2.10.3. Môi trường nuôi cấy và điều kiện nuôi cấy.............................................22
2.2.11. Chế độ lên men đã tiến hành........................................................................22
2.2.12. So sánh một số thông số trong lên men batch và fed-batch.........................22

2.2.12.1. Lượng L-lysine........................................................................................23
2.2.12.2. Khả năng sinh trưởng của chủng............................................................24
2.2.12.3. Lượng đường sót......................................................................................25
2.3. Ưu, nhược điểm của quá trình lên men Fed-batch………..…………...........25
2.3.1. Ưu điểm………………………………………………………………..........25
2.3.2. Nhược điểm…………………………………………………………............26
2.4. Một số ứng dụng của lên men Fed-batch………………………………...............26
4


2.4.1. Trong sản xuất ethanol…………………………………………….......................26
2.4.1.1. Đặc điểm, cấu tạo......................................................................................26
2.4.1.2. Ứng dụng của ethanol...............................................................................27
2.4.1.3. Các phương pháp sản xuất ethanol...........................................................27
2.4.2. Trong sản xuất L-lysine................................................................................28
2.4.2.1. Đặc điểm, cấu tạo..................................................................................28
2.4.2.2. Ứng dụng của L-lysine...........................................................................28
2.4.2.3. Các phương pháp sản xuất L-lysine.......................................................29
PHẦN BA – KẾT LUẬN…………………………………………………...................30
TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………………………….............30
DANH MỤC CÁC HÌNH, BẢNG

(1) Hình 2.2.2. Sự thay đổi trong lên men fed-batch....................................................8
(2) Hình 2.2.5.1. Sơ đồ tổng quát của quá trình lên men...........................................11
(3) Hình 2.2.5.3(a). Sơ đồ quy trình lên men fed-batch..............................................12
(4) Hình 2.2.5.3. (b). Sơ đồ lên men có kiểm soát tự động và không kiểm soát tự động
....................................................................................................................................13
(5) Hình 2.2.6.1. Bình lên men có cánh khuấy...........................................................14
(6) Bảng 2.2.8.3.(a). Các môi trường nuôi cấy..........................................................19
(7) Hình 2.2.8.3(b). Sơ đồ nghiên cứu tổng quát.......................................................20

(8) Bảng 2.2.8.4. Một số thiết bị sử dụng trong đề tài................................................21
(9) Hình 2.2.12.1. Đồ thị so sánh lượng L-lysine trong lên men batch và fed-batch.
....................................................................................................................................23
(10) Hình 2.2.12.2. Đồ thị so sánh khả năng sinh trưởng của chủng trong lên men
batch và fed-batch......................................................................................................24
(11) Hình 2.2.12.3. Đồ thị so sánh lượng đường sót trong lên men batch và fed-batch
....................................................................................................................................25

5


PHẦN MỘT – PHẦN MỞ ĐẦU

1.1 Đặt vấn đề.
Ngành công nghệ thực phẩm là một trong những ngành khoa học đang phát triển và
rất được quan tâm hiện nay vì nó có ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống và sức khỏe của
con người. Ai cũng mong muốn lựa chọn cho bản thân, gia đình những điều tốt đẹp
nhất, và một trong số những lựa chọn đó chính là Thực phẩm. Đó là những thứ chúng
ta sử dụng hằng ngày, tác động trực tiếp đến cơ thể mỗi chúng ta. Muốn có một đời
sống tốt, thì phải có một sức khỏe tốt, muốn có một sức khỏe tốt, thì cách chúng ta lựa
chọn những thực phẩm mà chúng ta sử dụng hằng ngày chính là vấn đề tối quan trọng.
Xã hội ngày càng phát triển thì nhu cầu về thực phẩm ngày càng cao. Đi đến đâu
chúng ta cũng nhìn thấy những quảng cáo “thực phẩm sạch, thực phẩm được sản xuất
theo phương pháp sinh học, nguồn nguyên liệu sử dụng được chăn nuôi, trồng trọt theo
phương pháp hữu cơ ĐẢM BẢO AN TOÀN cho người tiêu dùng.” Tuy nhiên, việc lựa
chọn một sản phẩm nào đó để tiêu dùng vẫn là một vấn đề rất khó đối với nhiều người.
Vì hiện nay, có vô vàn các loại thực phẩm, đa dạng từ cách chế biến cho tới mẫu mã…
Thậm chí đến những cách thức quảng cáo cũng rất thu hút.
Vậy làm thế nào để chúng ta có thể lựa chọn một sản phẩm vừa an toàn lại vừa mang
lại sự ngon miệng, giúp chúng ta thỏa mãn về cả sức khỏe cũng như khẩu vị? Một

trong những dòng sản phẩm rất quen thuộc và được con người biết đến cũng như tạo ra
từ rất lâu đời, đó là các sản phẩm từ “LÊN MEN”. Bây giờ công nghệ phát triển, các
sản phẩm lên men ngày càng phong phú và đa dạng, chiếm tỷ trọng khá lớn trong các
loại đồ uống và thực phẩm chế biến của con người. Nhưng thật ra, con người ta đã biết
đến và sử dụng những sản phẩm lên men này từ xa xưa. Người La Mã gọi lên men là
“sủi bọt” (fermentum). Ông cha ta cũng tự tạo ra rất nhiều sản phẩm lên men để sử
dụng từ rất lâu trước đây như rượu, dưa cà,…
Ngày nay, ngành công nghệ thực phẩm phát triển, các sản phẩm lên men cũng được
tạo ra đa dạng và “công nghệ” hơn, lên men không chỉ để tạo ra thực phẩm mà còn tạo
ra rất nhiều các sản phẩm khác để sử dụng với nhiều mục đích khác nhau như: kháng
sinh, tạo sinh khối, tạo ra các amino acid,… Và mặc dù, chúng ta sử dụng các sản
phẩm này thường xuyên nhưng chúng ta lại chưa biết được quy trình để tạo ra các sản
phẩm này trong công nghiệp ra sao, người ta sử dụng những nguyên liệu như thế nào
để tạo ra được các sản phẩm có mùi vị thơm ngon được như vậy? Đối với các loại sản
phẩm khác nhau, người ta liệu có sử dụng cùng một kỹ thuật lên men không, hay là có
các kỹ thuật lên men khác nhau để sản xuất các loại thực phẩm khác nhau? Trong các
kỹ thuật thì sẽ có ưu điểm, nhược điểm nào? Và kỹ thuật lên men đó được ứng dụng có
rộng rãi không, ở các sản phẩm nào?
6


