Trong

Công nghệ lên men hiện đại

Các quá trình công nghệ sinh học cơ bản

I. Đại cương về công nghệ lên men hiện đại

1.1. Điểm lịch sử công nghệ lên men công nghiệp

• 1815: Sản xuất dấm theo phương pháp nhanh

• 1846: Sản xuất công nghệ nấm men bánh mì

• 1881: Lên men acid lactic nhờ vi khuẩn

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

• 1912 : Lên men sản xuất acid xitric

• 1914 : Sử dụng Candida để SX thức ăn gia súc từ rỉ đường

• 1930 (1894): Lên men SXCN chế phẩm enzym pectinaza

• 1934 : Sản xuất vitamin C, sử dụng Acetobacter

• 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 nhờ E. coli tái tổ hợp

• 1982: Lên men thu SPTĐCTC (saponin) với tế bào thực vật

+ Về bản chất tác nhân sinh học

• Thời kì trước 1881: Lên men bằng canh trường tập trung

• 1881 : lên men bằng canh trường vi sinh vật thuần khiết

• 1940: lên men thuần khiết, bằng chủng VSV đột biến

• 1954: lên men thuần khiết, bằng tế bào (mô) thực vật

• 1966: lên men thuần bằng tế bào (mô) động vật (‘34, ‘37)

• 1980: lên men thuần bằng tế bào VSV tái tổ hợp gen

+ Khả năng phát triển

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

• Tương lai: ưu thế về sự đa dạng sinh học, năng lực chuyển hoá và sinh tổng hợp, khả năng can thiệp vào cấu trúc gen thuận lợi...; tốc độ phát triển vũ bão của KH-CN... Ngày càng nhiều hơn các chủng VSV được ứng dụng trong SXCN

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

• Tương lai: CNLMHĐ trên đối tượng TB gốc để SX hạt giống nhân tạo

+ Về đặc điểm công nghệ

•Trước XIX: Lên men thường (yếm khí, hiếu khí giản đơn)

• 1815 : Lên men hiếu khí trên tháp đệm

• 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 ưu hóa trong CNLM

• 1971: Kết nối computer để giám sát QT lên men

• 1976: Điều khiển tối ưu 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

1.2. Công nghệ lên men hiện đại

• Quy trình công nghệ Sử dụng đối tượng sinh học làm tác nhân (vi sinh vật, tế bào mô thực vật, tế bào mô động vật, enzym…

• 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 ưu 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...)

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

1.3. Mục đích quá trình lên men

• Thu enzym, axit amin, vitamin...

• Biến đổ cấu trúc cơ chất (biotransformation)

• Thu toàn bộ sinh khối: nhân giống, sản xuất protein

đơn bào

• Thu sản phẩm trao đổi chất: sản phẩm trao đổi chất

sơ cấp; sản phẩm TĐC thứ cấp

• Các mục đích khác xử lý chất thải, thu hồi và khai thác

kim loại quý hiếm, VSV chỉ thị...

1.4. PHÂN LOẠI QUÁ TRÌNH LÊN MEN

THEO ĐẶC TÍNH CƠ LÝ MÔI TRƯỜNG

• lên men hiếu khí

• Lên men trên môi trường rắn xốp

• Lên men với môi trường lỏng (LM bề mặt, LM bề sâu...)

• THEO NHU CẦU VỀ ÔXY • Lên men yếm khí

• THEO KỸ THUẬT VẬN HÀNH• Lên men gián đoạn

• lên men bán liên tục (cấp liệu, thu dịch lên men...)• lên men liên tục

• Theo kỹ thuật điều chỉnh động học quá trình

• Lên men thường• Lên men hai pha• Lên men đinh hướng

Cơ sở xây dựng quy trình công nghệ

• Xây dựng ý tưởng công nghệ...

1.5. CƠ SỞ XÂY DỰNG QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

• Xây dựng ý tưởng công nghệ...

