Tìm Hiểu Về Bồn Khuấy Nuôi Vi Sinh

Việc nuôi cấy vi sinh vật là một quá trình quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp và nghiên cứu, từ dược phẩm, thực phẩm, công nghệ sinh học cho đến xử lý môi trường. Để đảm bảo sự phát triển tối ưu của các chủng vi sinh, bồn khuấy nuôi vi sinh là thiết bị không thể thiếu. Loại bồn này được thiết kế đặc biệt để cung cấp một môi trường được kiểm soát chặt chẽ, tối ưu hóa sự sinh trưởng và trao đổi chất của vi sinh vật.

Bồn Khuấy Nuôi Vi Sinh là gì?

Bồn khuấy nuôi vi sinh (còn gọi là bioreactor, fermenter, hoặc bồn lên men) là một thiết bị công nghiệp được thiết kế để tạo ra và duy trì các điều kiện môi trường lý tưởng cho sự phát triển và hoạt động của vi sinh vật (vi khuẩn, nấm men, tảo, tế bào động vật/thực vật) trong quy mô công nghiệp hoặc phòng thí nghiệm. Khác với các bồn khuấy thông thường, bồn nuôi vi sinh có khả năng kiểm soát nhiều thông số phức tạp để mô phỏng và tối ưu hóa môi trường tự nhiên của vi sinh vật.

Cấu tạo và các bộ phận chính

Một bồn khuấy nuôi vi sinh thường có cấu tạo phức tạp hơn các bồn khuấy thông thường, bao gồm:

