Nguyên lý hoạt động của bể lên men sinh học
Bể lên men sinh học sử dụng vòi phun khí để phun sương không khí tốc độ cao. Không khí được phân tán thành các bọt khí. Ở phía được sục khí, mật độ trung bình của chất lỏng giảm, và ở phía không được sục khí, mật độ của chất lỏng giảm, tạo ra sự chênh lệch mật độ với chất lỏng ở phía được sục khí, và một vòng tuần hoàn chất lỏng được hình thành trong bể lên men.
Có nhiều dạng bể lên men sinh học, nhưng phổ biến hơn là loại ống tuần hoàn bên trong, loại ống tuần hoàn bên ngoài, loại xi lanh căng và loại vách ngăn đứng. Bên ngoài bể được thiết kế với ống tuần hoàn loại tuần hoàn bên ngoài, và bên trong bể được thiết kế với hai ống tuần hoàn bên trong.
Trong bể lên men sinh học, mức chất lỏng trong bể nằm dưới cửa ra của ống tuần hoàn và trên cửa ra của ống tuần hoàn. Những ưu điểm của bể lên men sinh học là tiêu thụ năng lượng thấp, tác động nhỏ của việc chiên và cắt cá trong chất lỏng, và cấu trúc đơn giản. Ở cùng mức tiêu thụ năng lượng, khả năng truyền oxy của nó cao hơn nhiều so với các bể lên men thông thường.
Những ưu điểm chính của bể lên men sinh học
1. Cấu trúc của bể lên men sinh học đơn giản, nguyên lý cơ bản không phức tạp, và tiêu thụ năng lượng cao hơn so với bể phản ứng cánh khuấy với bể phản ứng cánh khuấy
2. Sản xuất phụ thuộc vào tuần hoàn định hướng của khí. Thiết bị cơ khí không phải loại bơm ly tâm, mô hình dòng chảy được xác định, tuần hoàn chất lỏng mạnh, không có bộ phận chuyển động bên trong, ứng suất cắt nhỏ, và sự phân tán năng lượng rất đồng đều. So với các bể lên men truyền thống cho sinh vật, điều này đặc biệt quan trọng đối với các vật liệu nhạy cảm với cắt
3. Phạm vi dòng chảy khí và chất lỏng của bể lên men rộng
4. Hiệu suất cung cấp khí của bể lên men sinh học cao. Không khí trong ống nâng có thể lớn hơn không khí trong bể phản ứng sủi bọt, điều này có lợi. Phản ứng hiếu khí
5. Sự lưu động có thể là các hạt rắn, hoặc các hạt nặng có thể được treo hoàn toàn
Phương pháp tiệt trùng bể lên men sinh học
Trước khi tiệt trùng bể lên men sinh học, bộ lọc không khí kết nối với bể lên men sinh học thường được tiệt trùng bằng hơi nước và thổi khô bằng không khí. Khi tiệt trùng bể, trước tiên xả và rửa sạch nước thải trong đường ống cấp liệu, sau đó bơm môi trường nuôi cấy đã chuẩn bị vào bể lên men, và khởi động máy khuấy để tiệt trùng.
Để tiệt trùng bể lên men sinh học, trước tiên mở từng van xả, đưa hơi nước vào áo khoác hoặc cuộn dây để làm nóng trước, và chờ cho đến khi nhiệt độ bể tăng lên 80~90, và dần dần đóng van xả. Sau đó, đưa hơi nước trực tiếp vào bể lên men từ cửa vào không khí, cửa xả, và cửa lấy mẫu, để nhiệt độ bể tăng lên 118~120, và áp suất bể của bể lên men được duy trì ở mức 0,09~0,1Mpa (áp suất đo), và duy trì trong khoảng 30 phút.
Tiệt trùng bể lên men trống là tiệt trùng thân bể lên men. Trong quá trình tiệt trùng bằng không khí, áp suất bể thường được duy trì ở mức 0,15~0,2Mpa, nhiệt độ bể là 125~130, và được duy trì trong 30~45 phút; áp suất hơi tổng cộng yêu cầu không dưới 0,3~0,35Mpa, và áp suất hơi yêu cầu không dưới 0,25~0,3MPa.
