Sự khác biệt chính giữa lên men trạng thái rắn và lên men chìm là lên men trạng thái rắn bao gồm việc nuôi cấy vi sinh vật trên chất nền rắn có độ ẩm thấp trong khi lên men chìm bao gồm việc nuôi cấy vi sinh vật trong môi trường lỏng có nhiều vi sinh vật hơn hơn 95% hàm lượng nước.
Vi sinh vật có lợi trong các loại hình công nghiệp. Đặc biệt, vi khuẩn và nấm có rất nhiều ứng dụng trong các ngành công nghiệp. Vi sinh vật nên được nuôi trên quy mô lớn trong quá trình lên men công nghiệp để chiết xuất các sản phẩm cần thiết từ quá trình trao đổi chất của vi sinh vật. Lên men ở trạng thái rắn và lên men chìm là hai loại lên men chính giúp sản xuất enzyme trong công nghiệp. Trong quá trình lên men ở trạng thái rắn, quá trình lên men xảy ra bởi các vi sinh vật được nuôi cấy trên cơ chất rắn trong khi trong quá trình lên men chìm, quá trình lên men xảy ra bởi các vi sinh vật được nuôi trong môi trường lỏng. Mỗi phương pháp đều có ưu điểm cũng như nhược điểm.
Lên men ở trạng thái rắn là gì?
Lên men trạng thái rắn là một loại lên men được sử dụng trong sản xuất enzyme. Như tên cho thấy, quá trình lên men xảy ra bởi các vi sinh vật được nuôi cấy trên bề mặt rắn hoặc chất nền rắn có độ ẩm rất thấp. Một chất nền không hòa tan duy nhất cung cấp các chất dinh dưỡng như carbon, nitơ, v.v., cho vi sinh vật phát triển. Vi sinh vật phát triển bám dính trên giá thể rắn. Quá trình lên men ở trạng thái rắn thường sử dụng các sản phẩm hỗn hợp và không đồng nhất của nông nghiệp hoặc các sản phẩm phụ của nông nghiệp như trấu, cám lúa mì, bột củ cải đường, bột mì và bột ngô, v.v. Do đó, chất nền rẻ hơn và sẵn có.
Hơn nữa, nấm sợi là vi sinh vật lý tưởng cho quá trình lên men ở trạng thái rắn. Ngoài ra, vi khuẩn, nấm men và các loại nấm khác cũng có thể phát triển trên chất nền rắn và có thể được sử dụng trong quá trình lên men ở trạng thái rắn.
Hình 01: Lên men ở trạng thái rắn
Ưu điểm của quá trình lên men ở trạng thái rắn
Tương tự như các quá trình lên men khác, quá trình lên men ở trạng thái rắn cũng có nhiều ưu điểm như được liệt kê bên dưới.
- Phương tiện đơn giản, dễ kiếm và rẻ tiền
- Chất nền cần ít tiền xử lý hơn so với môi trường lỏng
- Hạn chế ô nhiễm vì độ ẩm thấp
- Sục khí cưỡng bức thường dễ dàng hơn
- Quy trình hạ nguồn và xử lý chất thải được đơn giản hóa và giảm thiểu
- Thiết bị lên men đơn giản
- Năng suất thể tích cao
Mặc dù quá trình lên men ở trạng thái rắn mang lại nhiều ưu điểm nhưng nó cũng có một số nhược điểm như được liệt kê dưới đây.
Nhược điểm của quá trình lên men ở trạng thái rắn
- Độ ẩm thấp có thể hạn chế sự phát triển của vi sinh vật
- Loại bỏ nhiệt chuyển hóa là một vấn đề trong quá trình lên men ở trạng thái rắn quy mô lớn
- Khó khăn trong việc giám sát các thông số quy trình
Lên men chìm là gì?
Lên men chìm là một phương pháp lên men khác mà chúng tôi sử dụng trong sản xuất enzyme công nghiệp. Hơn nữa, nó cần một bình lên men vô trùng quy mô lớn có thể cung cấp một môi trường được kiểm soát bao gồm nhiệt độ tối ưu, độ pH, mức độ khuấy động, nồng độ oxy, v.v., đối với các vi sinh vật đang phát triển. Quá trình lên men chìm xảy ra trong môi trường lỏng, nơi có sự hiện diện của vi sinh vật. Do đó, hàm lượng nước cao, và tất cả các chất dinh dưỡng có trong môi trường lỏng cho sự phát triển của vi sinh vật. Quan trọng nhất là các chất dinh dưỡng đều có trong môi trường cho vi sinh vật trong quá trình lên men chìm. Sự kích động tạo điều kiện thuận lợi cho việc phân phối đồng đều các chất dinh dưỡng và các tế bào vi sinh vật.
Hình 02: Lên men chìm
Tương tự như quá trình lên men ở trạng thái rắn, quá trình lên men chìm cũng có những ưu và nhược điểm như đã đề cập bên dưới.
Ưu điểm
- Dễ dàng đo các thông số quy trình
- Phân phối đều các chất dinh dưỡng và vi sinh vật
- Khả năng kiểm soát các điều kiện tăng trưởng
- Sẵn có hàm lượng nước cao cho sự phát triển của vi khuẩn
Nhược điểm
- Sử dụng phương tiện đắt tiền và thiết bị đắt tiền
- Quy trình hạ nguồn phức tạp và tốn kém và khó khăn trong việc xử lý chất thải
- Tiêu thụ điện năng cao
Điểm giống nhau giữa Lên men ở trạng thái rắn và Lên men chìm là gì?
- Lên men ở trạng thái rắn và lên men chìm là hai loại lên men phổ biến trong sản xuất enzyme.
- Hơn nữa, vi sinh vật thực hiện cả hai quá trình.
Sự khác biệt giữa Lên men ở trạng thái rắn và Lên men chìm là gì?
Vi sinh phát triển trên bề mặt rắn trong quá trình lên men ở trạng thái rắn trong khi vi sinh phát triển trong môi trường lỏng trong quá trình lên men chìm. Vì vậy, đây là sự khác biệt chính giữa lên men ở trạng thái rắn và lên men chìm.
Infographic dưới đây tóm tắt sự khác biệt giữa lên men ở trạng thái rắn và lên men chìm.
Tóm tắt - Lên men ở trạng thái rắn và lên men chìm
Lên men thể rắn sử dụng chất nền rắn để nuôi vi sinh vật trong khi lên men chìm sử dụng môi trường lỏng để nuôi cấy vi sinh vật. Vì vậy, đây là điểm khác biệt chính giữa lên men trạng thái rắn và lên men chìm. Quá trình lên men ở trạng thái rắn diễn ra trong điều kiện độ ẩm thấp trong khi quá trình lên men chìm diễn ra trong môi trường có hàm lượng nước cao.