• Xây dựng phương án nguyên liệu, nghiên cứu tối ưu hoá thành phần môi trường 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(scale up)

Tuyển chọn tác nhân sinh học cao sản (VSV)

Sơ đồ phân bổ đầu tư

• Hình thành ý tưởng 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

Năng lực tác nhân sinh học

• Vi khuẩn, xạ khuẩn, nấm

men, nấm mốc, mô tế bào

thực vật, động vật,

enzym ...

•N

ghiên

cứu

xây dự

ng và h

oàn

thiện

QT

CN

• Khả năng tổng hợp

(chuyển đổi, phân

giải...) sản phẩm và

năng lực tích tụ SP...

•Quảng bá và lưu hành sản phẩm

Quá trình công nghệ lên men

- Vi sinh vật - Sinh học phân tử - Kỹ thuật gen - Hoá sinh, động học phản ứng - dinh dưỡng học- Hoá lý, hoá keo, tổng hợp hữu cơ...- Quá trình công nghệ - Mô hình và tối ưu hoá - Điều khiển tự động - hoàn thiện SP...

1.6. Các giai đoạn chính của QTCNLM

- Tuyển chọn chủng- Chuẩn bị môi trường nhân giống và LMkhử khuẩn môi trường, thiết bị...Nhân giống ...

lên menChuẩn bị lên men

XỬ LÝ DỊCH LM VÀ TINH CHẾ THU SẢN PHẨM

Giám sát, điều chỉnh tốc độ phát triển Điều chỉnh quá trình chuyển hoá tạo sản phẩm

Tách sinh khốiXử lý thu sản phẩm thôTinh chế thu sản phẩm tinh sạchXử lý thu hồi (dung môi...)Xử lý an toàn chất thải

+ SƠ ĐỒ TỔNG QUÁT DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ

Nguyên liệu

Bảo quản giống sx

PTN

Nhân giống nhỏ và trung

gian

Lên men sản xuất

tách, làm sạch...

Tinh chế ....

bao gói, hoàn thiện

Sản phẩm chính

Sản phẩm thô

XỬ LÝ AN TOÀN CHẤT THẢI

Chuẩn bị, pha chế môi trường

Thanh trùng làm nguội

Nhân giống sản xuất

Phân tích chất lượng và giám sát QTSX

Sản phẩm phô

Nguồn cấp hơi, điện, nước…Phòng kỹ thuật

Phòng kỹ thuật

Phân xưởng lên men

PHÂN XƯỞNG

THÀNH PHẨM

PHÂNXƯỞNGPHỤTRỢ

Phân xưởng

xử lý

dịch lên mentinh chế

thu sản phẩm

Xử lý dịch LM

II.Giống và nhân giống trong sản xuất

2.1. Yêu cầu chung của chủng công nghiệp

1. 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

6.Có khả năng xử lý để tạo biến chủng hoạt tính cao h¬n

3. Có chủng thuần khiết: ổn định về di chuyền, giống có thể bảo quản lâu dài; có thể nhân giống nhanh, đảm bảo cấp giống thường xuyên, ổn định cho sản xuất

4. Không độc với người, động thực vật và môi trường sinh thái (nếu có thì độc tính thấp, dễ xử lý khử độc, hoặc mất hoạt tính nhanh ở môi trường ngoài)

2.2. Các bước chính để chọn chủng công nghiệp

1. Phân lâp, 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 PILOT6. 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 ưu trên quy mô phòng thí nghiệm

Kiểm tra khả năng thích ứng với trang thiết bị hiện có, nguồn cung ứng nguyên liệu, trình độ công nghệ, khả năng đáp ứng của lực lượng sản xuất...)

(giai đoạn nghiên cứu toàn diện nhất, bao gồm đặc tính chủng, động học sự phát triển, sự hình thành và tích tụ sản phẩm; Nghiên cứu ảnh hưởng của điều kiện môi trường lên men, xác định giải pháp công nghệ để điều chỉnh định hướng quá trình lên men...)

