Các thiết bị lên men nuôi cấy chìm vi sinh vật trong các môi
trường dinh dưỡng lỏng 2
I. Đặt vấn đề:
Nuôi cấy vi sinh vật để sản xuất các sản phẩm của các chất hoạt hóa
sinh học là quá trình tinh vi và phức tạp để thu nhận các sản phẩm tổng
hợp vi sinh. Tổng hợp sinh học các chất hoạt hóa sinh học do vi sinh vật
tạo ra phụ thuộc vào một số yếu tố như nhiệt độ, pH của môi trường và
canh trường phát triển, nồng độ hòa tan, thời gian nuôi cấy, kết cấu và
vật liệu thiết bị… Trong chương này chúng tôi sẽ giới thiệu một số thiết
bị lên men công nghiệp được ứng dụng để cấy chìm vi sinh vật.
II. Nội dung:
I. Các thiết bị lên men không đòi hỏi tiệt trùng các quá trình nuôi cấy vi
sinh vật
1.1 Các thiết bị hình trụ có bộ phận bơm dâng bằng khí nén với
sức chứa 1300m³:
1.1.1 Mục đích, ý nghĩa:
Thiết bị này được dùng để nuôi cấy nấm men một cách liên tục trong
nước quả.
1.1.2. Đặc điểm, cấu tạo:
Nó gồm các vỏ thép hàn, đáy hình nón cụt và nắp hình nón có lỗ ở chính
giữa.
Hình 1: Thiết bị lên men hình trụ có bộ phận
Bốn ống khuếch tán 7 được lắp bên trong thiết bị để tạo ra 4 dòng tuần
hoàn độc lập. Không khí nén được đẩy qua ống góp 2 vào các ống trung
tâm của mỗi ống khuếch tán, ở cuối ống trung tâm có côn và chậu 8.
Thùng phân phối được đặt trên nắp thiết bị, dịch lên men, nước quả,
nấm men và nước amoniac cho vào các khớp nối 3,4,5. Tất cả các cấu tử
được trộn lại và tạo ra được một dung dịch dưỡng và theo các ống có
đường kính 100mm chảy xuống dưới các chậu của thiết bị thổi khí.
Hỗn hợp dinh dưỡng khi chảy qua mép chậu được khuấy trộn với
không khí thoát qua khe dưới chậu. Nhũ tương không khí-chất lỏng được

mạnh.
Khi tốc độ chuyển động của các dòng tia 8-12m/s và áp suất không
đổi thì sự phân tán của không khí sẽ đạt được tốt. Nhờ tác động phun ở
vùng vào của dòng, nhờ chuyển động diểm ở tường của thiết bị và nhờ
đảo trôn các bọt khí mà thực hiện việc lựa chọn thích hợp cho xung lượng
có dòng nạp tự do, nhằm đảm bảo sự khuấy trộn mạnh canh trường nuôi
cấy.
Các bọt khí trong luồng hầu như hoàn toàn đến đáy thiết bị, còn khi
nổi lên bề mặt thiết bị bị phá huỷ bởi trường rối.
Trong trường hợp giảm lượng chất lỏng tuần hoàn thì sự phân tán
không khí được tăng lên đáng kể và nó được phân bổ đều theo toàn thể
tích thiết bị. Tốc độ trao đổi khí tăng tuyến tính với sự tăng dòng chất
lỏng tuần hoàn và tiêu hao năng lượng trong một khoảng hoạt động rộng.
Cho nên quá trình thổi khí có thể điều chỉnh bởi tốc độ truyền khí. Trong
các thiết bị có kết cấu được nêu trên, nhu cầu về năng lượng để nạp
không khí rất nhỏ và năng lượng của dòng tuần hoàn sẽ đảm bảo độ rối
cần thiết để trao đổi khối. Những điều kiện cần thiết để trao đổi khối
mạnh trong thiết bị là: độ rối cao, sự phân tán không khí tốt, thời gian có
mặt của không khí trong canh trường lâu và đồng hoá môi trường cao.
Hình 2: Thiết bị lên men dạng phun
1-Cửa không khí vào; 2- Đường ống không khí thải; 3-Hầm tháo
nước;
4- Tường thiết bị; 5- Đường ống cao áp;6- Đường ống hút;7- Bơm
tuần hoàn
Bơm tuần hoàn là bộ phận chính của toàn hệ, phương pháp luồng
ngầm có hiệu quả đặc biệt đối với các quá trình có tốc độ trao đổi khối
cao.
Trong trường hợp tổ hợp tầng của các thiết bị hay sự phân chia bên
trong thiết bị có sức chứa lớn ra thành 2-3 phần và tất cả các ngăn được
nối lại nhờ các máng rót để môi trường theo đó chảy từ trên xuống máng

