Các giai đoạn phát triển của vi sinh vật
Qúa trình phát triển của vi sinh vật diễn ra theo các giai đoạn khác nhau được gọi là các pha phát triển, bao gồm pha tiềm phát, pha logarit, pha cân bằng và pha suy vong.
Khi nghiên cứu quá trình sinh trưởng của vi sinh vật trong bình lên men, người ta chú ý trước hết đến các quá trình trong đó sản phẩm mong muốn là một sản phẩm trao đổi chất của vi sinh vật. Có hai loại trao đổi chất chủ yếu được gọi là sản phẩm bậc một và sản phẩm bậc hai. Một chất trao đổi bậc một là một chất được tạo thành trong pha sinh trưởng đầu tiên của vi sinh vật, trong khi một chất trao đổi bậc hai là một chất được tạo thành gần vào lúc kết thúc quá trình sinh trưởng, thường vào gần hoặc vào chính pha cân bằng.
Nghiên cứu quá trình sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật trong bình lên men để điều khiển quá trình sao cho vi sinh vật phát triển tốt nhất và tạo ra được tối đa sản phẩm mà ta mong muốn. Để theo dõi sự phát triển của vi sinh vật trong bình lên men thường tiến hành phân tích một số chỉ tiêu cơ bản như trong lượng sinh khối trong một đơn vị thể tích, hàm lượng Protein hoặc ADN trong tế bào, số lượng tế bào/ đơn vị thể tích. Sự tăng sinh khối trong một đơn vị thể tích bao hàm sự tăng về số lượng tế bào và sự tăng về số lượng kích thước mỗi tế bào.
Thời gian trung bình để tăng gấp đôi tế bào đối với các sinh vật như sau:
+ Vi khuẩn 0.25 – 1 h
+ Nấm men 1 – 2 h
+ Nấm mốc 2- 6,5 h
+ Tế bào thực vật 20-70h
+ Tế bào động vật 15- 48 h
Để đạt được tốc độ sinh trưởng của sinh vật theo mong muốn và tạo ra sản phẩm với hiệu suất tối đa cũng cần phải nghiên cứu thêm các điều kiện khác nữa như: thành phần môi trường, các chất kích thích sinh trưởng, các tiền chất để hướng dẫn vi sinh vật tạo ra các sản phẩm mong muốn. Ví dụ thêm acid phenyl acetic vào môi trường lên men sinh tổng hợp penicillin ta thu được benzyl penicillin (penicillinG) còn nếu thêm vào môi trường chất acid phenoxy acetic ta lại thu được phenoxy methyl penicillin (penicillin V), rõ ràng là có thể điều khiển được quá trình lên men theo ý muốn. Trên thực tế các viện nghiên cứu, các nhà máy sản xuất các chế phẩm sinh học đều có phòng nghiên cứu về công nghệ lên men.
Trong công nghệ lên men, người ta cũng phân ra các kiểu lên men sau: Lên men chu kỳ, lên men bán liên tục và lên men liên tục.
Trong lên men chu kỳ, vi sinh vật được nuôi cố định trong bình lên men với một thể tích môi trường xác định, vi sinh vật phát triển theo giai đoạn và tạo ra các sản phẩm. Kết thúc quá trình, người ta tiến hành các công đoạn cần thiết để thu lấy sản phẩm. Phương pháp len men chu kỳ được ứng dụng để sản xuất nhiều hoạt chất quan trọng như amino acid, các chất kháng sinh.
Lên men chu kỳ có cải tiến cũng được áp dụng nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng bình lên men. Ví dụ nuôi các nấm men để nuôi sinh khối tế bào nhằm thu được năng suất cao trong một thể tích đơn vị nuôi cấy, trong quá trình nuôi thường bổ sung thêm dinh dưỡng Hydrat carbon và các yếu tố cần thiết khác làm cho mật độ tế bào tăng lên.