(phenotyp hay genotyp)

Sơ đồ xuất sứ một vài chủngPenicillium công nghiệp hiện nay

2.2. các bước chính để chọn chủng công nghiệp

* Đồng thời với phương pháp tuyển chọn và cải tạo hoạt tính chủng trên, kỹ thuật tạo biến chủng tái tổ hợp gen được nghiên cứu và ứng dụng ngày càng rộng rãi hơn.

+ Tìm kiếm nghiên cứu tách dòng các gen quý

+ Biến nạp gen đã tách dòng vào chủng mang lựa chọn (Escherichia coli, Saccharomyces cerevisiae, Aspergillus niger, A. oryzae...)

+ 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.

2.2. Các phương pháp bảo quản giống

+ Bảo quản giống ở chế độ lạnh đông

+ Bảo quản giống ở chế độ siêu lạnh

+ Bảo quản khô

- Bảo quản thường

- Bảo quản trong dầu (thích hợp để bảo quản nấm sợi)

- trong (hay trên) nitơ lỏng

** Một số phương pháp bảo quản thông dụng

* Mục đích yêu cầu : CT thuần 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 lượng, 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 - -80oC) Chi phí cao, tốn ít nhân lực

chi phí cao, đọc, dễ trục trặc khi không đủ N2

+ Bảo quản giống bằng kỹ thuật đông khô Đầu tư 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

2.2. Các phương pháp bảo quản giống

- Trong các ngân hàng giống vi sinh vật, tại các viện nghiên cứu chuyên ngành, trong các trường đại học và ngay trong các phòng giống của các cơ sở sản xuất...

*Không có giải pháp tối ưu cho mọi chủng; mỗi giống thường được bảo quản song song bằng một số phương pháp thích ứng

* Căn cứ lựa chọn: tỉ lệ sống sót, nhiễm tạp, biến đổi về di truyền (suy giảm hoạt lực), lượng mẫu, giá trị canh trường cần bảo quản, khả năng vận chuyển và cung ứng, khả năng hoạt hoá để sử dụng, giá thành.

+ Hiệu quả bảo quản

- 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

• ...

+ Nơi bảo quản giống

2.3. Nhân giống phục vụ sản xuất+ Mục đích yêu cầu

- Cấp giống ổn định và kịp thời cho sản xuất

+ Cấy chuyền nhân giống cho sản xuất

Cấp giống đủ về lượng, đảm bảo chất lượng (kể cả đặc điểm, hình thái - nấm sợi), 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 trường

* Chu kỳ cấy chuyền

: không cần phù hợp với MT lên men SX, nguy cơ kéo dài pha thích ứng

: nguy cơ nhiễm tạp - giải pháp giống song song, cấp giống trung gian

III. Môi trường lên men

3.1. Yêu cầu

+ Đảm bảo cung cấp đủ chất dinh dưỡng để chúng duy trì và phát triển đủ lượng sinh khối cần thiết

+ Phù hợp với mục tiêu công nghệ để tạo ra sản phẩm mong muốn

+ Đảm bảo các chỉ tiêu kinh tế

+ Đảm bảo chất lượng vệ sinh công nghiệp để hạn chế và ngăn ngừa nhiễm tạp

3.2. Khử khuẩn môi trường

3.2.1. Mục đích yêu cầu

+ Ngăn ngừa nhiễm tạp, đảm bảo cho quá trình lên men xảy ra với tác nhân mong muốn, đảm bảo năng suất và hiệu quả chuyển hóa cơ chất…

+ Ngăn ngừa suy giảm hoạt tính sản phẩm, giảm tạp chất, hạn chế tác động tiêu cực đến chúng và hiệu quả công nghệ áp dụng

3.2.2. Giải pháp

+ Thanh trùng (sử dụng nhiệt độ cao)

+ Siêu lọc

+ Sử dụng các tia năng lượng (tia cực tím, tia alpha- tia gamma...