Tiệt trùng tại chỗ đề cập đến việc tiệt trùng mà không thay đổi cấu trúc của bể trong sản xuất, và thường sử dụng tiệt trùng bằng hơi nước trực tuyến. Tiệt trùng ngoại tuyến có thể được hiểu là tháo bể lên men để tiệt trùng, và các bể lên men nhỏ có thể được di chuyển đến hộp tiệt trùng để tiệt trùng.
Kiểm soát thông số quan trọng
pH
Trong quá trình lên men, sự sinh sản, phát triển và sản xuất các sản phẩm phụ của tế bào vi sinh vật bị ảnh hưởng bởi pH, do đó giá trị pH trong dịch lên men là một trong những thông số quan trọng trong quá trình lên men. Để cho phép vi sinh vật sinh sản và phát triển trong phạm vi pH tối ưu và cuối cùng tổng hợp các sản phẩm chuyển hóa mục tiêu, giá trị pH trong quá trình lên men phải được kiểm soát chặt chẽ.
Oxy hòa tan (DO)
Oxy hòa tan là một trong những thông số quan trọng trong hệ thống lên men hiếu khí trong quá trình lên men vi sinh vật và tế bào, có thể ảnh hưởng trực tiếp đến sự ổn định và chi phí sản xuất của quá trình lên men. Oxy không dễ hòa tan trong nước, và dịch lên men cùng với các sản phẩm chuyển hóa vi sinh vật trong bể lên men trong phòng thí nghiệm sẽ làm giảm độ hòa tan của oxy trong quá trình lên men. Do đó, kiểm soát oxy hòa tan không chỉ để tăng các sản phẩm chuyển hóa có lợi trong quá trình lên men, mà còn là một giải pháp tốt để giảm chi phí và tăng hiệu quả trong các thí nghiệm.
Nhiệt độ
Một lý do khác khiến các bể lên men thủy tinh trong phòng thí nghiệm được ưa chuộng bởi người dùng lên men trong phòng thí nghiệm là vật liệu thủy tinh của chúng có tính chất điện và nhiệt tốt, đây là một lợi thế mà vật liệu kim loại không thể sánh được.
Nhiệt độ của máy lên men sẽ ảnh hưởng đến nhiều phần của quá trình lên men, chẳng hạn như ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng của enzyme, thay đổi hướng tổng hợp của các chất chuyển hóa vi khuẩn, ảnh hưởng đến chuyển hóa vi sinh, v.v.
Nhiệt độ quá cao sẽ tăng tốc độ chuyển hóa của chủng và lão hóa vi khuẩn, và thậm chí có thể giết chết chủng trực tiếp. Nhiệt độ quá thấp sẽ làm chậm quá trình chuyển hóa của vi khuẩn, và tốc độ tổng hợp sản phẩm cũng sẽ giảm, do đó ảnh hưởng đến sản xuất.
Một số chủng sẽ thay đổi con đường chuyển hóa của chúng ở các nhiệt độ khác nhau, và các sản phẩm tương ứng cũng sẽ khác nhau. Nhiệt độ lên men tối ưu của máy lên men không chỉ có lợi cho sự phát triển của vi khuẩn, mà còn giúp tổng hợp các chất chuyển hóa.
Tuy nhiên, nhiệt độ ngộ độc của cùng một vi sinh vật là khác nhau, và điều kiện nuôi cấy yêu cầu các điều kiện khác nhau. Do đó, làm thế nào để duy trì nhiệt độ bình thường và ổn định của máy lên men phòng thí nghiệm là một phần quan trọng của quá trình lên men.
Khuấy
Ứng dụng khuấy từ: Phù hợp cho các viện nghiên cứu khoa học và phòng thí nghiệm vi sinh và sản xuất của các doanh nghiệp. Đây là thiết bị lý tưởng cho thử nghiệm lên men chính xác và sản xuất. Nó cũng phù hợp cho việc sàng lọc công thức môi trường lên men vi sinh và lên men vi sinh dài hạn.