Thân bồn (Vessel):
- Vật liệu: Thường là inox 316L (hoặc 304L) cao cấp, được đánh bóng gương (mirror polish) cả bên trong và bên ngoài để đảm bảo bề mặt trơn nhẵn, chống bám dính, dễ vệ sinh và tiệt trùng, ngăn ngừa sự phát triển của vi sinh vật ngoại lai. Inox 316L được ưu tiên vì khả năng chống ăn mòn tốt hơn trong môi trường phức tạp.
- Cấu trúc: Có thể có dạng hình trụ, đáy côn hoặc đáy chỏm cầu để tối ưu hóa việc xả sản phẩm và vệ sinh.
- Áo gia nhiệt/làm mát (Jacket hoặc Coils): Để kiểm soát nhiệt độ môi trường nuôi cấy. Nhiệt độ là yếu tố cực kỳ quan trọng đối với tốc độ sinh trưởng và hoạt động trao đổi chất của vi sinh vật. Áo gia nhiệt/làm mát thường sử dụng hơi nước, nước nóng, nước lạnh hoặc chất lỏng truyền nhiệt chuyên dụng.
Hệ thống khuấy:
- Motor khuấy: Động cơ mạnh mẽ, thường có khả năng điều chỉnh tốc độ (biến tần) để phù hợp với từng giai đoạn sinh trưởng của vi sinh vật.
- Trục khuấy và cánh khuấy (Impeller): Đây là yếu tố quan trọng để phân phối đều chất dinh dưỡng, oxy và giữ các tế bào vi sinh vật lơ lửng trong môi trường. Cánh khuấy được thiết kế đặc biệt để tạo dòng chảy tối ưu mà không làm hư hại tế bào (đặc biệt quan trọng với nuôi cấy tế bào động vật/thực vật hoặc các chủng vi sinh nhạy cảm). Các loại cánh khuấy phổ biến:
  - Cánh khuấy tuabin (Turbine impeller): Tạo dòng chảy xuyên tâm, thích hợp cho việc phân tán khí.
  - Cánh khuấy mái chèo (Paddle impeller): Tạo dòng chảy hướng trục, khuấy trộn nhẹ nhàng.
  - Cánh khuấy chân vịt (Propeller impeller): Tạo dòng chảy mạnh, thích hợp cho huyền phù.
- Tấm chắn (Baffles): Các tấm chắn được gắn vào thành bồn để phá vỡ dòng chảy xoáy, tăng hiệu quả khuấy trộn và phân phối khí.
Hệ thống sục khí và phân phối khí (Aeration and Sparging System):
- Đầu sục khí (Sparger): Thường là dạng vòng hoặc đĩa xốp, có các lỗ nhỏ để phân tán khí (thường là không khí đã được tiệt trùng hoặc oxy tinh khiết) thành các bọt khí nhỏ li ti. Điều này tăng diện tích tiếp xúc giữa khí và môi trường lỏng, tối ưu hóa quá trình cung cấp oxy hòa tan (DO) cho vi sinh vật hiếu khí.
- Hệ thống lọc khí tiệt trùng: Bao gồm các bộ lọc HEPA hoặc lọc siêu nhỏ để đảm bảo không khí/oxy đi vào bồn hoàn toàn vô trùng, ngăn ngừa nhiễm khuẩn từ bên ngoài.
Hệ thống kiểm soát và giám sát (Control and Monitoring System):
- Cảm biến: Các cảm biến đo lường và theo dõi các thông số quan trọng của môi trường nuôi cấy:
  - Nhiệt độ (Temperature sensor): Để điều khiển hệ thống gia nhiệt/làm mát.
  - pH (pH electrode): Kiểm soát độ pH, vì mỗi chủng vi sinh vật có khoảng pH tối ưu riêng. Hệ thống thường có bơm acid/kiềm tự động để điều chỉnh pH.
  - Oxy hòa tan (Dissolved Oxygen - DO sensor): Đo lượng oxy hòa tan trong môi trường, hệ thống sẽ điều chỉnh tốc độ sục khí hoặc tốc độ khuấy để duy trì mức DO tối ưu.
  - Mức chất lỏng (Level sensor): Đảm bảo duy trì thể tích môi trường nuôi cấy.
  - Áp suất (Pressure sensor): Giám sát áp suất bên trong bồn, đặc biệt quan trọng với các quá trình lên men yếm khí hoặc áp suất dương.
- Bộ điều khiển PLC (Programmable Logic Controller): Tự động hóa toàn bộ quá trình, nhận tín hiệu từ cảm biến, điều khiển motor khuấy, bơm dung dịch, hệ thống sục khí và gia nhiệt/làm mát theo chương trình đã cài đặt.
- Giao diện người máy (HMI - Human Machine Interface): Màn hình cảm ứng hoặc máy tính để người vận hành dễ dàng theo dõi, điều chỉnh thông số và lưu trữ dữ liệu.
Hệ thống cấp liệu và xả sản phẩm:
- Bơm định lượng: Cấp chất dinh dưỡng, acid/kiềm, chất chống tạo bọt một cách chính xác vào bồn trong quá trình nuôi cấy.
- Van vô trùng: Tất cả các van cấp liệu, van xả sản phẩm đều phải là loại van vô trùng (aseptic valves) để đảm bảo không có sự xâm nhập của vi sinh vật lạ.
- Cổng lấy mẫu vô trùng: Cho phép lấy mẫu môi trường nuôi cấy để kiểm tra mà không làm nhiễm khuẩn bồn.
Hệ thống làm sạch và tiệt trùng tại chỗ (CIP - Clean-In-Place và SIP - Sterilize-In-Place):
- CIP: Tương tự như bồn khuấy thực phẩm, bồn nuôi vi sinh cũng được trang bị hệ thống vòi phun bên trong để tự động rửa sạch bồn bằng các dung dịch tẩy rửa.
- SIP: Đây là điểm khác biệt và cực kỳ quan trọng. Hệ thống SIP sử dụng hơi nước nóng áp suất cao (thường là 121°C trở lên trong 20-30 phút) để tiệt trùng toàn bộ bồn, đường ống, cánh khuấy và cảm biến trước khi bắt đầu nuôi cấy. Điều này đảm bảo môi trường hoàn toàn vô trùng, tránh nhiễm khuẩn chéo và duy trì độ tinh khiết của chủng vi sinh.

Nguyên lý hoạt động

Nguyên lý hoạt động của bồn khuấy nuôi vi sinh là tạo ra một môi trường được kiểm soát chặt chẽ, mô phỏng các điều kiện tối ưu để vi sinh vật có thể sinh trưởng và tạo ra sản phẩm mong muốn.

