Các nhà nghiên cứu đang cố gắng biến lông chim thành thức ăn bổ dưỡng cho gia súc bằng cách lên men các protein không tiêu hóa được trên lông chim với B.. licheniformis có khả năng sản s
Trang 1TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ KỸ THUẬT MÔI
TRƯỜNG - -
ĐỀ TÀI:
TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ QUÁ TRÌNH LY TÂM
ĐỂ TÁCH SINH KHỐI BACILLUS LICHENIFOMIS
RA KHỎI CANH TRƯỜNG VỚI CÔNG SUẤT
(NHÀ MÁY) 200 TẤN/NĂM
GVHD: Nguyễn Thị Quỳnh Mai
SVTH:
Nguyễn Ngọc Kim Trinh Nguyễn Thị Thanh Nhi Nguyễn Thị Phương Trúc Hoàng Thị khánh Ly Huỳnh Thị Ánh Sang
TP HCM, ngày 7 tháng 5 năm 2017
Trang 2Mục lục
1 Cơ sở lý thuyết: 2
1.1 Giới thiệu về Bacillus licheniformis 2
1.1.1 Giới thiệu: 2
1.1.2 Đặc điểm phân bố: 2
1.1.3 Đặc điểm sinh hoá: 2
1.1.4 Cấu trúc bộ gene 2
1.1.5 Cấu trúc tế bào và sự trao đổi chất: 3
1.1.6 Ứng dụng công nghệ sinh học : 3
1.2 Giới thiệu về máy li tâm: 4
2 Tính toán, thiết kế quá trình ly tâm: 6
2.1 Lựa chọn máy ly tâm: 6
2.2 Các thông số cần quan tâm trong quá trình ly tâm: 9
2.3 Tính toán thiết bị 11
3 Kết luận: 14
TÀI LIỆU THAM KHẢO 15
Trang 31 Cơ sở lý thuyết:
1.1 Giới thiệu về Bacillus licheniformis
1.1.1 Giới thiệu:
B.licheniformis là một phần của nhóm subtilis cùng với Bacillus subtilis và Bacillus pumilus Những vi khuẩn này thường được biết đến là gây ngộ độc thức ăn và
sự hư hỏng thực phẩm B Licheniformis cũng được biết đến vì các sản phẩm bơ sữa
Vi khuẩn này mặc dù bất lợi tuy nhiên nó có thể được sửa đổi để trở nên hữu ích Các nhà nghiên cứu đang cố gắng biến lông chim thành thức ăn bổ dưỡng cho gia súc bằng cách lên men các protein không tiêu hóa được trên lông chim với B
licheniformis
1.1.2 Đặc điểm phân bố:
Bacillus licheniformis là một loại vi khuẩn thường thấy trong lông chim và đất Những con chim có xu hướng ở trên mặt đất nhiều hơn không khí (tức chim sẻ) và trên mặt nước (tức là vịt) là những vật mang phổ biến của vi khuẩn này Nó chủ yếu được tìm thấy xung quanh khu vực ngực của chim và bộ lông trở lại
1.1.3 Đặc điểm sinh hoá:
B licheniformis có khả năng sản sinh nhiều enzyme, đặc biệt là amylase và protease - 2 loại enzyme quan trọng thuộc hệ thống men tiêu hóa, sản sinh các enzyme
có khả năng thủ y phân glucid, lipid, protid, enzyme cellulase biến đổi chất xơ thành các loa ̣i đường dễ tiêu, lecitinase thủy phân các chất béo phức hợp, enzyme phân giải gelatin, enzyme phân giải fibrin và mô ̣t loa ̣i enzyme giống lysozyme gây tác du ̣ng trực tiếp dung giải một số loại vi khuẩn Proteus gây bê ̣nh trong đường ruột
1.1.4 Cấu trúc bộ gene
Trình tự nucleotide hoàn chỉnh của Bacillus licheniformis bao gồm bộ gen ATCC 14580, có nhiễm sắc thể tròn là 4,222,336 bp (chứa các cặp cơ sở) chứa 4.208 gen mã hóa protein dự đoán (kích thước trung bình 873 bp), 7 rRNA operon và 72 tRNA gen Hàm lượng GC là 46,2% và không có plasmid nào được phát hiện Nhiễm sắc thể của B licheniformis có các vùng lớn tương tự như Bacillus subtilis và Bacillus halodurans Vì khoảng 80% trình tự mã hóa của B licheniformis có chứa các thông tin địa lý B subtilis, nó được coi là một phần của nhóm subtilis Tuy nhiên, mặc dù tương