Để làm rõ hơn về các vấn đề trên, nhóm chúng em sẽ khái quát chung về lên men và
đi sâu vào một kỹ thuật lên men để cụ thể hóa vấn đề, cũng như đưa ra một quá trình
lên men fed-batch tạo ra một sản phẩm cụ thể, đồng thời đưa ra chi tiết những đặc
điểm, tính chất cũng như ưu, nhược điểm và các ứng dụng được sử dụng của kỹ thuật
lên men này. Đó chính là kỹ thuật lên men fed-batch, hay còn gọi là lên men bán liên
tục.
1.2 Mục đích và yêu cầu của đề tài
1.2.1. Mục đích
Tìm hiểu về lên men để có cái nhìn tổng quát chung về quá trình lên men.

Đi sâu vào các vấn đề chính của lên men fed-batch: đặc điểm, nguồn nguyên liệu sử
dụng, cách phân loại, quy trình, thiết bị, các yếu tố ảnh hưởng để hiểu rõ hơn về một
kỹ thuật lên men cụ thể
Tìm hiểu về ưu, nhược điểm của kỹ thuật lên men này để biết tại sao nó lại có những
ưu, nhược điểm như vậy.
Tìm hiểu về các ứng dụng của quá trình để hiểu hơn về việc nó được áp dụng ra sao
trong cuộc sống.
1.2.2. Yêu cầu
Hiểu được lên men là gì? Lên men có nguồn gốc từ đâu? Nó được nhìn nhận theo
các quan điểm thế nào?
Nắm rõ được đặc điểm, nguyên liệu sử dụng, quy trình và thiết bị của một kỹ thuật
lên men và các yếu tố ảnh hưởng đến một quá trình lên men.
Biết được các ưu, nhược điểm của kỹ thuật lên men này.
Biết được quá trình này được áp dụng cho đối tượng sản phẩm nào?
PHẦN HAI – NỘI DUNG

2.1. Một số khái niệm cơ bản về lên men
2.1.1. Nguồn gốc của thuật ngữ “lên men”
Thuật ngữ “lên men” có nguồn gốc từ tiếng Latin “fervere”: làm sôi, làm chín để mô
tả hoạt động của vi sinh vật trong dịch chiết trái cây hay dịch đường hóa ngũ cốc.
Louis Pasteur đã gọi sự lên men là sự sống thiếu không khí.
Thuật ngữ lên men đến nay được hiểu là tất cả các quá trình biến đổi do vi sinh vật
thực hiện trong điều kiện yếm khí hay hiếu khí.
2.1.2. Lên men dưới các quan điểm khác nhau
(1) Theo quan điểm vi sinh vật: Là quá trình chuyển hóa cơ chất tạo ra sản phẩm
dưới tác động của các enzyme có trong vi sinh vật.
7


(2) Theo quan điểm hóa sinh: Là quá trình sản sinh năng lượng trong đó các hợp chất

hữu cơ chính là các chất cho và chất nhận electron.
Trong điều kiện hiếu khí: O2 là chất nhận electron cuối cùng
Trong điều kiện yếm khí: Oxy hóa khử các hợp chất hữu cơ
2.1.3. Lên men công nghiệp là lên men ứng dụng trong sản xuất công nghiệp, là việc
sử dụng có chủ ý của quá trình lên men bởi các vi sinh vật như vi khuẩn, nấm... để tạo
ra các sản phẩm hữu ích cho con người. Các sản phẩm lên men có ứng dụng như thực
phẩm cũng như trong ngành công nghiệp nói chung.
2.2. Lên men Fed-batch
2.2.1. Khái niệm
Lên men fed-batch còn gọi là lên men theo mẻ có bổ sung dưỡng chất, hay lên men
bán liên tục, là hình thức trung gian giữa lên men theo mẻ (batch) và lên men liên tục.
Trong đó, nguyên liệu được nạp vào nồi lên men liên tục hoặc gián đoạn, sản phẩm chỉ
được lấy ra khi quá trình kết thúc. Tuy nhiên, dịch lên men cũng có thể được chiết ra
trong quá trình vận hành.
2.2.2. Đặc điểm
Fed-batch ban đầu cũng như lên men batch nhưng sau một thời gian sẽ bổ sung thêm
môi trường mới với hàm lượng chất dinh dưỡng được kiểm soát trong suốt quá trình
nuôi cấy cho đến khi đạt được lượng sản phẩm tối đa. Nguồn dinh dưỡng nạp vào có
thể giống môi trường nuôi cấy ban đầu hoặc là nguồn cơ chất.

Hình 2.2.2. Sự thay đổi trong lên men fed-batch
Vận tốc thay đổi theo hướng tăng dần theo thời gian nhưng không đáng kể.
Sinh khối (X) của vi sinh vật tăng lên theo thời gian vì dưỡng chất được bổ sung vào
một cách hợp lý để cho vi sinh vật sinh trưởng mạnh mẽ. Cơ chất (S) được cung cấp
sao cho ổn định đối với vi sinh vật. Không quá ít vì sẽ không đủ cho vi sinh vật. Tuy
nhiên cũng không nhiều quá vì vi sinh vật sẽ không hấp thụ hết, ngược lại dẫn đến sự
giảm việc thu nhận sản phẩm.
2.2.3. Nguyên liệu
8

