Sử dụng khối phổ (Mass Spectrometry) trong giám sát quá trình lên men

Lên men là một quá trình chuyển hóa trong đó vi sinh vật chuyển đổi đường thành rượu, axit, hoặc khí mà không cần oxy. Quá trình này được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp thực phẩm và đồ uống, bao gồm:

• Sản xuất rượu bia: Tạo ra các sản phẩm chứa cồn như bia, rượu vang.
• Bảo quản thực phẩm: Giúp thực phẩm như dưa chua và sữa chua bền hơn.
• Chế biến sữa: Tạo ra phô mai, sữa chua và các sản phẩm từ sữa khác.
• Sản xuất nhiên liệu sinh học và hóa chất công nghiệp: Chuyển đổi sinh khối thành nhiên liệu hoặc hóa chất thông qua các phản ứng trao đổi chất vi sinh.

Tuy phổ biến nhưng quá trình lên men rất phức tạp, đòi hỏi sự kiểm soát nghiêm ngặt các yếu tố như nhiệt độ, độ pH, điều kiện oxy/yếm khí, dinh dưỡng, khuấy trộn, và mức độ nhiễm khuẩn. Để đảm bảo năng suất và chất lượng sản phẩm, các công nghệ giám sát tiên tiến như phổ khối đã trở thành công cụ không thể thiếu.

Phổ khối trong giám sát lên men

Phổ khối (Mass Spectrometry) là công nghệ phân tích mạnh mẽ, được sử dụng để theo dõi các chỉ tiêu quan trọng trong quá trình lên men. Công nghệ này cung cấp khả năng phân tích chính xác và theo thời gian thực, giúp tối ưu hóa các điều kiện vận hành và nâng cao hiệu quả sản xuất.

Nguyên lý hoạt động:

Hệ thống phổ khối liên tục thu thập mẫu khí thải từ bioreactor thông qua hệ thống đầu vào. Các phân tử khí được ion hóa (thường bằng phương pháp ion hóa va chạm electron – Electron Impact Ionization – EIA) và phân mảnh thành các ion. Những ion này được phát hiện và định lượng chính xác. Phương pháp này được ứng dụng trong các hệ thống hiện đại như Hiden Analytical QGA và QIC Biostream, chuyên dùng để giám sát thời gian thực các khí như:

• O₂ (oxy): Để đánh giá quá trình trao đổi chất trong các điều kiện hiếu khí.
• CO₂ (carbon dioxide): Sản phẩm trao đổi chất chính trong quá trình lên men.
• H₂ (hydro) và CH₄ (methane): Dùng để phân tích trong điều kiện yếm khí.

Phân tích khí thải trong quá trình lên men

Phổ khối là công cụ quan trọng trong phân tích khí thải của quá trình lên men, cho phép giám sát chính xác các sản phẩm khí trong không gian đầu của các bioreactor. Công nghệ này hỗ trợ đo nồng độ oxy (O₂) và carbon dioxide (CO₂) trong các quy trình lên men hiếu khí, cung cấp dữ liệu quan trọng về hoạt động trao đổi chất của vi sinh vật.

Trong điều kiện yếm khí, phổ khối cũng có thể phát hiện khí hydro (H₂) và methane (CH₄), chỉ ra các con đường trao đổi chất cụ thể và hiệu quả của quá trình lên men. Bằng cách tính toán tỷ lệ hô hấp và tốc độ hấp thụ oxy/sản xuất carbon, thiết bị phổ khối cung cấp cái nhìn sâu sắc về trạng thái trao đổi chất và hiệu suất của quá trình.

Khả năng thực hiện đánh giá định lượng theo thời gian thực về tốc độ sản xuất và tiêu thụ khí đảm bảo việc giám sát và kiểm soát liên tục, giúp tối ưu hóa điều kiện lên men để đạt năng suất và chất lượng tối đa. Phân tích chi tiết này hỗ trợ hiểu rõ hơn về quy trình và thúc đẩy đổi mới trong công nghệ sinh học công nghiệp.

Phân tích các chất hòa tan trong quá trình lên men

Các máy phổ khối được trang bị đầu dò chuyên dụng cho phép phân tích các khí hòa tan và các hợp chất khác trong dung dịch lên men. Tính năng này giúp đo nồng độ khí hòa tan với độ nhạy cao, đến mức dưới phần tỷ tỷ (ppb), mang lại độ nhạy không đối thủ.

Các thiết bị này giúp đảm bảo điều kiện tối ưu trong reactor và độ đồng nhất bằng cách giám sát hiệu quả khuấy trộn, thông khí, và phân phối chất dinh dưỡng. Chúng có thể phân tích các chất hòa tan trong dải khối lượng nguyên tử (amu) lên tới 300 amu, cung cấp hồ sơ chi tiết về sản phẩm lên men. Điều này bao gồm phát hiện các chất quan trọng như ethanol và axit lactic, mang lại thông tin giá trị về quá trình lên men và sự hình thành sản phẩm.

Reecotech cung cấp các giải pháp giám sát lê men dựa trên phổ khối

Công ty Reecotech là nhà phân p độc quyền của hãng Hiden Analytical chuyên cung cấp các giải pháp tiên phong trong công nghệ giám sát lên men, sử dụng các hệ thống phổ khối tiên tiến để mang lại độ chính xác và hiệu quả vượt trội.

• Phân tích đa dòng: Hỗ trợ chuyển đổi nhanh giữa tối đa 80 dòng đầu vào từ các reactor khác nhau, đảm bảo thu thập dữ liệu toàn diện.
• Giám sát thời gian thực: Cung cấp thông tin định tính và định lượng liên tục về nồng độ hóa học, hỗ trợ các vòng lặp phản hồi tự động để kiểm soát tối ưu các tham số phản ứng.
• Độ nhạy cao: Phát hiện các loại khí ở nồng độ thấp đến 5 phần tỷ tỷ (ppb), định lượng chính xác nhiều loại khí và hơi đồng thời.

Phổ khối là một công cụ không thể thiếu trong việc giám sát và tối ưu hóa quá trình lên men, giúp các nhà sản xuất nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm. Với các công nghệ tiên tiến như của Hiden Analytical, các nhà sản xuất có thể kiểm soát tốt hơn quy trình của mình, mở ra nhiều cơ hội đổi mới trong công nghiệp thực phẩm, năng lượng, và hóa chất.

Hãy liên hệ với Reecotech để khám phá giải pháp giám sát lên men phù hợp nhất cho doanh nghiệp của bạn!