6- Dẫn động; 7- Bộ phận trao đổi nhiệt; 8- Ống khuếch tán; 9- Cốc
xilanh; 10- Cơ cấu phun
1.3.2 Thiết bị nuôi cấy nấm men trong môi trường rắn ĂÔĐ-76-900
để nuôi cấy nấm mem paraffin. Hiện tại loại thiết bị này được thực
nghiệm rộng rãi trong các nhà máy sản xuất chất cô chứa vitamin và
protein. Thiết bị lên men gồm vỏ 1; vòng tuần hoàn đột lỗ 2; ống khuếch
tán trung tâm 5; các cơ cấu thổi khí 3 được lắp trong vòng tuần hoàn đột
lỗ và trong các ống trung tâm; các bộ trao đổi nhiệt 7 và bộ tách giọt 4.
Động cơ 6 dẫn động cho các cơ cấu thổi khí. Nạp vào thiết bị môi trường
dinh dưỡng chứa parafin, muối khoáng, các nguyên tố vi lượng, nước
amoniac và tháo thành phẩm ra khỏi bộ phân ly qua khớp nối. Nạp không
khí để thổi cho canh trường bằng phương pháp tự hút. Khi các bộ thông
gió sục khí cho môi trường thì sự trao đổi khối được xảy ra qua bộ trao
đổi nhiệt để tạo ra những dòng lên xuống.
Vỏ thiết bị được chế tạo bằng thép không gỉ, hai lớp, còn các bộ trao
đổi nhiệt, các cơ cấu trao đổi khí và các vách ngăn – bằng thép nguyên
khối.
Hình 4: Thiết bị nuôi cấy nấm men trên môi trường rắn ĂÔĐ-76-900
1- Vỏ; 2- Vòng tuần hoàn đột lỗ; 3- Cơ cấu thổi khí; 4- Bộ tách giọt;
5- Ống khuếch tán trung tâm; 6- Động cơ; 7- Bộ trao đổi nhiệt
1.3.3Ưu, nhược điểm
- Ưu điểm: kết cấu đơn giản
- Nhược điểm: trục thiết bị bị rung động, nhiễm bẩn bề mặt trao đổi
nhiệt và giảm hệ số trao đổi nhiệt.
1.3.4 Pham vi ứng dụng:
Loại thiết bị này được ứng dụng để nuôi cấy chủng nấm men đặc biệt
trong môi trường dinh dưỡng chứa paraffin lỏng
Thiết bị lên men trao đổi khối mạnh:
Mục đích, ý nghĩa:
Mục đích chính của thiết bị này là tăng nồng độ vi sinh vật trong dung

Thải không khí khỏi phòng 19 qua khớp nối 8 nhở bộ tách khí 9,
còn khỏi phòng 20 – qua khớp nối 13.
Hình 5: Thiết bị cấy lên men trao đổi khối lạnh
1- Bộ trao đổi nhiệt; 2- Xilanh hướng; 3,6,8,11,13- Khớp nối;
4,18- Đoạn ống định vị; 5,7,14,16- Ống góp; 9- Bộ tách khí; 12-
máy khử bọt cơ học; 15- Đĩa nón; 19- Phòng nuôi cấy canh
trường; 20- Phòng tận dụng bổ sung dung lượng ban đầu; 21- Ống
đột lỗ
1.4.3 Ưu, nhược điểm:
- Ưu điểm: năng suất thiết bị lớn.
- Nhược điểm: giá thành thiết bị lớn.
II. KẾT CẤU CỦA CƠ CẤU THỔI KHÍ THRONG MÁY PHUN
KIỂU TUABIN:
Máy phun kiểu tuabin dó là loại kết cấu hút 2 tầng có các cửa trên và
dưới để nạp và thả dung dịch. Loại này hoạt động như sau: không khí vào
được trộn với chất lỏng khi thoát ra thì không khí được hướng lên trên và
sau khi qua bộ đảo trộn được chia ra làm 2 dòng. Khi đi qua phần trung
tâm của cơ cấu tuần hoàn, dòng thứ nhất vào cửa trên của cơ cấu phun,
còn dòng thứ 2 hướng xuống dưới theo đường viền của cơ cấu tuần hoàn
và khi chuyển động dưới đáy giả thì chuyển động xuống phía dưới.
2.1. Máy phun kiểu tuabin có các vòng đột lỗ:
2.1.1. Mục đích, ý nghĩa:
Loại này được dung để thổi khí và khuấy trộn, môi trường giống khi nuôi
cấy vi sinh vật đặc biệt là nấm men.
Nhằm mục đích đơn giản hóa kết cấu máy phun kiểu tuabin, cơ cấu để
phá dòng chất lỏng có dạng vòng đột lỗ, được lắp giữa các cánh của quạt
và các phần tạo đường viền của vỏ máy.
2.1.2. Đặc điếm, cấu tạo:
Máy phun gồm vỏ 10 lắp chặt trong ống thông
rỗng khí 1 với các phần tạo đường viền 6 để

throng vòi phun để phun hỗn hợp khí- chất
lỏng và quạt gắn trong vỏ gồm 2 đĩa 5, 6 với
các cánh 3 ở giữa các đĩa
Theo đường kính ngoài của các đĩa người ta
phân bổ các vòi 9 để phá hủy các dòng chất
lỏng.những đoạn vào các nhánh 10 để phun hỗn hợp khí- chất lỏng được
phân bổ giữa các vòi.
Chất lỏng ban đầu được hướng tới các vòi 9 nhờ các cánh 7, tại đây chất
lỏng được phân chia ra một số dòng, chúng tiếp xúc với không khí vào từ
quạt và đẩy vào vòi phun 4, rồi tiếp tục phân tán vào chất lỏng nhờ các
cánh 9,10. Sau đó chất lỏng bảo hòa không khí được thoát ra ngoài.
2.2.2. Ưu, nhược điểm:
- Ưu điểm: quá trình đảo trộn khí và chất lỏng được tốt hơn.
- Nhược điểm: bộ phận vòi phun dễ bị hư hỏng.
III. KẾT LUẬN:
Tóm lại các quá trình nuôi cấy sản sinh ra các nấm men gia súc thuộc
các quá trình nuôi cấy vi sinh vật không tiệt trùng. Theo kết cấu các thiết
bị lên men để sản xuất nấm men tương tự như các thiết bị để sản xuất
enzim, các kháng sinh chăn nuôi, các amino acid và các sản phẩm tổng
hợp khác, nhưng không có sự bảo vệ hơi và không khí của trục quay và
một số bộ phận kết cấu.
Trong nhiều trường hợp để sản xuất nấm men gia súc, ứng dụng các thiết
bị đã được sử dụng trong các quá trình tiệt trùng.
1.