Tuy mỗi kỹ thuật lên men sẽ có những điểm khác biệt nhau nhưng có một phần mà
dù sử dụng kỹ thuật lên men nào cũng không thể thiếu được và chúng giống nhau. Đó
là về phần nguyên liệu. Các nguyên liệu được sử dụng trong lên men bao gồm:
2.2.3.1. Chủng vi sinh vật
Chủng vi sinh vật cần đảm bảo các điều kiện sau:
(1) Vẫn duy trì hoạt tính sau thời gian bảo quản
(2) Không bị thoái hóa hay giảm khả năng sinh trưởng, giảm năng lực sản xuất
(3) Không bị tạp nhiễm.
2.2.3.2. Môi trường nuôi cấy
Môi trường nuôi cấy bao gồm:
(1) Dưỡng chất: nguồn C, nguồn N, vitamin, khoáng
(2) Cơ chất: những thành phần được vi sinh vật sử dụng sau đó bị biến đổi trong quá
trình lên men
(3) Chất mang: nước, giá thể (bã mía, rơm rạ…)
(4) Thành phần công nghệ: chất đệm, chất chống tạo bọt, chất tạo phức,chất định
hướng, chất cảm ứng, chất xúc tiến.
Mỗi thành phần đều có vai trò riêng trong môi trường nuôi cấy, ảnh hưởng đến sự
tăng trưởng của vi sinh vật, từ đó ảnh hưởng đến quá trình lên men cũng như sản phẩm
tạo thành.
2.2.4. Phân loại
2.2.4.1. Phân loại theo nồng độ cơ chất bổ sung
Đối với cơ chất, nồng độ có thể tương đương môi trường ban đầu, hoặc cao hơn hoặc
rất đậm đặc. Vì vậy, lên men fed-batch thường cho năng suất cao hơn lên men batch
trong cùng thời gian và điều kiện lên men. Có thể chia hình thức lên men này thành 2
kiểu: Lên men theo mẻ bổ sung có thay đổi thể tích và lên men theo mẻ bổ sung không
thay đổi thể tích.
(1) Lên men theo mẻ bổ sung có thay đổi thể tích: Hình thức lên men này, nguồn
dinh dưỡng bổ sung có thể là môi trường lên men ban đầu hoặc cơ chất có nồng độ
tương đương môi trường ban đầu, khi bổ sung vào sẽ làm thay đổi thể tích dịch lên

men. Sinh khối tại bất kỳ thời điểm nào trong quá trình lên men được trình bày theo
phương trình:
xt= x0+ Y(si – sr), với xt là sinh khối tại thời điểm bất kỳ
Trong đó, X0 là nồng độ giống nạp vào ban đầu. Khi sr= 0 và Xt = Xmax do X0 << Xmax
thì: xmax = Y.si

9


Nếu tại thời điểm sr = 0, môi trường được bổ sung vào với D < μ max thì toàn bộ cơ chất
mới bổ sung vào được sử dụng ngay (ds/dt = 0). Ta có:
F.si = μ.(X/Y), với X = x.V (X là tổng sinh khối)
Có thể thấy, tổng sinh khối tăng dần nhưng nồng độ tế bào hầu như không tăng. Do
vậy, μ = D. Đây được xem là trạng thái cân bằng. Khi thể tích dịch lên men tăng, tỷ lệ
pha loãng giảm thì:
D = F/(V0+ F.t)
Theo phương trình Monod, khi s r giảm thì D cũng giảm nên X sẽ tăng. Tuy nhiên,
trong hệ thống nuôi cấy theo mẻ bổ sung, ở bất kỳ giá trị nào của μ thì s i >> Ks nên
trong thực tế, sr thay đổi rất nhỏ. Do vậy, ở trạng thái cân bằng ổn định, D < μmax và
Ks<< si
(2) Lên men theo mẻ có bổ sung không thay đổi thể tích: Đối với hình thức lên men
theo mẻ bổ sung không thay đổi thể tích, cơ chất được bổ sung với nồng độ cao nên
không làm thay đổi đáng kể thể tích dịch lên men. Động học hệ thống này được thể
hiện qua phương trình:
dx/dt = G.Y. Trong đó, G là tốc độ nạp cơ chất
Do dx/dt = μx nên:
μx = GY
μ = GY/x
Nếu GY/x < μnax thì khi nạp thêm cơ chất sẽ được sử dụng ngay. Tuy nhiên, do dx/dt
> 0 vì x và X tăng theo thời gian nên:

xt = x0 + G.Y.t
2.2.4.2 Phân loại theo kiểu nạp cơ chất (thực hiện trong điều kiện vô trùng)
Ngoài cách phân loại trên thì lên men theo mẻ có bổ sung còn được phân loại theo
kiểu nạp cơ chất, đó là lên men theo mẻ bổ sung liên tục và bổ sung gián đoạn.
(1) Đối với lên men theo mẻ bổ sung liên tục, chất dinh dưỡng trong bình dự trữ
được nạp vào bình lên men với tốc độ không đổi. Nhờ hệ thống thông khí và khuấy cơ
học, bình lên men được cung cấp đầy đủ oxy, đảm bảo việc phân bố nhanh và đồng
đều chất dinh dưỡng trong dòng môi trường đi vào.
(2) Đối với lên men theo mẻ bổ sung gián đoạn, chất dinh dưỡng mới được bổ sung
vào bình lên men theo từng thời điểm đã được khảo sát.
2.2.5. Quy trình lên men
2.2.5.1. Sơ đồ tổng quát
Thông thường, do những đặc tính riêng mà các quy trình lên men không giống nhau.
Tuy nhiên, nhìn chung thì các quy trình này có thể được biểu diễn như sơ đồ sau:
10


Vi sinh vật

Nguyên liệu

Nhân giống

Chuẩn bị

Cấy giống

Dưỡng chất

LÊN MEN

Thu hoạch

Xử lý sau lên men

Sản phẩm
Hình 2.2.5.1. Sơ đồ tổng quát của quá trình lên men
2.2.5.2 Các giai đoạn trong quy trình lên men
Quy trình lên men được chia thành 3 giai đoạn chính:
(1) Chuẩn bị trước lên men (upstream), gồm:
Chuẩn bị nguyên liệu
Chuẩn bị vi sinh vật
(2) Lên men: Được thực hiện trên thiết bị lên men chuyên dụng
(3) Xử lý sau lên men (downstream): Dịch sau lên men sẽ được xử lý qua một số
công đoạn như sau: lọc, tinh chế, kết tinh, ly tâm, sấy, trích ly,...