Ứng dụng bể lên men khuấy cơ học tự động hoàn toàn: Phù hợp cho các loại
Ứng dụng bể lên men khuấy cơ học: Phù hợp cho các loại lên men vi sinh khác nhau. Thiết bị có đặc điểm ổn định tốt và dễ vận hành. Người dùng có thể chọn cấu trúc và hình dạng tương ứng theo quy trình lên men. Lên men đa dạng bao gồm bể giống và bể lên men.
Cấu trúc cơ bản của bể lên men khuấy là lắp đặt một trục khuấy đi sâu vào bể trên đỉnh hoặc đáy của thân bể. Hai đến bốn cánh khuấy sẽ được trang bị trên trục. Việc khuấy là để trộn đều các vật liệu trong bể, điều này có lợi cho việc tiếp xúc giữa chất rắn và chất dinh dưỡng, và đủ để tạo điều kiện hấp thụ chất dinh dưỡng và phân tán các chất chuyển hóa.
Ngoài ra, khuấy cũng có thể phân tán không khí vào bể đều, tăng diện tích tiếp xúc khí-lỏng trong bể lên men phòng thí nghiệm, và có lợi cho việc trộn oxy và dung dịch lên men.
Chống tạo bọt
Trong quá trình lên men, do lượng protein lớn trong dung dịch lên men, bọt sẽ được tạo ra dưới các điều kiện như thông gió và khuấy. Đây là một hiện tượng phổ biến. Tuy nhiên, nếu bọt tăng lên cho đến khi lan ra toàn bộ bể, dung dịch lên men sẽ tràn ra khỏi bể lên men, từ đó tăng khả năng bị nhiễm bẩn.
Hệ thống chống tạo bọt trong máy lên men phòng thí nghiệm cũng là một liên kết quan trọng để đảm bảo quá trình lên men bình thường, và nó là một phần rất cần thiết. Trước hết, trong giai đoạn đầu, cần đảm bảo rằng lượng chất lỏng trong bể không vượt quá ba phần tư không gian bên trong của máy lên men. Một mặt, không gian còn lại là để tạo khoảng trống cho trang tăng lên sau khi thông gió lên men, và mặt khác, cũng là để để lại thời gian đệm cho việc chống tạo bọt.
Các bể lên men phòng thí nghiệm thường sử dụng cơ chế chống tạo bọt và chất chống tạo bọt để chống tạo bọt.
Cơ chế chống tạo bọt chỉ hoạt động trên các bọt lớn được tạo ra ở đầu quá trình lên men, và không có tác dụng với bọt chảy. Do đó, nó chủ yếu được sử dụng với các chất chống tạo bọt phụ trợ. Đối với các bể lên men chống tạo bọt tự động, thường có một mạch được hình thành bởi một bộ điện cực chống tạo bọt và cột nối đất trên nắp bể. Khi bọt tăng lên đến vị trí của các điện cực chống tạo bọt, một tín hiệu điện sẽ được hình thành giữa các điện cực chống tạo bọt, và một công tắc cảnh báo sớm sẽ được phát ra. Hệ thống tín hiệu chỉ ra rằng bọt trong bể đã tăng lên và cần thêm chất chống tạo bọt.
Thể tích cấy
Lượng cấy thích hợp có thể giúp vi khuẩn trong bể sinh sản và lên men sản phẩm nhanh chóng, và cũng có thể giảm sự phát triển của tạp chất. Tuy nhiên, quá nhiều hoặc quá ít sẽ ảnh hưởng đến sự sinh sản bình thường của sản phẩm. Khi lượng cấy quá lớn, vi khuẩn quá mức sẽ dễ dẫn đến thể tích không đủ trong bể lên men, và sự tổng hợp của một lượng lớn chất chuyển hóa sẽ bị cản trở.
Nếu lượng cấy quá nhỏ, sẽ không đủ văn hóa trong dung dịch lên men, thời gian lên men sẽ bị trì hoãn, và hiệu suất sản xuất của bể lên men sẽ giảm đáng kể. Lượng cấy đúng.
Việc xác định lượng cấy thực chất là xác nhận thể tích của dung dịch cấy và thể tích dung dịch văn hóa tiếp theo theo tỷ lệ quy định.