+ Sử dụng tác nhân hóa học

+ Áp dung chế độ lên men đặc biệt (pH, nhiệt độ, tác nhân ức chế chọn lọc...)

a/ Thanh trùng

* Yêu cầu+ Tiêu diệt vi sinh vật và bào tử

* Chế độ thanh trùng: A - B - C

t=CĐTT

- A Thời gian gia nhiệt mẫu đến nhiệt độ thanh trùng, phút

- C Thời gian làm nguội mẫu xuống nhiệt độ phòng, phút

- T Nhiệt độ thanh trùng, oC, oF, (oK)

* Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả thanh trùng: Lượng vi sinh vật trong mẫu, khả năng chịu nhiệt của các chủng, đặc tính cơ lý của mẫu, hệ số rủi ro nhiễm tạp cho phép, điều kiện công nghệ khả thi, chi phí vận hành ...

+ Hạn chế biến đổi chất lượng: phản ứng caramen, phản ứng melanoidin, phản ứng thuỷ phân, các cấu tử bị phân huỷ bởi nhiệt độ cao, biến đổi pH...

- B Thời gian giữ mẫu ở nhiệt độ thanh trùng, phút

+ Thanh trùng gián đoạn 110 - 121oC, 15-30 phút

+ Thanh trùng liên tục 140 - 146oC, 2-3 phút

Thanh trùng môi trường

Bay hơi

Gia nhiệt

Làm lạnh

Giữ nhiệtGia

nhiệt

Làm lạnh

Gia nhiệt thanh trùng

Giữ nhiệt

b/ Lọc vô khuẩn môi trường

* Cơ chế hoạt động : Chặn cận, hấp phụ, bắc cầu, đóng khối quán tính, tương tác nhóm, tương tác tĩnh điện...

+ Màng siêu lọc

+ Lọc thường

- Bông thuỷ tinh, bông, sợi khoáng, xenlulo, amiăng...

-0,5-100m, bề dày đủ lớn

- xử lý không khí (200C/m3): 0,15m/s, 1C/1000m3, 10m3/phút - 100 h

* Dạng cấu trúc lọc

Axetat xenlulo, Polyetylenphthalat; nilon...; dày 70-150m, mao quản < 10 m (microfiltration 0,02-10 m, ultrafiltration 0,001-0,02 m, hyperultrafiltration <0,001 m); độ rỗng 60-85%

3.3. Khử khuẩn Thiết bị và thiết bị phụ trợ

3.3.1. Mục đích, yêu cầu

+ Đảm bảo cho quá trình lên men xảy ra với tác nhân mong muốn, ngăn ngừa nhiễm tạp, đảm bảo hiệu quả năng suất và hiệu quả chuyển hóa cơ chất...

+ Ngăn ngừa suy giảm hoạt tính sản phẩm, góp phần làm giảm tạp chất hay giảm thiểu rủi ro phát sinh thêm trong xử lý thu sản phẩm

3.3.2. Giải pháp+ Nhiệt độ cao, hóa chất...

+ Thanh trùng tại chỗ (Clean in Place, In Situ Sterilyzation)

+ Giải pháp khả thi, đồng bộ cho cả thiết bị và hệ thống thiết bị phụ trợ và mức phát sinh do đầu tư, vận hành và bảo trì chấp nhận đươc

CIP: Rửa sạch bằng nước

1. Vệ sinh bằng dung dịch kiềm loãng Tráng lại bằng nước

2. Vệ sinh bằng dung dịch acid loãng

Tráng lại bằng nước 3. Thanh trùng bằng dung dịch chất sát khuẩn

(Tráng lại bằng nước)

IV. Lên men sản xuất

Không khí

Không khí sạch

Khuấy trộn

Điều nhiệt

Giám sát và điều chỉnh các thông số công nghệ: Si, Pi, to, pH, O2, ... Thanh trùng