11


2.2.5.3. Sơ đồ lên men fed-batch

Hình 2.2.5.3(a). Sơ đồ quy trình lên men fed-batch
Môi trường dinh dưỡng sẽ được tích lũy trong bình lên men có cánh khuấy. Cánh
khuấy này có tác dụng đảo trộn và làm đồng nhất dung dịch lên men, tăng cường độ
hòa tan O2 vào dịch lên men, giúp lượng O2 được phân tán đều trong bình. Đồng thời
làm cho hiệu suất lên men được cao. Phần môi trường chưa được bổ sung sẽ ở trong
bình môi trường dinh dưỡng. Đến một thời điểm phù hợp mà ta đã tính toán trước đó,
cơ chất sẽ được bổ sung vào trong bình lên men dưới tác động lực của một máy bơm
hút. Sau đó sẽ đi qua bộ lọc khí vào trong bình lên men cho vi sinh vật sử dụng. Có hệ
thống phân tích khí sau khi khí được qua bộ lọc khí, gồm O 2 và CO2. Hệ thống này sẽ

phân tích và dựa vào lượng CO 2 để xem quá trình lên men này đã triệt để hay chưa, để
quyết định dừng quá trình hay tiếp tục. Hệ thống kiểm soát lưu lượng khí để xác định
nồng độ O2 phù hợp bổ sung vào trong bình lên men. Từ nồng độ khí O2 cho đến nồng
độ nguồn cơ chất bổ sung đều phải được tính toán, xây dựng một cách phù hợp.

12


Hình 2.2.5.3. (b). Sơ đồ lên men có kiểm soát tự động và không kiểm soát tự động
Về cơ bản, 2 sơ đồ này giống như nhau: Có bình môi trường dinh dưỡng để cung cấp
vào trong bình lên men khi đến một thời điểm thích hợp. Có máy bơm để tạo áp lực
bơm hút chất dinh dưỡng trong bình môi trường đi vào bình lên men. Tuy nhiên, ở sơ
đồ lên men fed-batch có kiểm soát tự động, sẽ có thêm bộ phận kiểm soát và một đầu
cảm ứng được nối với bộ kiểm soát. Đầu cảm ứng này có tác dụng đo, kiểm tra nhiệt
độ, pH, lượng CO2 sinh ra và lượng O2 tiêu thụ.
Có thêm bộ phận kiểm soát sẽ giúp theo dõi và điều khiển quá trình lên men được tốt
hơn, luôn kiểm soát được các thông số để có cách xử lý kịp thời nếu xảy ra sai sót.
2.2.6. Thiết bị
2.2.6.1. Nồi lên men có cánh khuấy: Đây là nơi diễn ra quá trình lên men. Nồi có cánh
khuấy với mục đích đảo trộn và làm đồng nhất dung dịch lên men, tăng cường độ hòa
tan O2 vào dịch lên men, giúp lượng O2 được phân tán đều trong bình. Đồng thời làm
cho hiệu suất lên men được cao. Tùy theo quy mô sản xuất mà thể tích bình lên men sẽ
khác nhau từ 1-1000 KL

13


Hình 2.2.6.1. Bình lên men có cánh khuấy
2.2.6.2. Bơm: Dưới tác dụng lực của bơm để đưa chất dinh dưỡng từ bình chứa môi
trường dinh dưỡng vào bình lên men khi đến thời điểm thích hợp đã được khảo sát

(fed-batch bổ sung gián đoạn), hoặc được kiểm soát trong toàn bộ quá trình (fed-batch
bổ sung liên tục)
2.2.6.3. Hệ thống kiểm soát lưu lượng khí: Là hệ thống cung cấp lượng O2 ban đầu. Hệ
thống này giúp kiểm soát nồng độ O 2 đưa vào trong bình lên men một cách phù hợp,
không quá cao cũng không quá thấp.
2.2.6.4. Bộ lọc khí: Để lọc các chất khí (O2, CO2,.). Kích thước lỗ lọc có thể thay đổi từ
0,01 – 0,5mm tùy mục đích sử dụng.
2.2.6.5. Hệ thống phân tích khí (O 2, CO2): Hệ thống này sẽ phân tích và dựa vào CO 2
để xem quá trình lên men này đã triệt để hay chưa, để quyết định dừng quá trình hay
tiếp tục.
2.2.6.6. Hệ thống kiểm soát: Nối với một đầu cảm ứng có tác dụng đo và kiểm tra các
thông số: pH, nhiệt độ, O2, CO2,... Để theo dõi và kịp thời hiệu chỉnh để có giá trị phù
hợp với nhu cầu của vi sinh vật do trong quá trình lên men, vi sinh vật hoạt động làm
thay đổi các đặc điểm lý-hóa của dịch lên men.

14


2.2.6.7. Hệ thống các đường ống: nạp liệu, nạp giống, lấy mẫu, đường xả dịch,... Tất
cả các đường ống này đều có gắn van nhằm cô lập các hệ thống hỗ trợ với nồi lên men
và để điều tiết dịch nạp vào hoặc chiết ra khi cần.
2.2.6.8. Hệ thống nước giải nhiệt: Do quá trình lên men sinh ra năng lượng dưới dạng
nhiệt làm thay đổi nhiệt độ của nồi lên men, làm nhiệt tăng lên. Để kiểm soát nhiệt độ
thích hợp cho nuôi cấy thì cần phải giải nhiệt cho nồi lên men. Thường dùng tác nhân
là nước ở nhiệt độ thấp 5-25oC
Thiết bị gồm tháp giải nhiệt, máy lạnh (chiller)
Bơm cấp nguồn nước nhiệt độ thấp cho nồi lên men
2.2.6.9. Hệ thống chuẩn bị và thanh trùng môi trường liên tục:
Bồn chứa các thành phần nguyên liệu, bơm, thiết bị phụ trợ,...
Hệ thống thiết bị trao đổi nhiệt liên tục