Chuẩn bị và Tiệt trùng (SIP):
- Trước khi nuôi cấy, toàn bộ bồn và các đường ống tiếp xúc với môi trường nuôi cấy được làm sạch bằng CIP và sau đó tiệt trùng bằng hệ thống SIP (hơi nước nóng áp suất cao).
- Các đường ống cấp khí, cấp dịch cũng được tiệt trùng tương tự.
Chuẩn bị môi trường nuôi cấy:
- Môi trường dinh dưỡng (chứa đường, nitơ, phốt pho, khoáng chất, vitamin...) được pha chế và tiệt trùng riêng biệt (nếu không tiệt trùng cùng bồn) rồi bơm vào bồn.
- Các cảm biến (pH, DO, nhiệt độ) bắt đầu hoạt động để theo dõi điều kiện môi trường.
Cấy chủng (Inoculation):
- Sau khi môi trường đã đạt điều kiện lý tưởng (nhiệt độ, pH ban đầu), chủng vi sinh vật được cấy vào bồn một cách vô trùng. Quá trình này cần cực kỳ cẩn thận để tránh nhiễm khuẩn.
Nuôi cấy và Kiểm soát thông số:
- Khuấy trộn: Motor khuấy và cánh khuấy hoạt động để trộn đều môi trường, phân phối chất dinh dưỡng, oxy và giữ các tế bào lơ lửng. Tốc độ khuấy được điều chỉnh để tránh tạo lực cắt quá mạnh làm hư hại tế bào, đồng thời đảm bảo đồng nhất.
- Sục khí (nếu là hiếu khí): Hệ thống sục khí bơm không khí/oxy đã tiệt trùng vào bồn thông qua đầu sục khí. Lượng khí được kiểm soát để duy trì nồng độ oxy hòa tan (DO) ở mức tối ưu cho vi sinh vật.
- Kiểm soát nhiệt độ: Hệ thống gia nhiệt/làm mát duy trì nhiệt độ bồn ổn định theo yêu cầu của chủng vi sinh.
- Kiểm soát pH: Cảm biến pH liên tục đo độ pH. Nếu pH lệch khỏi khoảng cho phép, hệ thống sẽ tự động bơm dung dịch acid hoặc kiềm để điều chỉnh.
- Cấp chất dinh dưỡng (Fed-batch hoặc Continuous culture): Trong nhiều trường hợp, chất dinh dưỡng được cấp thêm định kỳ (fed-batch) hoặc liên tục (continuous) trong suốt quá trình nuôi cấy để duy trì sự sinh trưởng của vi sinh vật.
- Chống tạo bọt: Khi sục khí và khuấy trộn mạnh, bọt khí có thể hình thành và ảnh hưởng đến quá trình. Hệ thống có thể tự động bơm chất chống tạo bọt khi cảm biến phát hiện lượng bọt vượt ngưỡng.
Thu hoạch và Vệ sinh:
- Khi quá trình nuôi cấy hoàn tất (đạt mật độ tế bào hoặc sản lượng sản phẩm mong muốn), sản phẩm được thu hoạch thông qua van xả đáy.
- Sau đó, bồn được làm sạch bằng CIP và tiệt trùng lại bằng SIP để chuẩn bị cho mẻ tiếp theo.

Ứng dụng của Bồn Khuấy Nuôi Vi Sinh

Bồn khuấy nuôi vi sinh là trái tim của nhiều ngành công nghiệp:

Dược phẩm: Sản xuất vaccine, kháng sinh, enzyme, protein tái tổ hợp, insulin, thuốc tiêm...
Công nghệ sinh học: Sản xuất protein đơn bào, sinh khối vi sinh vật, biosensors, kit chẩn đoán.
Thực phẩm và đồ uống: Sản xuất sữa chua (men), bia (nấm men), rượu vang, giấm, amino acid, chất tạo hương, probiotic.
Mỹ phẩm: Sản xuất enzyme, collagen, axit hyaluronic từ vi sinh vật.
Nông nghiệp: Sản xuất phân bón vi sinh, chế phẩm sinh học bảo vệ thực vật.
Xử lý môi trường: Nuôi cấy vi sinh vật để xử lý nước thải, bùn thải, chất thải hữu cơ.
Nghiên cứu khoa học: Các phòng thí nghiệm sử dụng bioreactor quy mô nhỏ để nghiên cứu sinh lý vi sinh vật, tối ưu hóa điều kiện nuôi cấy cho các chủng mới.

