quá trình và thiết bị công nghệ sinh học - Chương 9

173

Chương 9

THIẾT BỊ NUÔI CẤY VI SINH VẬT TRÊN MÔI TRƯỜNG

DINH DƯỠNG RẮN

Nuôi cấy vi sinh vật trên các môi trường tơi thể hạt có nhiều ưu việc hơn so với

nuôi cấy trên các môi trường dinh dưỡng lỏng. Như tốc độ tổng hợp của các enzim cao

hơn 5 ÷ 6 lần, ngoài ra canh trường nhận được có độ ẩm 40 ÷ 50% (trong canh trường

lỏng− 80 ÷ 95%), cho phép tiết kiệm đáng kể nguồn năng lượng sấy. Tuy nhiên đến nay

phương pháp nuôi cấy vi sinh vật trên các môi trường dinh dưỡng rắn chưa được ứng

dụng rộng rãi trong công nghiệp do chưa có những thiết bị tiệt trùng được cơ khí hoá

đáng tin cậy.

Hiệu suất và độ hoạt hoá của các chất hoạt hoá sinh học, thời gian quá trình nuôi

cấy chủ yếu phụ thuộc vào những yếu tố sau: loại vi sinh vật, thành phần cấu tử của môi

trường dinh dưỡng, lượng và chất lượng của nguyên liệu cấy, nhiệt độ nuôi cấy, mức độ

thổi khí của canh trường phát triển, cường độ đảo trộn, trao đổi khối và trao đổi nhiệt.

Việc lựa chọn dạng thiết bị và những bộ phụ trợ để đảm bảo tất cả những đòi hỏi

của công nghệ có ý nghĩa quan trọng nhất.

9.1. PHÂN LOẠI THIẾT BỊ NUÔI CẤY VI SINH VẬT TRÊN MÔI TRƯỜNG

DINH DƯỠNG RẮN

Để nuôi cấy vi sinh vật trên môi trường dinh dưỡng rắn, người ta sử dụng các loại

thiết bị có kết cấu sau đây: thiết bị nuôi cấy vi sinh vật trên môi trường rắn dạng phòng

có các khay đột lỗ nằm ngang với kích thước 400×800 mm, thiết bị được cơ khí hoá có

khay đứng đột lỗ, thiết bị được cơ khí hoá dạng ĐỈ−42Ô, các thiết bị băng đai tác động

chu kỳ và liên tục, tổ máy nhiều phiến tác động liên tục với sự ứng dụng các máy rung

cũng như các thiết bị dạng trống quay.

Nhược điểm của các thiết bị nuôi cấy vi sinh vật trên môi trường rắn dạng phòng

có các khay nằm ngang đột lỗ là khối lượng lao động cho các công đoạn quá lớn, mức

độ cơ khí hoá cho các công đoạn công nghệ thấp và không tránh khỏi sự tiếp xúc của

công nhân với canh trường của vi sinh vật.

Từ các kết cấu kể trên, trong công nghiệp thường người ta ứng dụng các thiết bị

được cơ khí hoá có các chậu được phân bổ đứng, cũng như các thiết bị dạng trống quay

và hình tháp. Các thiết bị dạng trống quay và hình tháp có triển vọng tốt để sản xuất lớn.

Sự tích luỹ một lượng lớn các phế thải nông nghiệp như rơm, vỏ bông, vỏ hạt

hướng dương, cùi ngô, các phế liệu khi gia công khoai tây, củ cải đường, cây mía... cho

174

khả năng sử dụng chúng để thu nhân protein chăn nuôi, là nguồn rẻ tiền cho sản xuất

xenluloza và tinh bột.

Tuy nhiên để nuôi cấy vi sinh vật với mục đích tổng hợp sinh học protein không

thể sử dụng các phòng nuôi cấy bình thường, các phòng này được sử dụng để nuôi cấy

nấm mốc trên môi trường dinh dưỡng rắn có chiều cao của lớp môi trường không lớn

hơn 3 ÷ 5 cm. Các xí nghiệp sản xuất chất cô đặc chứa protein và enzim thuộc dạng sản

xuất lớn, cho nên đối với những nhà máy năng suất 100 nghìn tấn trong một năm đòi

hỏi 210 nghìn chậu. Ở mức như thế cần phải sử dụng các thiết bị thoả mãn các yêu cầu

sau: chiều cao của lớp môi trường dinh dưỡng không nhỏ hơn 50 cm; khả năng tạo ra

các điều kiện tiệt trùng; sự biến đổi sinh học của các chất dinh dưỡng trong nguyên liệu

thành protein là cực đại.

Các thiết bị để sản xuất các sản phẩm trên có thể gián đoạn hay liên tục. Các thiết

bị tác động gián đoạn thường ở dạng hình trống nằm ngang, loại trừ quá trình nuôi cấy

vi sinh vật có thể thực hiện trích ly các chất hoạt hoá sinh học từ canh trường nuôi cấy.

9.2. CÁC THIẾT BỊ NUÔI CẤY VI SINH VẬT TRÊN MÔI TRƯỜNG RẮN CÓ

CÁC KHAY ĐỘT LỖ NẰM NGANG

Trong các điều kiện sản xuất để nuôi cấy các giống nấm mốc trên bề mặt trong

các khay, người ta sử dụng các phòng tiệt trùng, số lượng các phòng phụ thuộc vào năng

suất tính theo canh trường nấm mốc khô hàng ngày. Để định hướng thường khi năng

suất 1 tấn/ngày cần 3 ÷ 4 phòng tiệt trùng. Đối với nhà máy có năng suất 10 tấn/ngày số

phòng là 30 ÷ 40.

Phòng tiệt trùng là buồng kín có kích thước 10000×2800×2100 mm với hai cửa,

một cửa nối với hành lang thải liệu. Bên trong phòng có ba đoạn ống thông khí để nạp

không khí điều hoà từ một hướng, còn từ hướng ngược lại- các ống để thải không khí

trong phòng. Diện tích của phòng được tính cho 18 ÷ 20 giàn có khoảng 9 ÷ 10 khay

cho mỗi bên, quy đổi ra cám khô là 100 kg. Khoảng cách giữa các giàn 80 ÷100 mm,

giữa các giàn có khoảng cách rộng 1000 ÷ 1200 mm để đi lại và cách tường 200 ÷

300 mm.

Các bộ điều hoà độc lập được phân bổ trên các phòng tiệt trùng nhằm để đẩy

không khí có nhiệt độ 22 ÷ 320

C, độ ẩm tương đối 96 ÷ 98% vào phòng. Không khí tuần

hoàn có bổ sung 10% không khí sạch từ bộ điều hoà chính, các hành lang nạp và tháo

của các phòng cần phải cách ly các phòng bên cạnh. Điều đó thực hiện được nhờ thông

gió hai chiều khi trao đổi không khí nhiều lần (đến 8 lần) và nhờ làm sạch không khí

thải khỏi các bào tử.

Việc nuôi cấy giống trong các phòng tiệt trùng đã được sử dụng trong các giai

đoạn đầu của sự phát triển sản xuất ra các chế phẩm enzim. Những ý tưởng để tạo ra các

thiết bị dạng cơ khí hoá có các khay nằm ngang không mang lại kết quả tốt vì tốn nhiều

kim loại và năng suất thấp.