Công nghệ tế bào C10

Chương 10

Khuấy trộn và thông khí

I. Mở đầu

Một trong những nhân tố quan trọng cần được lưu ý khi thiết kế hệ lên

men đó là khả năng khuấy trộn thích hợp các thành phần của nó. Các vấn đề

chính của sự khuấy trộn trong hệ lên men là sự phân tán của các bong bóng

khí, tạo huyền phù các cơ thể vi sinh vật (hoặc tế bào thực vật và động vật)

và tăng cường sự chuyển nhiệt và chuyển khối trong môi trường.

Nói chung, hầu hết các chất dinh dưỡng đều có khả năng hòa tan cao

trong nước, do đó trong thời gian lên men nếu chỉ để phân bố đều môi

trường khi các tế bào tiêu thụ chất dinh dưỡng thì sự khuấy trộn không thật

cần thiết. Tuy nhiên, ở trường hợp oxygen hòa tan thì người ta lại rất mong

muốn có một sự khuấy trộn tốt vì khả năng hòa tan của nó trong môi trường

lên men là rất kém, trong khi yêu cầu oxygen cho sự sinh trưởng của các vi

sinh vật hiếu khí (hoặc tế bào thực vật và động vật) lại rất cao.

Ví dụ: khi oxygen được cung cấp từ không khí, nồng độ cực đại đặc

trưng của nó trong dung dịch nước là từ 6-8 mg/L. Nhu cầu oxygen của tế

bào, mặc dù có thể phụ thuộc rất lớn vào loại tế bào, thường là khoảng 1 g/L

giờ. Ngay cả khi môi trường lên men được bão hòa hoàn toàn với oxygen,

thì oxygen hòa tan sẽ được cơ thể tiêu thụ ít hơn một chút nếu như nó không

được cung cấp liên tục.

Ở quy mô phòng thí nghiệm, sự khuấy trộn được tạo ra nhờ máy lắc

(shaker) là thích hợp để nuôi cấy tế bào trong các bình thủy tinh hoặc ống

nghiệm. Các máy lắc vòng hoặc lắc ngang tạo ra một sự phối trộn nhẹ và

trao đổi khí bề mặt rất hiệu quả. Trường hợp lên men ở quy mô pilot hoặc

quy mô sản xuất, sự khuấy trộn thường được tạo ra bằng cách khuấy cơ học

có hoặc không có sục khí. Phổ biến nhất là sử dụng loại cánh khuấy

(impeller) tạo ra dòng chảy tỏa tròn với sáu cánh khuấy mỏng được gắn vào

trong một đĩa, gọi là turbine đĩa có cánh khuấy mỏng (flat-blade disk

turbine) hoặc Rushton turbine (Hình 10.1 và 10.2).

Các cánh khuấy dòng tỏa tròn (các mái chèo và turbine) tạo ra dòng

chảy tỏa tròn từ cánh của turbine hướng tới vách ngăn của bình nuôi

(vessel), trong đó dòng chảy chia ra theo hai hướng: một hướng đi lên dọc

Công nghệ tế bào 169