Trang 4tự như B subtilis, chúng khác nhau về số lượng và vị trí các cặp base, các phần tử có thể chuyển tiếp, các enzyme ngoại bào và các operon chuyển hóa thứ sinh
1.1.5 Cấu trúc tế bào và sự trao đổi chất:
Bacillus licheniformis là một vi khuẩn Gram dương, hình que Nó có xu hướng hình thành bào tử trong đất làm cho nó được mong muốn sử dụng cho các mục đích công nghiệp như sản xuất enzyme, kháng sinh và các chất chuyển hóa nhỏ Nó tạo ra một loạt các enzyme ngoại bào
Nhiệt độ tăng trưởng tối ưu của nó là 50 °C, nhưng nó cũng có thể tồn tại ở nhiệt
độ cao hơn nhiều Nhiệt độ tối ưu cho tiết enzyme là 37 °C
Vi khuẩn này có thể sống sót trong môi trường khắc nghiệt bằng cách biến thành bào tử bào tử Khi điều kiện tốt, nó sẽ trở lại trạng thái thực vật B licheniformis tạo ra một protease có thể tồn tại ở mức độ pH cao Protease này là một thành phần mong muốn trong chất tẩy giặt do khả năng của nó được sử dụng ở nhiệt độ thấp, giúp ngăn ngừa sự co ngót và mờ dần màu sắc
1.1.6 Ứng dụng công nghệ sinh học :
Các nhà nghiên cứu đang cố gắng tái chế lông chim bằng cách biến chúng thành thực phẩm bổ dưỡng cho gia súc Như đã đề cập, Bacillus licheniformis thường thấy trên lông chim, bằng cách lên men với B licheniformis, một lượng lớn các protein không tiêu hóa được tìm thấy trong lông có thể biến thành một bữa ăn lông cho gia súc Điều này rất được mong muốn bởi vì nó là giá rẻ và dinh dưỡng
B licheniformis cũng có thể cung cấp thêm thông tin về sự tiến hóa của sự lột da
và các mẫu màu sắc ở chim do khả năng phân hủy lông của nó Các nhà sinh thái học đang tìm kiếm các dấu hiệu liên kết giữa điều này và hoạt động của B licheniformis B licheniformis cũng là một thành phần quan trọng trong chất tẩy rửa Vì nó có thể phát triển trong điều kiện kiềm, nó tạo ra một protease mà có thể tồn tại ở mức độ pH cao Protease có độ pH tối ưu ở khoảng 9 và 10, điều này rất khả thi vì nó có thể loại bỏ chất bẩn có chứa protein trong quần áo Các nhà nghiên cứu nuôi cấy và cô lập protease này
để thêm nó vào chất tẩy rửa Protease này ngăn ngừa sự co rút và mờ dần màu vì nó cho phép sử dụng nhiệt độ thấp, từ đó giảm sử dụng năng lượng
B Licheniformis được sử dụng để tạo ra kháng sinh Bacitracin Bacitracin bao gồm một hỗn hợp của các polypeptides cyclic mà B licheniformis sản xuất Trớ trêu
Trang 5thay mục đích của Bacitracin là ức chế sự phát triển của B licheniformis Bacitracin lyses proplasts của B licheniformis với sự hiện diện của cadmium hoặc kẽm ion
