YẾU TỐ CẤU THÀNH QUÁ TRÌNH CÔNG NGHỆ SINH HỌC

Thành phần cấu thành của quá trình CNSHQuá trìnhCNSH Đại diện sinh học Dinh dưỡng và môitrường nuôi cấy Thiết bị Sản phẩm... Dextranc Quy trình công nghệ sản xuất Chuẩn bị giống và môi t

Trang 1

CHƯƠNG 2: YẾU TỐ CẤU THÀNH QUÁ TRÌNH CÔNG

NGHỆ SINH HỌC

Trang 2

Hình Sơ đồ quá trình CNSH 2

Chuẩn bị môi trường

Khử trùng môi

trườngLên men

Sản phẩm

Tinh sạchNhân giống

Trang 3

Hình Thành phần cấu thành của quá trình CNSH

Quá trìnhCNSH

Đại diện sinh

học

Dinh dưỡng

và môitrường nuôi

cấy

Thiết bị

Sản phẩm

Trang 4

2.4 Thiết bị lên men công nghiệp

4

Trang 5

2.4.1 Cấu tạo thiết bị lên men

a) Bình lên men

2 loại áo nước và áo gia nhiệt với cửa sổ quan sát mẫu bên

trong

Trang 6

2.4.1 Cấu tạo thiết bị lên men b) Hệ thống điều khiển quá trình:

Cho phép điều khiển được các bình lên men cùng lúc gồmmột bình chính và bình lắp thêm

Các thông số quá tình lên men được hiển thị qua màn hìnhcảm ứng màu

Cổng USB kết nối để nâng cấp phần mềm hoặc kết nốiInternet

6

Trang 7

c) Điều khiển nhiệt độ:

Hiển thị nhiệt độ quá trình lên men với độ phân giải 0.1 oCDải nhiệt độ: Từ 10 oC trên nhiệt độ làm lạnh đến 65 oCĐiều khiển gia nhiệt hay làm lạnh bằng kỹ thuật số

Gia nhiệt bằng áo gia nhiệt hoặc áo nước

Làm lạnh bằng ruột gà làm lạnh hoặc ống dẫn nước lạnhtuần hoàn

Đầu cảm biến nhiệt

Trang 8

d) Điều khiển khuấy:

Khuấy trực tiếp hoặc bằng cảm ứng từ

Hiển thị tốc độ khuấy với độ phân giải 1 vòng/phút

Tốc độ khuấy: Từ 50 - 1200 vòng/phút đối với khuấy trựctiếp

Các loại cánh khuấy dùng được: Cánh khuấy lên men,cánh khuấy cho nuôi cấy tế bào, cánh khuấy Spin

Bộ chia dòng khuấy

8

Trang 9

f) Chế độ sục khí:

Sục khí: Qua vòng sục khí tiêu chuẩn

* Điều khiển khí với chế độ: 0 - 150 ml/phút, 250 - 2500ml/phút, 1L - 5L/phút, 1L - 20L/phút

* Bộ điều khiển dòng khí

* Bộ phận điều khiển khí nuôi cấy: Điều khiển tự động 4loại khí qua các van từ hoặc điều khiển tay qua các nhánhdẫn khí

Bộ phận lọc khí vào vô trùng qua màng lọc 0.2 um

Đường khí N2 để hiệu chỉnh đầu dò Oxi hòa tan

Trang 10

Trang 11

h) Điều khiển DO

Dải hiển thị: 0 - 200%

Điều khiển DO: Bằng kỹ thuật số liên kết với chế độ khuấy.Đầu dò DO tiêu chuẩn Polargraphic

Trang 12

i) Khí thải:

Phin lọc khí thải vô trùng với kích thước 0.2 um

Bộ ngưng tụ nước cho khí thải làm bằng thép không gỉ

12

Trang 13

k) Hệ thống bơm:

3 bơm cho phép điều khiển tốc độ bơm đến 12 vòng/phút.Điều khiển bơm qua bộ điều khiển trung tâm với khả năngđiều khiển từ 0 - 100% công suất bơm

Trang 14

2.4.2 Phương pháp lên men

a) Dựa vào cách nạp liệu và thu hồi bán thành phẩm sau lên

Trang 15

2.4.2 Phương pháp lên men

b) Dựa vào thành phần đồng nhất hay không đồng nhất của canh

trường

• Lên men bề mặt, vi sinh vật phát triển trên bề mặt của môi trường nuôi cấy và lấy không khí từ mặt thoáng của môi trường Phương pháp này thường sử dụng để sản xuất axit citric và một

số enzyme Nhược điểm lớn nhất của phương pháp này là tốn kém bề mặt Tuy nhiên, do đầu tư ít nên chừng mực nào đó vẫn được sử dụng.

• Lên men bán rắn là phương pháp trung gian giữa lên men

bề mặt và bề sâu Hàm lượng nước trong môi trường chiếm khoảng 70% chất khô Một số enzyme hiện nay được sản xuất theo phương pháp này Người ta cải tiến phương pháp này bằng thiết bị thùng quay nhằm cung cấp đủ oxy cho quá trình lên men và thực hiện luôn khâu sấy khô sau lên men Điều khó khăn là do sự truyền nhiệt kém của các chất độn nên khó thực hiện tốt khâu thanh trùng.

