Глибинний спосіб культивування ґрунтується на вирощуванні мікроорганізмів, занурених і рівномірно розподілених у рідкому живильному середовищі. Цей спосіб вимагає вищої культури виробництва, контролю за процесами приготування і стерилізації живильного середовища, очистки повітря, що надходить на аерацію, культивування.
Глибинне культивування мікроорганізмів має ряд переваг перед поверхневим і дозволяє:
o значно зменшити виробничі площі;
o повністю автоматизувати і механізувати процес;
o перейти на безперервне культивування;
o покращити санітарно-гігієнічні умови праці.
При глибинному культивуванні раціональніше використовуються живильні речовини середовища. Це дозволяє значно зменшити кількість відходів виробництва і одержувати ферментні препарати з меншим вмістом домішок та вищою питомою активністю.
Глибинне культивування мікроорганізмів здійснюють періодичним і безперервним способами.
Глибинне культивування мікроорганізмів здійснюється у ферментаторах – герметичних вертикальних циліндричних апаратах зі сферичними кришкою і днищем. Ферментатори обладнуються штуцерами для подачі середовища, стерильної води, посівного матеріалу, повітря, пристроями для піногасіння, перемішування і підтримання необхідної температури культивування. Об’єм ферментаторів становить до 100 м3. Для виготовлення ферментаторів великого об’єму найчастіше застосовується нержавіюча сталь марок Х18Н10Т, ОХ21Н21Т, ОХ21Н6М2Т, Х14Г14Н3Т.
Конструкція перемішуючих і аеруючихпристроїв, якими обладнаний ферментатор, повинна забезпечувати рівномірний розподіл повітряних потоків по всьому об’єму рідини в апараті та створення максимально розвинутої поверхні фазового контакту. Найпоширеніші аеруючі пристрої барботажного і вихрового типів. У першому випадку у ферментатор повітря надходить через труби з невеликими отворами в нижній частині апарату, в другому – вихор створюється за допомогою подачі повітря через інжектори або форсунки чи керамічні пластини. Для збільшення тривалості перебування бульбашок повітря у об’ємі рідини на стінках ферментатора встановлюютьсявідбійники, які покращують турбулізацію рідини і розчинення повітря.
Розміри відбійників повинні становити не більше, ніж 0,1-0,12 діаметру ферментатора. Для перемішування середовища використовують одно- та багатоярусні пропелерні, турбінні, дисково-пропелерні мішалки.
Теплота, що виділяється в процесі культивування, відводиться за допомогою теплообмінних пристроїв. Теплообмінні пристрої можуть бути зовнішніми (кожухи, змійовики) і внутрішніми (змійовики). З технологічного погляду зручніше застосовувати кожух – це полегшує миття і стерилізацію апарату. В апаратах великої потужності часто поєднують зовнішні та внутрішні теплообмінні пристрої.
Технологія глибинного культивування аеробних і анаеробних мікроорганізмів майже не відрізняються одна від одної, за винятком того, що в схемах культивування анаеробів виключається стадія підготовки повітря і використовуються ферментатори без аеруючих і перемішуюючих пристроїв.
Сухі компоненти середовища надходять у змішувач для приготування виробничого живильного середовища. Сюди ж надходять вода і рідкі компоненти через відповідні дозатори та мірники.Для розчинення солей і клейстеризації крохмалю середовище нагрівають. Готове нагріте середовище надходить у нагрівач безперервного стерилізатора живильного середовища і спіральний витримувач для витримування при температурі 140оС. Стерильне живильне середовище охолоджується в теплообміннику і надходить в чистий стерильний ферментатор, який заповнюється на 65-75% залежно від піноутворення під час росту культури. Туди ж надходить посівний матеріал. У процесі культивування здійснюється аерування вирощуваної культури кондиційованим стерильним повітрям.
Готова культуральна рідина надходить в теплообмінник для охолодження і далі на фільтрувальну установку для відділення біомаси і нерозчинного осаду середовища від рідкої фази.