Nghiên cứu hiện tại Bacillus licheniformis là một sinh vật tạo thành bào tử góp phần vào con đường tạo dinh dưỡng và có hoạt động kháng nấm Có những nghiên cứu hiện tại về B licheniformis (dòng SB3086) và những ảnh hưởng của nó như một chất diệt nấm vi sinh vật Novozymes Biofungicide Green Releaf chứa dòng B
licheniformis SB3086 như là một thành phần chủ yếu hoạt động Thuốc diệt nấm này
có thể được sử dụng trên các bãi cỏ, cây lá kim, cây giống, cỏ trang trí và cây cảnh ở các khu vực ngoài trời, nhà kính và vườn ươm Có những lo ngại về sự an toàn của chất diệt nấm này Các báo cáo về vi khuẩn Bacillus licheniformis có ảnh hưởng bất lợi đến các loài sinh vật côn trùng, chim, thực vật và cửa sông hầu như không tồn tại
Đã có báo cáo về sự thất bại về sinh sản và viêm vú do vi khuẩn này gây ra đối với gia súc, cừu và heo Nó may mắn không có bất kỳ tác động bất lợi đối với các loài nguy cấp
1.2 Giới thiệu về máy li tâm:
1.2.1 Tổng quan về máy lý tâm
Các máy ly tâm được ứng du ̣ng rô ̣ng rãi để tách các tiểu phần ổn đi ̣nh trong dung di ̣ch các chất hoa ̣t hoásinh ho ̣c, các dung di ̣ch rượu khỏi chếphẩm hoa ̣t hoálàm lắng etanol, axetol vàcác dung môi hữu cơ khác, tách sinh khối khỏi dung di ̣ch canh trường, đểtách phức hoa ̣t hoásinh ho ̣c (khi kết tủa bằng muối) từcác dung di ̣ch, cũng như đểphân chia các hỗn hợp chất lỏng hay các huyền phù Các hê ̣ phân tán thô
thường được phân chia dưới tác đô ̣ng của tro ̣ng lực Tuy nhiên khi tỷ tro ̣ng của các cấu tử cóđô ̣ chê ̣nh lê ̣ch nhỏ vàđô ̣ nhớt của chất lỏng không đồng nhất cao thìsự lắng xảy ra rất châ ̣m Do ứng suất của trường lực ly tâm quán tính lớn hơn nhiều lần ứng suất của trường tro ̣ng lực, cho nên viê ̣c phân chia dưới tác đô ̣ng của trường ly tâm xảy ra rất nhanh và hoàn toàn Trong các thiết bi ̣ công nghiê ̣p viê ̣c phân chia bằng phương pháp
ly tâm được ứng du ̣ng để tách các tiểu phần có kích thước từ 25 mm đến 0,5 ?m
Phương pháp ly tâm dựa trên cơ sở tác đô ̣ng của trường ly tâm tới hê ̣ không đồng nhất gồm hai hoă ̣c nhiều pha Ly tâm các hê ̣ chất lỏng không đồng nhất được thực hiê ̣n bằng hai phương pháp: lo ̣c ly tâm qua tường đô ̣t lỗcủa rôto, vách lo ̣c được đă ̣t ở phần trong của rôto (máy ly tâm lo ̣c) và qua rôto lắng có đoa ̣n ống liền (máy ly tâm lắng) Đồng thời các máy ly tâm tổng hợp kết hợp cả hai nguyên tắc phân chia lo ̣c - lắng
Trang 6cũng được sử du ̣ng Khi tách huyền phùtrong các máy ly tâm lo ̣c ởtrong rôto, dưới tác
đô ̣ng của lực ly tâm chất lỏng được lo ̣c qua vải lo ̣c hay lưới kim loa ̣i, đồng thời các tiểu phần pha rắn bi ̣lắng xuống; chất lỏng qua sàng vàsau đóqua lỗtrong rôto, xối ma ̣nh vào tường của máy ly tâm, còn că ̣n được tháo ra trong thời gian rôto quay hoă ̣c là sau khi máy ngừng Khi phân chia các huyền phù trong các máy ly tâm lắng, các tiểu phần rắn có tỷ tro ̣ng lớn hơn tỷ tro ̣ng cấu tử chất lỏng được lắng xuống (dưới tác đô ̣ng của lực ly tâm trong đoa ̣n ống rôto) ta ̣o thành lớp vòng khuyên Cấu tửlỏng cũng ta ̣o thành lớp vòng khuyên nhưng nằm gần tru ̣c quay hơn, chất lỏng trong được dẫn ra ngoài qua mép tràn hay nhờ ống hút; că ̣n được tháo ra theo hành trình xảhay sau khi thiết bi ̣ ngừng Viê ̣c phân chia 159/275 nhũ tương xảy ra tương tự: ở tường rôto ta ̣o ra lớp chất lỏng nă ̣ng, còn gần tru ̣c quay - lớp chất lỏng nhe ̣