Lợi ích khi sử dụng Bồn Khuấy Nuôi Vi Sinh

Kiểm soát chính xác: Môi trường nuôi cấy được kiểm soát chặt chẽ các thông số (nhiệt độ, pH, DO, áp suất), giúp tối ưu hóa sự sinh trưởng và sản xuất của vi sinh vật.
Năng suất cao: Cho phép nuôi cấy vi sinh vật ở quy mô lớn, đáp ứng nhu cầu sản xuất công nghiệp.
Đảm bảo vô trùng: Hệ thống SIP và thiết kế kín đảm bảo môi trường nuôi cấy không bị nhiễm khuẩn, cực kỳ quan trọng trong sản xuất dược phẩm và thực phẩm.
Đồng nhất và hiệu quả: Hệ thống khuấy và sục khí hiệu quả đảm bảo phân phối đều chất dinh dưỡng và oxy, tăng hiệu quả sử dụng nguyên liệu.
Tự động hóa: Giảm thiểu sự can thiệp thủ công, giảm chi phí nhân công và nguy cơ sai sót.
Chất lượng sản phẩm ổn định: Quá trình được kiểm soát chặt chẽ giúp sản phẩm cuối cùng luôn đạt chất lượng mong muốn.
Linh hoạt: Có thể điều chỉnh các thông số để nuôi cấy nhiều loại vi sinh vật khác nhau hoặc tối ưu hóa cho các giai đoạn phát triển khác nhau của cùng một chủng.
Với nhiều năm uy tín trong sản xuất các loại máy chế tạo, máy công nghiệp hàng đầu Việt Nam. Công ty Đức Bảo tự hào là thương hiệu máy móc công nghiệp số 1 trên thị trường hiện nay với dây chuyền sản xuất, chế tạo hiện đại và đạt tiêu chuẩn quốc gia đáp ứng mọi yêu cầu của quý khách hàng

Sản phẩm của chúng tôi hoàn toàn được sản xuất trên dây chuyền hiện đại đáp ứng mọi tiêu chuẩn
Sản phẩm mới 100% có chứng nhận kiểm định
Mẫu mã đa dạng, sản phẩm đẹp, nhiều mầu sắc lựa chọn
Độ bền cao, phù hợp nhiều nơi quý khách muốn sử dụng lâu dài
Chế độ hậu mãi cao, giá thành rẻ nhất Miền Bắc
Hàng luôn có sẵn, nhân viên tư vấn hỗ trợ nhiệt tình, vui vẻ,
Phục vụ 24/24 khi quý khách đặt hàng
Đức Bảo tự hào là đơn vị chuyên cung cấp các loại máy móc chất lượng và hiện đại nhất trên thị trường hiện nay. Với nhiều năm kinh nghiệm trong ngành, đã hoàn thiện rất nhiều dự án lớn nhỏ trên cả nước. Chúng tôi cam kết sẽ mang tới cho bạn sự lựa chọn tuyệt vời và phù hợp nhất với nhu cầu của bạn. Hãy đến với congngheducbao để trải nghiệm những dòng máy tối tân nhất & trải nghiệm dịch vụ tốt nhất chúng tôi dành cho bạn.
Địa chỉ: Số nhà 50 ngõ 115 đường Nguyễn Mậu Tài, TT Trâu Quỳ Gia Lâm, TP Hà Nội
Địa chỉ xưởng sản xuất: xã Dương Quang, huyện Gia Lâm, Hà Nội.
Điện thoại : 0948052554
Tel: 02438712928
Email: congngheducbao83@gmail.com
Website: https://congngheducbao.com