Tháp lưu
2.2.6.10. Lò hơi: Cung cấp hơi nước nóng với áp suất > 1,5kgf/cm 2 phục vụ cho việc
thanh trùng nồi lên men, môi trường nuôi cấy... Có thể dùng các nhiên liệu như dầu
DO, FO, khí hóa lỏng (LPG), khí nén thiên nhiên (CNG) để đốt lò hoặc dùng điện trở
đốt nóng (electrical boiler)
2.2.7. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men
2.2.7.1. Thành phần môi trường dinh dưỡng: Có vai trò quan trọng trong việc tăng
trưởng của vi sinh vật. Xây dựng một môi trường phù hợp là điều tối quan trọng với
việc phát triển của chủng, giúp tăng sinh khối, tạo ra sản phẩm với hiệu suất cao. Phải
có những yêu cầu nhất định với các nguồn đưa vào làm môi trường dinh dưỡng trong
lên men.
2.2.7.2. Nguồn cơ chất: Lựa chọn nguồn cơ chất phù hợp, dễ dàng cho vi sinh vật sử
dụng. Hạn chế những nguồn cơ chất chứa nhiều tạp chất và nguồn cơ chất phải trải qua
quá trình trung gian mới thành chất mà vi sinh vật có thể đồng hóa đầu tiên ngay khi
đưa vào trong môi trường tế bào.
2.2.7.3. Nồng độ cơ chất cung cấp: Phải được tính toán để bổ sung ở mức hợp lý, phù
hợp với khả năng tiêu thụ, sử dụng của chủng vi sinh vật.
Chỉ nạp bổ sung đủ theo nhu cầu sử dụng của chủng, không nạp lượng quá dư thừa
dẫn đến việc thiếu O2 cung cấp.
Không bổ sung thiếu làm hạn chế tốc độ tăng trưởng và tốc độ sản xuất của chủng.
2.2.7.4. Nồng độ oxygen: Lên men fed-batch thường được sử dụng để thu nhận aminoacid. Chính vì thế cần phải tăng cường tối đa tỷ lệ số lượng tế bào /lượng glucose (hiệu
suất sinh khối) sử dụng trong phase tăng trưởng và tỷ lệ giữa lượng amino acid /lượng
glucose (hiệu suất chuyển đổi cơ chất thành sản phẩm) sử dụng trong phase sản xuất.
15


Trong điều kiện thiếu O2 (pL < pLcrit) diễn ra trong phase tăng trưởng, các sản phẩm
phụ là các acid hữu cơ như lactic acid sẽ tích lũy dần, gây ảnh hưởng đến hiệu suất lên
men. Do vậy cần phải sục khí - khuấy trộn trong giai đoạn này để bảo đảm cung cung
đủ O2 theo yêu cầu cho sự hô hấp của vi khuẩn.

Mặc dù oxygen không được bổ sung vào môi trường nuôi cấy vi sinh vật như là một
thành phần tuy nhiên oxygen đóng vai trò rất quan trọng đối với sự tăng trưởng và sự
sinh tổng hợp các sản phẩm trao đổi chất của vi sinh vật. Tính chất của môi trường ảnh
hưởng lên hàm lượng oxygen theo các cách như sau
(1) Cơ chế biến dưỡng nhanh: Nếu nồng độ đường trong môi trường nuôi cấy ở mức
phù hợp cho tăng trưởng, hàm lượng O 2 nhanh chóng giảm xuống do nhu cầu sử dụng
O2 xảy ra đồng thời khi đồng hóa đường.
(2) Tính lưu biến của môi trường: Các thành phần của môi trường sẽ góp phần tạo
nên độ nhớt của môi trường. Khi độ nhớt của môi trường cao, tính lưu biến của môi
trường thấp và do vậy sẽ ảnh hưởng trực tiếp lên sự sục khí khả năng khuấy trộn, hạn
chế sự khuếch tán của oxygen không khí trong môi trường trong quá trình lên men.
(3) Chất phá bọt: Chất phá bọt đóng vai trò là chất hoạt động bề mặt và làm giảm tốc
độ khuếch tán của oxygen. Khi nồng độ chất phá bọt cao, độ hòa tan của oxygen trong
môi trường sẽ giảm đáng kể, gây ảnh hưởng đến sự tăng trưởng và trao đổi chất của vi
sinh vật.
2.2.7.5. Các chất đệm pH
Muốn thu nhận được sinh khối với năng suất tối đa, độ pH môi trường phải được
kiểm soát ở giá trị tối ưu. Do vi sinh vật rất nhạy cảm với sự thay đổi pH của môi
trường, trong khi đó quá trình lên men làm giảm pH do sự sinh ra một số sản phẩm
phụ khác. Chính vì thế nên việc phải ổn định pH là yếu tố rất quan trọng. Một số hợp
chất khi bổ sung vào môi trường nuôi cấy ngoài vai trò là thành phần dinh dưỡng, còn
đóng vai trò đặc trưng là chất đệm nhằm điều chỉnh pH ở một giá trị ổn định. (CaCO 3,
phosphate).
Qua phần này, chúng ta biết được khái quát về quá trình lên men và hiểu rõ hơn về
quy trình lên men fed-batch. Lên men fed-batch là quá trình lên men như thế nào,
nguồn nguyên liệu được sử dụng và được tính toán bổ sung phải đảm bảo yêu cầu gì?
Các thiết bị trong lên men có vai trò như thế nào. Những yếu tố có ảnh hưởng được
kiểm soát và xử lý ra sao?
Để cụ thể hóa hơn về quá trình lên men fed-batch, từ nguyên liệu cho tới quy trình
công nghệ, và các yếu tố ảnh hưởng, đã có một sản phẩm là kết quả tuyệt vời của quá

trình này được nhóm chúng em tìm hiểu để giới thiệu đến cô và các bạn, đó là sản
phẩm L-lysine được lên men từ Corynebacterium glutamicum.
2.2.8. Kỹ thuật lên men fed-batch thu nhận L-lysine từ Corynebacterium glutamicum
16


