Ta có ba cách tiến hành lên men chính là lên men từng mẻ, lên men từng mẻ có bổ xung cơ chất và lên men liên tục.

Lên men từng mẻ

Trong phương pháp lên men từng mẻ, toàn bộ cơ chất, dưỡng chất và vi sinh vật được đưa vào ngay từ đầu quá trình lên men. Trong quá trình lên men chỉ có sự cung cấp và lấy đi các khí (nếu có) và các dung dịch để duy trì `pH` của dịch lên men. Như vậy ta xem như thể tích dịch lên men là không thay đổi theo thời gian (Hình 12a).

Hình 12 Lên men theo mẻ

Trong cách lên men này, các thông số `X`, `S` và `P` (nếu có) sẽ thay đổi theo thời gian (Hình 12b).

Lên men theo mẻ có bổ xung cơ chất & dưỡng chất

Trong một số trường hợp, việc đưa toàn bộ cơ chất & dưỡng chất vào thiết bị lên men không có lợi hay thậm chí không thể thực hiện được vì nồng độ cao của các chất này sẽ ức chế hoạt động của vi sinh vật. Khi đó người ta chọn phương án bổ sung dần cơ chất & dưỡng chất trong quá trình lên men. Điều này còn có lợi điểm là ta có thể duy trì nồng độ các chất ấy ở giá trị tối ưu, làm tăng hiệu quả của sự lên men. Các thông số trong cách lên men này được trình bày trên Hình 13.

Hình 13 Lên men theo mẻ có bổ sung cơ chất & dưỡng chất

Lên men liên tục

Trong phương pháp lên men liên tục, vi sinh vật, cơ chất & dưỡng chất được liên tục đưa vào nồi lên men, đồng thời dịch lên men cũng liên tục được lấy ra ngoài. Các hệ thống tự động sẽ điều khiển các quá trình nạp vào, lấy ra này cũng như các thông số khác để giữ cho chúng không thay đổi theo thời gian (Hình 13). Khi ấy trạng thái của nồi lên men là ổn định.

Hình 14 Lên men liên tục

 

Đối với sự tăng trưởng của vi sinh vật, ta đã có công thức (11) sau:

`(dX)/dt=(F_iX_i)/V +mu X-alpha X- (F_oX_o)/V`

(11)

Khi lên men từng mẻ thì các dòng vào và dòng ra đều không có, `F_i = F_o = 0`  nên công thức (11) trở thành:

`(dX)/dt=mu X-alpha X=(mu-alpha)X`

(30)

Trong trường hợp `alpha` rất bé so với `mu`, ta có thể bỏ qua số hạng này trong công thức (30) và ta có:

`(dX)/dt=mu X`

(31)

Khảo sát theo cách tương tự cho sản phẩm P và cơ chất S, ta có:

`(dP)/dt=q_P X-beta P`

(32)

`(dS)/dt=-(mu X)/Y_(X//S) -(q_PX)/Y_(P//S)-mX`

(33)

 

Trong trường hợp sự tăng trưởng của vi sinh vật là yếu tố được quan tâm hơn cả, ta có thể xem năng suất là lượng sinh khối khô được tạo ra trong một đơn vị thời gian:

`"NS"=(DeltaX)/(Delta t) ~~X/t`

(34)

Ta sử dụng Hình 15 để minh họa thêm cho năng suất.

Hình 15 Năng suất của quá trình lên men theo mẻ

Trên Hình 15, M biểu diễn cho thời điểm chấm dứt quá trình lên men. Tại điểm ấy, hàm lượng sinh khối khô là `X` và thới gian lên men là `t`. Như vậy năng suất quá trình lên men chính là độ dốc của đường OM. Năng suất này cực đại khi OM là tiếp tuyến của đường cong tăng trưởng. Điều này cũng có nghĩa là ta nên ngừng quá trình lên men khi bắt đầu chuyển sang giai đoạn cân bằng (hay giai đoạn tăng trưởng chậm).

 

Trong quá trình lên men liên tục, ta cần liên tục cung cấp dưỡng chất, cơ chất, vi sinh vật cho thiết bị lên men và liên tục lấy đi dịch lên men khỏi thiết bị này. Ta có hai cách chính để thực hiện việc cung cấp cũng như lấy đi ấy.

• Duy trì thể tích lên men không thay đổi (chemostat).
  Ta có thể thực hiện điều này bằng cách giữ cho lưu lượng dòng vào và dòng ra bằng nhau (và có thể không đổi). Khi ấy hàm lượng sinh khối khô, sản phẩm, cơ chất có thể thay đổi theo thời gian.
• Duy trì hàm lượng sinh khối khô không thay đổi (turbidiostat).
  Để duy trì `X` ở một giá trị xác định, ta cần thiết bị đo `X` và hệ thống điều khiển tự động lưu lượng cũng như sự phối chế các thành phần cho dòng vào.

Trong phương pháp thứ nhất, ta có thể chọn thật cẩn thận lưu lượng các dòng vào và ra, đồng thời thành phần của dòng vào (dưỡng chất, cơ chất, vi sinh vật) cũng phải được tính toán và chọn lựa kỹ lưỡng. Khi ấy, ta có thể duy trì cho hàm lượng chất khô `X`, sản phẩm `P` và cơ chất `S` không thay đổi. Khi ấy phương pháp này cũng có tính chất của phương pháp thứ hai.

Khi ấy `X_i ≈ 0` ; `X_o ≈ X`. Ta cũng có thể xem `alpha; ≈ 0`. Khi ấy công thức (11) trở thành:

`(dX)/dt=mu X-(FX)/V `

(35)

Đặt :`D=F/V`(36)

`D` còn được gọi là độ pha loãng.