quá trình và thiết bị công nghệ sinh học - Chương 8

Chương 8

THIẾT BỊ VẮT, TRÍCH LY, TINH CHẾ CÁC SẢN PHẨM

THU NHẬN TỪ PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP VI SINH

8.1. MỞ ĐẦU

Nhiệm vụ của công nghệ vi sinh là dùng vi sinh vật để sản xuất ra ba loại sản

phẩm như sau:

- Các tế bào vi sinh ở trạng thái sống (vi khuẩn Lactobacillus, vi khuẩn cố định

đạm Rhizobium, Azotobacter, vi khuẩn điều trị tiêu chảy Bacillis subtilis, vi khuẩn trừ

sâu Bacillis thuringiensis, nấm trừ sâu Bauveria bassiana, Metarrhizium anisopliac, vi

khuẩn làm phân vi sinh như B.megatherium, B.mycoides, nấm men làm bột nở bánh mì

Saccharomyces cerevisiae...) hoặc trạng thái chết để làm nguồn protein (Candida utilis,

các loại vi tảo...)

- Các sản phẩm trao đổi chất sơ cấp axit amin, vitamin, rượu, axit hữu cơ... và thứ

cấp (kháng sinh).

- Các loại enzim dùng trong các quá trình thuỷ phân, tổng hợp và chuyển hoá.

Để làm được việc đó cần phải giải quyết hai vấn đề sau:

a) Kỹ thuật lên men: nghiên cứu điều kiện tối ưu trong quá trình lên men như thiết

bị , công nghệ...nhằm đạt được hiệu suất cao cho các sản phẩm mong muốn.

b) Kỹ thuật thu hồi sản phẩm sau lên men và chế biến thành các dạng thương

phẩm, nghiên cứu các điều kiện trích ly, tinh chế nhằm thu được các chất có hoạt tính

sinh học dạng tinh khiết. Nhiều kỹ thuật trong công nghiệp hoá học như: lọc, kết tủa, ly

tâm, kết tinh , hấp phụ, chưng cất, sấy... đều được sử dụng ở đây. Điều khác nhau cần

lưu ý tới là các chất có hoạt tính sinh học thường không bền vững với các điều kiện

nhiệt độ, pH và các yếu tố vật lý khác.

Điều kiện và phương pháp nuôi cấy vi sinh vật có ảnh hưởng đến sự hình thành

thành phần và tính chất của chất lỏng canh trường. Các chế độ sinh tổng hợp cần hướng

tới kết quả thu nhận môi trường có chất nền và những tạp chất khác còn lại là tối thiểu

và có nồng độ các sản phẩm mong muốn là cực đại.

140

Chất lỏng canh trường Nuôi cấy bằng phương pháp bề mặt

Hình 8.1 khảo sát sơ đồ các phương án cơ bản để gia công chất lỏng canh trường

và lên men bề mặt nhằm thu nhận các dạng sản phẩm từ tổng hợp vi sinh. Từ sơ đồ

Lọc, ly tâm,

phân ly, lắng

Khử khí, gạn, cô

đặc bằng phương

pháp tuyển nối

Chất lỏng canh

trường đã được

loại bỏ một số

chất

Khô dầu

sinh học

Trích

ly

Tinh chế bằng

phương pháp

sinh học hay

cô và sấy

Chất lỏng

canh trường

được làm

trong

Sinh khối

dạng bột nhào

có hàm lượng

nước đến 80%

Huyền phù

có lượng

nước trên

85%

Các phương

pháp cô và

tinh chế: cô

chân không,

lọc thẩm thấu

ngược, siêu

lọc, lạnh đông,

tạo tinh thể,

sấy, tinh luyện

Phế phẩm Chất

trích ly

Gia công sơ bộ

Cô chân không

Chất lọc

Gia công sơ bộ

Phá vỡ

Lọc, ly tâm

Sấy Sinh khối

Trích ly

Chất cô lỏng Chất cô khô Chất béo sinh học

Chất cô, sản phẩm tổng

hợp ví sinh có mức độ

tinh chế khác nhau

Hình 8.1. Sơ đồ các phương pháp gia công chất lỏng canh trường

và nuôi cấy vi sinh vật bằng phương pháp bề mặt

141

chúng ta thấy phương án gia công chất lỏng canh trường đơn giản nhất - thu nhận chất