Tách bọt

Gia nhiệt khử khuẩn

Lọc khí thảiSơ đồ nguyên lý quá

trình lên men

4.1. động học quá trình lên men

4.1.1. Quá trình lên men gián đoạn

Thêi gian lªn men

Nồng độ sản phẩm (TĐC thứ cấp)

Nồng độ cơ chất

Mật độ tế bào

Hàm lượng sinh khối (BM)

RNA/Unit of BM

+ Qua bốn giai đoạn: thích ứng, phát triển luỹ tiến, cân bằng, diệt vong

+ Hiện tượng đường cong sinh trưởng kép khi có nhiều nguồn dinh dưỡng khác nhau

+ Sản phẩm TĐC sơ cấp và SP TĐC thứ cấp

+ Đặc điểm đặc trưng: kéo dài pha luỹ tiến hay pha cân bằng (hoặc diệt vong)

4.1.2. Quá trình lên men bán liên tục

+ Đường cong sinh trưởng kép do thay đổi đột ngột điều kiện lên men

4.1.3. Lên men liên tục

Mật độ tế bào

Hệ số pha loãng MT

Nồng độ cơ chất

Năng suất

vùng cân bằng động

Vùng bất ổn định

Vùng rửa trôi

4.1.4. Đặc điểm sinh thái pellet nấm sợi

+ Tác động qua lại giữa cấu trúc pellet với các thông số công nghệ

V vào (ra)

V làm việc TB

k pha loãng =

+ pellet xốp + pellet mịn + pellet rỗng

4.2. Kiểm tra giám sát các thông số công nghệ

4.2.1. Nồng độ tế bào vi sinh vật

Phản xạ 180o

90o/ xuyên

Khúc xạ 90o

A/ Đo độ đục

- Đặc tính quang học phụ thuộc kích thước, nồng độ các cấu tử...

- Sai số lớn: tế bào chết, cặn cơ học, bọt khí, kích thước thiết bị

* Mật độ quang OD: I vào / I xuyên ,

sử dụng ánh sáng đơn sắc, đo ở nhiều vị trí, đo nồng độ thấp hay pha loãng để đo khi nồng độ cao...

b/ Đo phổ hấp phụ/phát xạ

- NADH+, NADPH+: hấp phụ 460nm, phát xạ 340-360cm

- ảnh hưởng: tình trạng phát triển, cường độ trao đổi chất, nồng độ chất tan trong môi trường (Glucoza cao), bọt khí

4.2.1.1. Đo mật độ quang

c/ Sö dông thiÕt bÞ ®Õm qua khe hÑp

4.2. Kiểm tra giám sát các thông số công nghệ

4.2.1. Nồng độ tế bào vi sinh vật

- Phương pháp Twin-Type: sử dụng thiết bị đối chứng

4.2.1.2. Đo nhiệt lượng

- Phương pháp Different: sử dụng bộ đo cách nhiệt cục bộ Vd thiếu dinh dưỡng O2,....

- Phương pháp Head-Flux: đo gián tiếp qua năng lượng tiêu hao của thiết bị ổn nhiệt chung của hệ thống

4.2.1.3. Phương pháp xác định hàm lượng sinh khối (läc vµ c©n)

4.2.1.4. Phương pháp đo độ nhớt dịch lên men (sử dụng thiết bị mao quản)

4.2.1.4. Phương pháp đo điện trở dẫn và trở kháng (sử dụng thiết bị mao quản)

4.2.1.4. Phương pháp đo điện thế (sử dụng 2 điện cực hydro, 1 có màng cách ly)

4.2.1.4. Phương pháp khác (tạo phức với protein, qua cơ chất chuyển hoá hay sản phẩm tạo thành, đo phổ cộng hưởng từ hạt nhân...)

4.2. Kiểm tra giám sát các thông số công nghệ

4.2.2. nhiệt độ- Nhiệt kế thuỷ ngân: giao tiếp thuận lợi, chính xác, khó đo xa, dễ vì.....