2.2.8.1. Thiết kế môi trường lên men
Thiết kế môi trường lên men là bước rất quan trọng quyết định sự thành công trong
lên men từ vi sinh vật. Thành phần môi trường phải đảm bảo đủ lượng để phục vụ cho
việc tăng sinh khối, tạo các chất trao đổi và cung cấp đủ năng lượng cho việc duy trì
mật độ tế bào cũng như sinh tổng hợp. Môi trường lên men được thiết kế tùy thuộc vào
yêu cầu của chủng vi sinh vật, phương pháp lên men và sản phẩm mục tiêu.
Phương trình cân bằng vật chất trong lên men được thể hiện như sau:
C + N + O2 + các yếu tố khác = sinh khối + sản phẩm + CO2 + H2O + nhiệt
Thành phần môi trường bao gồm các yếu tố đa lượng (C, N) và các yếu tố vi lượng
(muối khoáng, vitamin, chất kiểm soát…).
Dựa vào thành phần và hàm lượng các chất trong tế bào vi sinh vật để thiết kế thành
phần môi trường lên men. Trong tế bào vi sinh vật, C chiếm khoảng 50% trọng lượng
khô của tế bào. Các yếu tố C, N, H, O chiếm tổng cộng khoảng 92%, còn lại là yếu tố
vi lượng. Những yếu tố có hàm lượng cao là những yếu tố ảnh hưởng lớn đến sự sinh
trưởng và phá triển của vi sinh vật. Vì vậy trong môi trường lên men, hàm lượng C, N
thường cao hơn rất nhiều so với các yếu tố vi lượng.
2.2.8.2. Ảnh hưởng của các thành phần môi trường lên men
(1) Nước: Tế bào vi sinh vật chứa 70% là nước, mọi hoạt động sống của vi sinh vật
như đồng hóa, dị hóa đều diễn ra trong môi trường nước. Do vậy, nước là yếu tố quan
trọng không thể thiếu trong các quá trình lên men. Ngoài ra nước còn cần thiết cho
những hoạt động khác trong các quá trình lên men như: gia nhiệt, giải nhiệt... Nước sử
dụng trong môi trường lên men phải là nước đã được loại bỏ hoàn toàn các ion khoáng
để không làm thay đổi hàm lượng khoáng trong môi trường lên men.
(2) Nguồn carbon: Carbon có ảnh hưởng đến sự hình thành sinh khối, các sản phẩm

sơ cấp và thứ cấp của vi sinh vật. Sản xuất L-lysine bởi Corynebacterium glutamicum
ở quy mô phòng thí nghiệm, nguồn carbon được chọn thường tinh khiết (glucose),
nhưng trong sản xuất công nghiệp thường dùng nguồn carbon rẻ tiền có nguồn gốc tự
nhiên như: ngô, bột ngũ cốc, mật rỉ đường mía hoặc củ cải. Những nguồn carbon này
chứa nhiều tạp chất nên cần chế biến loại bỏ các thành phần tạp chất có ảnh hưởng
không tốt đến vi sinh vật trước khi đưa vào sử dụng.
(3) Nguồn nito: Nito có vai trò quan trọng trong giai đoạn hình thành sinh khối, tham
gia vào nhiều cấu trúc tế bào. Ở quy mô phòng thí nghiệm, nguồn nito vô cơ được lấy
từ các muối ammonium, muối nitrate, nguồn nito hữu cơ được lấy từ cao nấm men,
peptone, dịch chiết bắp... Trong đó, dịch bắp là nguồn cung cấp carbon, nito và các
amino acid nên thường được dùng trong công nghiệp. Đối với chủng Corynebacterium
glutamicum mang đột biến khuyết dưỡng methionine thay vì nguyên liệu tinh khiết,
đắt tiền.
17


(4) Các nguyên tố vi lượng: các nguyên tố vi lượng được sử dụng với hàm lượng vô
cùng ít trong môi trường lên men nhưng lại có vai trò quan trọng đối với vi sinh vật, vì
tham gia vào cấu trúc một số enzyme hô hấp (Cu, Fe), hoạt hóa enzyme (Mn). Zn
tham gia vào cấu trúc của nhiều enzyme như DNA polymerase, RNA polymerase, nối
các tiểu đơn vị protein trong việc hình thành cấu trúc đặc biệt cho hoạt động của
enzyme. Photpho là một trong những nguyên tố khoáng quan trọng vì tham gia vào
liên kết cao năng lượng và vận chuyển glucose qua màng tế bào.
(5) pH: ion H+ trong môi trường lên men có thể làm thay đổi trạng thái điện tích của
tế bào, làm tăng hoặc giảm khả năng thẩm thấu của tế bào đối với một số ion nhất định
và gây ức chế các enzyme có mặt trên màng tế bào. pH 7,0 là điều kiện tối ưu nhất để
Corynebacterium glutamicum sản sinh L-lysine. Vì thế, môi trường nuôi cấy cần được
duy trì ở mức pH này. Việc bổ sung CaCO 3 sẽ giúp pH môi trường ổn định. Khi pH
giảm, gốc –CO3 bị phân hủy để hiệu chỉnh pH ổn định. Ngoài ra, việc bổ sung CaCO 3
vào môi trường lên men còn có vai trò đối với khả năng thẩm thấu của tế bào.

(6) Lượng oxy: O 2 là chất nhận H+ cuối cùng trong chuỗi hô hấp. O 2 có thể được
cung cấp bằng cách lắc đảo bình lên men, khuấy trộn hoặc dẫn khí vô trùng vào bình
lên men. Corynebacterium glutamicum là vi khuẩn hiếu khí. Vì vậy, việc cung cấp oxy
với nồng độ thích hợp là yếu tố quan trọng quyết định năng suất L-lysine.
2.2.8.3. Môi trường nuôi cấy
Môi trường nuôi cấy sử dụng bao gồm môi trường giữ giống và môi trường nhân
giống nhằm bảo quản và hoạt hóa giống trước lên men. Các môi trường nuôi cấy được
thể hiện ở bảng 1.1

18


Ký hiệu

Môi trường

M1
Giữ giống

M2
Nhân giống

Thành phần
Peptone

10g/l

Cao nấm men

5g/l

Glucose

5g/l

NaCl

5g/l

Agar

18g/l

Ph

7,2

Dịch chiết bắp

50g/l

Glucose

20g/l

Peptone

10g/l

Cao nấm men

5g/l

NaCl

5g/l

pH

7,2

Bảng 2.2.8.3.(a). Các môi trường nuôi cấy
Chủng giống trước khi đưa vào lên men được nhân giống cấp 2 cấp. Một khuẩn lạc
thuần được đưa vào ống nghiệm chứa 10ml, môi trường nhân giống cấp 1. Sau 24 giờ,
lượng giống này được đưa vào bình lên men với tỷ lệ 7%, chất lượng giống là 2,4 tỷ tế
bào/ml.