1.2.2 Phân loại máy ly tâm
Các máy ly tâm công nghiê ̣p được chia ra:
- Theo nguyên tắc phân chia - kết tủa, phân chia (phân ly), lo ̣c và tổng hợp Theo đă ̣c tính tiến hành quá trình ly tâm - chu kỳ và liên tu ̣c
- Theo dấu hiê ̣u về kết cấu - nằm ngang (có tru ̣c nằm ngang), nghiêng (cótru ̣c nghiêng) và đứng
- Theo phương pháp thải că ̣n ra khỏi rôto
- Khi sản xuất các chất hoa ̣t hoásinh ho ̣c thường sử du ̣ng các máy ly tâm tác
đô ̣ng chu kỳ, thải că ̣n bằng cơ khíhoáhay thủcông, còn khi sản xuất lớn - các máy ly tâm tựđô ̣ng hoá tác đô ̣ng liên tu ̣c
- Khi lựa cho ̣n các máy ly tâm cần phải dựa vào các đă ̣c tính công nghê ̣ của chúng vàcác tính chất lý ho ̣c của vâ ̣t liê ̣u đem gia công (đô ̣ phân tán của pha rắn, đô ̣ nhớt của pha lỏng và nồng đô ̣ của nó)
- Nồng đô ̣ huyền phù bằng tỷsố giữa lượng pha rắn vàtổng lượng huyền phù Nồng đô ̣ huyền phùcóthểthể hiê ̣n bằng phần trăm theo khối lượng hay phần trăm theo thểtích Hiê ̣u nồng đô ̣ giữa pha rắn vàpha lỏng càng lớn thìnăng suất của máy ly tâm lắng càng cao
1.2.3 Hai loại máy ly tâm cơ bản
Máy ly tâm dạng lắng và dạng lọc Các máy ly tâm thuô ̣c da ̣ng này được bi ̣t
kín, có thiết bi ̣ điê ̣n an toàn vàthải că ̣n ở phía trên bằng phương pháp thủ công Dẫn
Trang 7đô ̣ng máy ly tâm được thực hiê ̣n từđô ̣ng cơ qua truyền đô ̣ng bằng dây đai hình thang Trong các máy loa ̣i này có khoá liên đô ̣ng cho đô ̣ng cơ vànắp vỏ khi giảm áp suất khí trơ trong các khoang vỏ dưới 1470 Pa Các chi tiết của máy tiếp xúc với sản phẩm được chế ta ̣o bằng thép 12X18H10T Trong công nghiê ̣p vi sinh máy ly tâm đứng có kích thước nhỏ được sửdu ̣ng rô ̣ng rãi do đô ̣ kín vàtính an toàn cao Loa ̣i này rất thuâ ̣n lợi cho nhiều quá trình tách và làm sa ̣ch mô ̣t lượng vừa phải các chất hoa ̣t hoá sinh
ho ̣c
Máy ly tâm lắng nằm ngang được ứng du ̣ng để phân chia huyền phù cóhàm
lượng thể tích pha rắn từ1 đến 40 Theo chức năng công nghê ̣, các máy ly tâm được chia ra làm ba nhóm: làm trong và phân cấp, lắng va ̣n năng và lắng bằng phương pháp khử nước 163/275 Ly tâm làm trong được ứng du ̣ng để tinh chế huyền phù có pha rắn phân tán cao với nồng đô ̣ thấp, để tinh chế huyền phù khỏi các tiểu phần có kích thước lớn hơn 5 ?m trước khi na ̣p chúng đến các máy phân ly kiểu đĩa vàmáy phân ly siêu tốc vàđồng thời để làm giảm nồng đô ̣ pha rắn trong huyền phù Các máy ly tâm làm trong và phân cấp có yếu tố phân chia lớn hơn 2500 Các máy ly tâm lắng va ̣n năng được ứng du ̣ng