- Nhiệt kế điện trở (Pt100: 100 Ohm ở 0oC - 123,4 Ohm ở 60oC, 0,5oC - 20-130oC)- Các dạng khác ....

4.2.3. pH môi trường

4.2.6. Các thông số khác (áp suất, khối lượng làm việc trong thiết bị, độ nhớt dịch, điện năng tiêu thụ, kiểm soát tạo bọt...)

- Điện cực kép Ag-Ag

2,3 R T

FUn = U = Uo + log

(H+)- Điện trở biến đổi theo thời gian, p khi thanh trùng chuẩn bị lại

4.2.4. Nồng độ oxy hoà tan

- Anode: Zn; Pb - Catode: Au; Ag

- Cân bằng lại sau khi thanh trùng

4.2.5. lưu lượng vào - ra (chỉnh áp qua thiết bị bằng lưu lượng kế phao, điện từ trường...)

4.3.1. Công cụ điều chỉnh: Bơm, quạt, van, TB điện...

+ Dạng điều chỉnh: đc theo quy luật

đc trực tuyến đc theo dạng phối hợp

+ Kiểu tương tác:

4.3. Điều chỉnh quá trình lên men

4.3.2. Nguyên lý điều chỉnh

4.4. Thiết bị lên men công nghiệp

4.4.1. Characteristics

+ Volume: depends on the process and it operation.

+ Operating mode: batch, semi-continuous, continuous operation

+ Typical types: aerated and stirred fermentor from stainless steel, large cylinder form closed at the top and bottom and with external cooling jacket; equiped with sparger, impeller and fitted with various pipers and valves

4.4. Thiết bị lên men công nghiệp

4.4.2. Dạng thiết bị

non aeration

agitation

aerated and sterred tank multi impeller

aerated and sterred tank

4.4. Thiết bị lên men công nghiệp

4.4.3. Technological characteristics of the fermentor

- Main part of the complex system, where the strain growth and product formation occur.

- Made from rolled steels with rough surface, spot of electric soldering, connection plugs etc. difficult of sterilization

- Unequal conditions at any volume locations, because of rheological properties of the broth (appearing primary flow, secondary flow,uneffective working zones etc during agitation)

4.5. Nhiễm tạp trong sản xuất công nghiệp

4.5.1. Khái niệm về lên men thuần khiết và nhiễm tạp

4.5.6. Các giải pháp hạn chế và ngăn ngừa nhiễm tạp

4.5.2. Nguyên nhân nhiễm tạp

4.5.3. Đặc điểm của nhiễm tạp

4.5.4. Ảnh hưởng của nhiễm tạp

5.5.5. Khả năng phát hiện nhiễm tạp

5. Product recovery - Downstream processing

5. Xử lý dịch lên men thu sản phẩm

5.1. Đại cương

5.2. Phân ly tách các phần tử rắn (hoặc sinh khối)

5.3. Các giải pháp xử lý thu sản phẩm nội bào

5.4. Các giải pháp xử lý làm giàu cấu tử tách

5.5. Tách và tinh chế thu sản phẩm tinh sạch

5.1. General features:

+ Nature of product:

+ Requirement of recovery operation: bioactive product with desired or acceptably clean level; cheap, simple and reliable operation, acceptable yield

- intracellular, extracellulare or membrane-adherent product

- low concentration and relatively inactivation

+ Remarkable: any treatment step: gainable expectation, but increase total cost and reduce efficiency

5.1. General features:

5.2. Separation of solid particles (or biomass)

+ Flotation

+ Sedimentation

+ Filtration

+ Centrifugation

+ Flocculation

+ Aims: a well clarified supernatant, solid with maximum dryness and contained operation

+ Preferable: filtration for mycelial broths; but centrifugation for cell debris, bacterial and yeast broths

Centrifugation Effluent Feed

+ Filtration

clarified filtration

clarified effluent

Sterile filtration

Sterile effluent

Suspension

inout

- Double step depth filtration (clarified and sterile filtration)

- Crossflow filtration (microfiltration - 0.02-10 m), ultrafiltration - 0.001-0.02m), hyperultrafiltration (less than 0.001m - osmosis effect)

Effluent

Suspension

Ultrafilter membrane

Washing port

Concentrate

clarified filtration

Clarify filtration

Hyperultrafiltration

5.3. Treatment for release of intracellulare products

- Destroying cell membrane: ultrasonic treatment, High presure homogenerator, glass bed mill etc.