19


Hình 2.2.8.3(b). Sơ đồ nghiên cứu tổng quát

Sau khi nhận giống, tiến hành hoạt hóa giống, kiểm tra độ chuẩn, kiểm tra các đặc
điểm sinh lý, sinh hóa. Với chủng giống đã thuần, thực hiện tối ưu hóa môi trường lên
men bằng phương pháp quy hoạch thực nghiệm. Thu được các thông số tối ưu của môi
trường lên men, tiến hành lên men batch, phân tích động học quá trình lên men batch,
từ đó xác định thời điểm bổ sung cơ chất và nồng độ cơ chất bổ sung. Tiến hành khảo
sát ngưỡng ức chế cơ chất đối với khả năng hình thành L-lysine của chủng giống. Cuối
cùng, thử nghiệm lên men fed-batch thu nhận L-lysine.
2.2.8.4 Một số thiết bị sử dụng: Ngoài một số thiết bị cơ bản như que cấy, đèn cồn,…

còn sử dụng thêm một số thiết bị khác như sau:

20


Bảng 2.2.8.4. Một số thiết bị sử dụng trong đề tài
2.2.9. Tiến hành thử nghiệm lên men fed-batch Corynebacterium glutamicum thu nhận
L-lysine
2.2.9.1. Xác định thời điểm bắt đầu bổ sung cơ chất
(1) Nguyên tắc: thời điểm bắt đầu bổ sung cơ chất là thời điểm mà tại đó lượng cơ
chất trong môi trường bị thiếu hụt. Xác định thời điểm bổ sung cơ chất giúp duy trì ổn
định lượng cơ chất trong môi trường lên men.
(2) Bố trí thí nghiệm: Trên môi trường tối ưu, tiến hành lên men dạng batch trong
bình 500ml, với thể tích môi trường 250ml. Điều kiện lên men: nhiệt độ phòng, pH
ban đầu dao động 7-7,2, chế độ lắc vòng 150 vòng/phút. Lấy mẫu tại các thời điểm: 0,
2, 4, 6, 8, 12, 16, 24, 28, 32, 36, 40, 44, 48 giờ. Phân tích các chỉ tiêu: mật độ tế bào
(log CFU/ml), lượng đường sót trong canh trường (g/l) và lượng L-lysine (g/l)
(3) Kết quả dự kiến: Xác định biến động sinh trưởng, khả năng sử dụng cơ chất và
khả năng sinh L- lysine theo thời gian. Từ đó, xác định được thời điểm bắt đầu bổ sung
cơ chất.
2.2.9.2. Xác định ngưỡng ức chế cơ chất
21


(1) Nguyên tắc: Ngưỡng ức chế cơ chất là ngưỡng mà tại đó nồng độ cơ chất ức chế
sự hình thành L-lysine. Trong môi trường lên men, nồng độ cơ chất có ảnh hưởng lớn
đến khả năng sinh tổng hợp L-lysine của chủng. Nồng độ cơ chất quá cao trong dịch
lên men sẽ ức chế sự sinh trưởng của chủng giống, làm giảm khả năng hình thành sản
phẩm. Nhưng nồng độ cơ chất quá thấp sẽ không đủ cho chúng sử dụng, dẫn đến hạn
chế sinh trưởng, từ đó hạn chế lượng sản phẩm tạo thành.

(2) Bố trí thí nghiệm: Lên men chủng trong bình 250ml, thể tích môi trường 100ml.
Điều kiện lên men: nhiệt độ phòng, pH ban đầu dao động 7-7,2 , chế độ lắc vòng 150
vòng/ phút, Các nồng độ carbon khảo sát là: 10g/l, 75g/l và 100g/l. Mẫu đối chứng:
50g/l. Các chỉ tiêu theo dõi: lượng L-lysine, mật độ tế bào và đường sót.
(3) Kết quả dự kiến: Xác định mức giới hạn trên và dưới, là cơ sở để duy trì nồng độ
cơ chất phù hợp trong môi trường lên men.
2.2.9.3. Thử nghiệm lên men fed-batch
(1) Nguyên tắc: Việc bổ sung cơ chất trong suốt quá trình lên men sẽ duy trì nồng độ
cơ chất trong canh trường ổn định, tạo điều kiện thuận lợi cho chủng giống sinh trưởng
và sinh tổng hợp sản phẩm.
(2) Bố trí thí nghiệm: Lên men fed-batch ban đầu được bố trí giống lên men batch,
thể tích môi trường nuôi cấy 250ml. Dựa vào khả năng sử dụng đường của chúng và
ngưỡng ức chế cơ chất để đưa ra chế độ fed-batch hợp lý. Cuối mỗi thời điểm, lấy 5ml
mẫu phân tích các chỉ tiêu: lượng L-lysine, mật độ tế bào và lượng đường sót trong
canh trường.
2.2.10. Các yếu tố ảnh hưởng đến lên men fed-batch thu nhận L-lysine từ
Corynebacterium glutamicum
2.2.10.1. Nguồn cơ chất sử dụng
Chọn glucose là nguồn cơ chất bổ sung trong quá trình này. Do cấu tạo phân tử đơn
giản, glucose là nguồn đường dễ sử dụng nhất, được vi sinh vật đồng hóa đầu tiên khi
vào môi trường nội bào.
Chọn cơ chất là glucose vì nó là nguồn carbon tinh nên dễ dàng kiểm soát được
lượng đường trong canh trường.
2.2.10.2. Nồng độ cơ chất sử dụng
Với mục đích thu nhận L-lysine, nồng độ glucose trong canh trường cần duy trì trong
giới hạn cho phép trên 10g/L và dưới 100g/L, tốt hơn là dao động xung quanh mức
50g/L.
Nồng độ glucose trong khoảng 60-233g/L gây ảnh hưởng lớn đến khả năng hình
thành L-lysine của chủng, nhưng nồng độ 65g/L của glucose cho sản lượng L-lysine
cao nhất. [1]