thay thế sữa nguyên từ sữa huyết tương bằng phương pháp vi sinh. Thu nhận được

huyền phù nấm men có nồng độ sinh khối đến 150 g/l trong quá trình nuôi cấy nấm men

trong sữa huyết tương. Sau khi gia công đặc biệt (làm giàu vitamin và các cấu tử khác)

không có các giai đoạn trung gian, huyền phù được sấy khô bằng phương pháp sấy

phun. Khi nuôi cấy nấm men trong các môi trường hydratcacbon hay môi trường rượu,

chất lỏng canh trường có hàm lượng sinh khối nhỏ hơn 25 g/l được đem đi gia công.

Trong trường hợp này trước khi sấy phải tiến hành các giai đoạn tuyển nổi, cô đặc nhằm

để tăng nồng độ sinh khối đến 20 ÷ 25% chất khô.

Khi thu nhận nấm men trên môi trường có phần cất của dầu mỏ việc cô sinh khối

trước khi phân ly được thực hiện bằng phương pháp gạn. Khi nuôi cấy nấm men trong

các môi trường đặc thì các giai đoạn tuyển nổi, phân ly không cần thiết. Cô đặc sinh

khối bùn hoạt tính trước khi sấy có thể thực hiện bằng phương pháp lắng và phân li.

Trong các ví dụ về cô sinh khối nêu trên (loại trừ thu nhận chất thay thế sữa nguyên

bằng phương pháp sinh học) đã tạo ra một lượng lớn chất lỏng canh trường và đã được

sử dụng, chỉ còn lại một ít chất nền, các chất chuyển hoá hoà tan (axit amin, vitamin...)

và các vi sinh vật.

Một phần chất lỏng canh trường đã sử dụng được đưa vào sản xuất, còn phần khác

được đưa đi tinh luyện bằng phương pháp sinh học để thu nhận sinh khối hay đem đi cô

đặc và sấy.

Trong công nghiệp vi sinh đã thu nhận một số chế phẩm mà nguyên các chất

chuyển hoá của chúng như axit amin, kháng sinh, vitamin, các enzim... có trong chất

lỏng canh trường ban đầu ở trạng thái hoà tan hay trạng thái keo. Khi sản xuất các chế

phẩm có hàm lượng các cấu tử không cao thì các quá trình cô đặc được thực hiện là chủ

yếu, không cần phải tách sinh khối bằng con đường hấp và sấy các môi trường lên men.

Khi thu nhận các chất chuyển hoá dạng tinh thể có mức tinh thể cao thì sự tách sinh

khối và tạp chất rắn khỏi dung dịch là giai đoạn đầu tiên để gia công chất lỏng canh

trường. Việc gia công tiếp theo để làm trong dung dịch canh trường có thể tiến hành

theo nhiều phương pháp. Dựa vào các tính chất của các cấu tử và những đòi hỏi của sản

phẩm mà lựa chọn phương pháp gia công cho thích hợp.

8.2. THIẾT BỊ ÉP

Để tách hoàn toàn phần chiết ra khỏi bã, người ta sử dụng máy ép kiểu vắt. Hiệu

suất của quá trình được xác định bởi sự tách hoàn toàn pha lỏng, cũng như chất lượng

phần chiết được (không chứa các tiểu phần rắn). Khi vắt chất lỏng tự do dễ dàng tách

khỏi phần khô. Dùng phương pháp ép không thể tách hoàn toàn phần chiết. Luôn luôn ở

trong bã còn lại một lượng chất chiết, không thể tách được ở dạng cân bằng tương ứng

với áp áp suất và nhiệt độ đã cho.

Máy ép được ứng dụng để vắt được chia ra làm hai nhóm: máy ép cơ học tác động

tuần hoàn, tác động thủ công, loại truyền động cơ học và sức ép bằng thuỷ lực, loại khí

động học; máy ép có tác động liên tục - vít tải, lệch tâm, băng tải, ly tâm và trục quay.

142