- Degradation of cell membrane (or changing permeability): enzyme treatment, cell wall autolyse etc.)

5.4. Enrichment of desired compounds

- Evaporation (vacuum evap.)

- Extraction (simple or using reverse centrifugal extractor)

- Membrane processes: ultrafiltration, reverse osmosic, etc.

- Precipitation (fractional precipitation)

Structure of centrifugal extractor

5.5. Separation and purification of desired products

- Adsoption and dis-adsoption (fractional precipitation)

- Disolve and re-pricipitation (fractional precipitation)

- Chromatographies (gel chromatography, ion exchange chromatography, affinity chromatography etc.)

- Fractional precipitation

- Crossflow filtration (ultra- and hyperultrafiltration)

- Precipitation, filtration and dry-rise

- Freeze drying (lyophylization) etc.

* These methodes can be selected and applied sequently in range, dependent from nature of separative components

6. Đặc điểm riêng biệt trong một vài trường hợp lên men

6.1. Lên men sử dụng các biến chủng tái tổ hợp gen

6.2. Lên men với canh trường tế bào động vật

6.3. Lên men với canh trường tế bào thực vật

6. Đặc điểm riêng biệt trong một vài trường hợp lên men

6.1. Lên men sử dụng các biến chủng tái tổ hợp gen

+ Sản phẩm: Vaxin tái tổ hợp, dược phẩm tái tổ hợp (insullin, interferon); enzym, protein, các cấu tử phục vụ chuẩn đoán

+ Ưu thế: rẻ, ít độc, tính đặc hiệu cao, năng suất cao, khả năng tái sản xuất cao, giảm chi phí kiểm tra thử nghiệm an toàn...

+ Đặc điểm: là sản phẩm TĐC sơ cấp (sử dụng cảm ứng promoter; LM gián đoạn, bán liên tục)

+ Chú ý: Thoái hoá chủng (phân ly Plasmid trong phân bào..., vấn đề sử dụng kháng sinh cảm ứng Plasmid...)

6. Đặc điểm riêng biệt trong một vài trường hợp lên men

6.2. Lên men với canh trường tế bào động vật

+ Đặc điểm: tế bào dễ vỡ, đòi hỏi cao về điều kiện môi trường nuôi, khả năng phân chia giới hạn...

+ Nguyên lý tạo dòng tế bào vô hạn (Cell line): Dùng enzym (Trypxin) để xử lý tách thu tế bào, xử lý thu tế bào tinh sạch, xử lý lai tạo dòng tế bào vô hạn, chọn lọc lại thu dòng hoạt tính, bảo quản dòng TB.

6.3. LM với tế bào thực vật:

+ Nuôi cấy mô:

+ Nuôi cấy tế bào trần: TV mô sần tế bào lên men xử lý...

Cơ sở tìm kiếm phát hiện sản phẩm mới

• bán tổng hợp mới trên cơ sở sản phẩm đã biết • tổng hợp hoá học từ sản phẩm có hoạt tính sinh học đã biết

• Thiết kế sản phẩm mới

• tìm kiếm, khai thác để sản xuất sản phẩm mới

• phối hợp tổng hợp hoá học - sinh học

• phân lập, tuyển chọn chủng mới từ tự nhiên

• Điều chỉnh QT TĐC của chủng để sinh tổng hợp sản phẩm mới

• Áp dụng công nghệ tiên tiến để khai thác được chủng quý hoạt lực thấp

• Sử dụng chủng tái tổ hợp gen