22


[1] Theo nghiên cứu của tác giả Hadj Sassi (1988) về sản xuất L-lysine ở chủng
Corynebacterium glutamicum sp
2.2.10.3. Môi trường nuôi cấy và điều kiện nuôi cấy
Ảnh hưởng đến sự phát triển của chủng vi sinh vật. Từ đó ảnh hưởng đến việc nó sử
dụng cơ chất để sinh ra sản phẩm.
Chủng vi sinh vật này có khả năng đồng hóa nhiều nguồn carbon như glucose,
fructose, maltsose,… và một số nguồn carbon từ tự nhiên như dịch bắp, mật rỉ đường.
Ure, peptone và (NH4)2SO4 là những nguồn nito phổ biến được đưa vào môi trường
lên men để thu nhận L-lysine. Trong đó:
(1) NH4 là nguồn nito dễ hấp thụ nhất
(2) Ure được phân giải thành NH3 và CO2 nhờ enzyme urease
(3) Peptone là nguồn nito hữu cơ, nhờ hoạt động của enzyme deaminase biến đổi
thành NH3, NH3 xâm nhập qua thành tế bào và tham gia vào quá trình hình thành
amino acid
2.2.11. Chế độ lên men fed-batch đã tiến hành
(1) Nguồn cơ chất bổ sung: Glucose
(2) Thời điểm bổ sung cơ chất: 20 giờ
(3) Chu kỳ bổ sung cơ chất: 2 giờ, giúp ổn định lượng đường trong môi trường để
chủng vi sinh vật có thể sử dụng tốt.
(4) Nồng độ cơ chất bổ sung: 25%
2.2.12. So sánh một số thông số trong lên men batch và fed-batch
2.2.12.1. Lượng L-lysine

Hình 2.2.12.1. Đồ thị so sánh lượng L-lysine trong lên men batch và fed-batch
23

Trong 20 giờ đầu, lượng L-lysine là tương đương ở hai hình thức lên men. Đối với
lên men fed-batch, sau 20 giờ, glucose bắt đầu được bổ sung vào môi trường lên men
làm cho lượng L-lysine ở những thời điểm sau cao hơn so với L-lysine cùng thời điểm
thu được bằng lên men batch. Nguyên nhân là do nồng độ đường luôn được giữ ở mức
phù hợp, hoạt động trao đổi chất của chủng nghiên cứu luôn ở mức độ cao nên sinh ra
nhiều sản phẩm. Kết thúc quá trình tại thời điểm 48 giờ, L-lysine đạt được ở lên men
batch là 34g/L và lên men fed-batch là 43g/L, tăng 21% so với dạng batch.
2.2.12.2 Khả năng sinh trưởng của chủng

Hình 2.2.12.2. Đồ thị so sánh khả năng sinh trưởng của chủng trong lên men batch và
fed-batch
Mật độ tế bào ở 20 giờ đầu lên men ở mức tương đương giữa hai hình thức lên men.
Sau khi được bổ sung thêm glucose từ giai đoạn 20 giờ trở đi, mật độ tế bào trung bình
trong lên men fed-batch cao hơn, chứng tỏ chúng tăng sinh mạnh hơn, lượng cơ chất
bổ sung đã được sử dụng. Cuối quá trình lên men, mật độ tế bào ở hình thức lên men
batch bắt đầu giảm (thời điểm 40 giờ). Trong khi đó, ở hình thức fed-batch, mật độ tế
bào vẫn tăng, đồ thị biểu diễn không có xu hướng đi xuống.

24


2.2.12.3 Lượng đường sót

Hình 2.2.12.3. Đồ thị so sánh lượng đường sót trong lên men batch và fed-batch
Lượng đường sót trong canh trường có sự khác biệt rõ ở hai hình thức lên men. Đối
với batch, lượng đường sót giảm tuyến tính theo thời gian. Đối với fed-batch, lượng
đường sót có sự tăng giảm không đi theo đường tuyến tính do glucose được bổ sung
trong quá trình lên men. Tuy nhiên, lượng đường trong canh trường từ thời điểm 20
giờ trở đi luôn được duy trì ở nồng độ thích hợp nên quá trình trao đổi chất của chúng
diễn ra mạnh, làm tăng khả năng sinh tổng hợp L-lysine

2.3. Một số ưu, nhược điểm của phương pháp lên men Fed-batch
2.3.1. Ưu điểm
Hình thức lên men theo mẻ có bổ sung dưỡng chất đã giải quyết được một số nhược
điểm của lên men theo mẻ:
(1) Trong công nghệ lên men amino acid thường đòi hỏi hàm lượng cơ chất cao để
thu được sản lượng cao. Hàm lượng đường cao trong dịch nuôi cấy ban đầu sẽ ức chế
sự sinh trưởng của tế bào vi khuẩn hoặc làm giảm lượng sản phẩm do sự hình thành
các sản phẩm khác như acetate và lactate. Nếu bắt đầu quá trình nuôi cấy với hàm
lượng đường thấp và bổ sung theo thời điểm thì pha lag có thể được rút ngắn, từ đó
làm tăng sản lượng.
(2) Đối với những chủng đột biến khuyết dưỡng, nồng độ chất dinh dưỡng ban đầu
quá cao sẽ làm tế bào sinh trưởng quá mức hoặc gây ra ức chế ngược, làm giảm sản
lượng. Trong trường hợp này, việc bổ sung chất dinh dưỡng theo mẻ với tỷ lệ nhất
định sẽ giúp thu được sản lượng tối đa. Hình thức này đã được sử dụng trong nuôi cấy
25