để phân chia huyền phù có nồng đô ̣ pha rắn nhỏ vàtrung bình Khi đó nhâ ̣n được chất lỏng nguyên chất và chất lắng có đô ̣ ẩm không lớn Yếu tốphân chia bằng 2000-3000, tỷsốgiữa chiều dài hoa ̣t đô ̣ng của rôto và đường kính 1,6 Ly tâm lắng bằng phương pháp khử nước được ứng du ̣ng để phân chia các huyền phù thô cónồng đô ̣ cao Tính theo chất rắn loa ̣i này cónăng suất lớn, đồng thời chất rắn nhâ ̣n được có đô ̣ ẩm không lớn lắm Yếu tố phân chia nhỏ hơn 2000, tỷ số chiều dài hoa ̣t
đô ̣ng của rôto và đường kính không lớn hơn 2
2 Tính toán, thiết kế quá trình ly tâm:
2.1 Lựa chọn máy ly tâm:
Với đề tài này ta sử dụng máy ly tâm đĩa
Mục đích chính của việc sử dụng máy ly tâm đĩa: giúp cho chất cần tạo ra có độ tinh khiết cao nhất (lên đến 99,9%) Chúng sử dụng lực ly tâm cực lớn, số vòng quay
có thể lên đến 15000 vòng/phút, 1 con số ấn tượng kết hợp với cấu tạo bên trong của máy ly tâm dạng đĩa giúp loại bỏ gần như hoàn toàn cặn còn sót lại
Phù hợp cho quá trình ly tâm để tách sinh khối Bacillus licheniformis ra khỏi canh trường với hiệu quả cao
Trang 8Hình 1: Mặt cắt ngang của máy ly tâm đĩa
Hình 2: Mãy ly tâm đĩa quy mô công nghiệp
Nguyên lý làm việc của máy ly tâm dạng đĩa:
Máy ly tâm đĩa là một hệ thống các ống hình nón nghiêng quay tập trung nhanh chóng được đặt gần nhau để giảm thiểu thời gian để nắm bắt các hạt hoặc chất lỏng đặc với các gia tốc có kích thước cao Trong cấu hình này, hệ thống nhập liệu đi vào trục quay và bị buộc vào dưới cùng của bát quay Áp suất buộc sự đình chỉ lên trên Chất lỏng nặng hơn được ép qua các lỗ ở cuối mỗi kênh đĩa cho đến khi nó đạt đến ngoại biên bên ngoài của bát Chất lỏng nhẹ chảy lên các kênh đĩa và ra khỏi máy ly tâm Trầm tích nặng chảy ra qua một vòi phun nếu nó mở; Nếu không nó thu thập trên
Trang 9tường bên ngoài của bát Tùy thuộc vào việc vòi phun được mở hoặc đóng, máy ly tâm này hoạt động ở chế độ liên tục hoặc hàng loạt, tương ứng Bát có thể được thiết kế để
mở liên tục ở ngoại vi trong chế độ bán dẫn liên tục
Hình 3: Sơ đồ dòng chảy vật chất trong máy ly tâm đĩa
Để xác định tốc độ cấp dữ liệu tối đa Q, một sơ đồ đơn giản của một vùng giữa hai đĩa được sử dụng Để thuận tiện, tọa độ x-y được đặt trong một mặt phẳng thẳng đứng cắt trục trục rotor với trục x song song với bề mặt đĩa Các phương trình chuyển động của một hạt lơ lửng sau đó được xác định với ràng buộc rằng mỗi hạt phải lắng đọng từ dưới lên trên của một cặp đĩa
Hình 4: Sơ đồ vùng giữa hai đĩa và các thông số cho một máy ly tâm đĩa
Sơ đồ quá trình ly tâm:
Trang 10
Hình 4: Sơ đồ quá trình ly tâm
2.2 Các thông số cần quan tâm trong quá trình ly tâm:
pH=4:
Chất lỏng cần xử
lý
Các ống nạp liệu tĩnh
Trung tâm của buồng
Các đĩa nhiều lớp
Chất lỏng tinh khiết chảy ngược lên phía trên cùng của
buồng tách
Chất rắn bị giữ lại và được thu thập tại vùng ngoại vi của khoang tách