• Lên men chìm là phương pháp được sử dụng nhiều nhất.

Nó có thể cho phép kiểm soát được toàn bộ quá trình lên men một cách thuận lợi, ít tốn kém mặt bằng Do hệ thống khuấy trộn tốt nên toàn bộ môi trường nuôi cấy là một hệ thống nhất.

Trang 16

3.1.1 Dextran

a) Khái niệm chung

- Dextran là polymer sinh học, có tính nhớt nội tại, dễ tan

trong nước, methylsulfide, là dung dịch điện ly bền, pHkhông ảnh hưởng đến độ tan của dextran

- Chuỗi mạch thẳng gồm các phân tử glucose liên kết ở vị trí

 -1,6 glucoside, mạch nhánh ở vị trí  -1,3 glucoside

3.1 Polysaccharides

Trang 18

3.1.1 Dextran

c) Quy trình công nghệ sản xuất

Chuẩn bị giống và môi trường lên men

Vi sinh vật: Leuconostoc mensenteroids

1 • Vi khuẩn G (+), không di chuyển

2 • Enzyme catalase (-), kháng vancomycin

3 • Có bao nhày chứa dextran

4

• t: 5-30 o C, opt 25-30 o C, chịu được pH rất thấp do sinh ra acid lactic

5 • Kỵ khí không bắt buộc

Trang 19

3.1.1 Dextran

Chuẩn bị giống và môi trường lên men

Môi trường lên men

• Peptone

• Muối khoáng và vitamin

Bổ sung nguồn dinh dưỡng khác

Trang 20

3.1.1 Dextran

Kỹ thuật lên men

khoáng

2 loại dextran: 80.000 Da, 20-30.000

60-Dan

pH môi trường nuôi

cấy

-Nhiệt độ nuôi cấy 20-30 C

-Chế độ thông khí 0,5 l/phút khi nạp môi

trường

-Thời gian nuôi cấy 18-20 h

Trang 21

-3.1 Polysaccharides

3.1.1 Dextran

Thu nhận sản phẩm

Kết tủa lần 1 (bổ sung ethanol lạnh, 1:5)

Ly tâm, lọc, rửa 1 (loại bỏ tạp chất)

Hòa tan (100g/200 ml nước)

Ly tâm, lọc rửa 2 Hòa tan (100g/100ml nước)

Sấy phun Dextran

Trang 22

• Chất

làm đặc

Thực phẩm phẩmMỹ

Y học Công

nghệ

Trang 23

3.3 Polyhydroxyalkanoates

3.3.1 Khái niệm chung

Polyhydroxyalkanoates: là dẫn xuất chứa oxy của acidbéo, được tổng hợp bởi vi sinh vật, trong điều kiện sinhtrưởng mất cân bằng, dư thừa Carbon và năng lượng nhưngthiếu khoáng chất (N, S, PO43-), và O2.

Phổ biến nhất: Polyoxybutirate - polymer β-hydroxybutyricacid

Ngoài ra: hydroxybutyrate, copolyme oxyvalerate,hydroxybutyrate và oxy-hexanoate, polyhydroxybutyrate vàpolioxyheptanoate

Trang 24

Bảng So sánh tính chất Polyoxybutirate (POB) và Polypropylen (PP)

24

Nhiệt độ nóng chảy (oC)

Độ trong (%)

Khối lượng phân tử (D)

Nhiệt độ thủy tinh hóa ( o C)

Khối lượng riêng (g/cm3)

Modul uốn (gPa)

Độ dãn khi kéo đứt (%)

Độ bền với tia cực tím

Độ bền với dung môi

175 80 5x10 5

15 1.1250 4.0 6 Tốt Không tốt

176 70 2x10 5

- 10 0.905 1.7 400 Không tốt Tốt

Trang 25

Tính chất độc đáo khác của Polyhydroxyalkanoates:

+ khả năng tương thích với các mô động vật,

+ hoạt độ quang học,

+ áp điện + chất chống oxy hóa + quan trọng nhất là phân hủy sinh học

Trang 26

3.3 Cơ chế tổng hợp

Phosphoenolpiruvate

Acetyl – CoAAcetacetyl – CoAAcetacetate

β-hydroxybutyric acid Oxybutyryl – CoA

Polymer β-hydroxybutyric acid

26

Trang 27

3.3.3 Giống và môi trường nuôi cấy

Vi sinh vật: Alicagenes eutrophys Nguồn dinh dưỡng để tổng hợp PHA

Methanol, ethanol, acetate, dextrose, mật rỉ, hydro, CO2

Trang 28

3.4 Ứng dụng của Polyhydroxyalkanoates:

+ Y học và phẫu thuật (phẫu thuật mạch máu, màng phủvết thương và bỏng, vật dụng sử dụng một lần),

+ Dược (kéo dài tác dụng của thuốc),

+ Công nghiệp thực phẩm (ngăn chặn oxy hóa nước giảikhát, vật liệu đóng gói),

+ Nông nghiệp (bao phủ hạt giống, vỏ bọc các loại phânbón và thuốc trừ sâu),

+ Điện tử

+ Dịch vụ đô thị (container vỡ khác nhau và bao bì) v.v

28

Trang 29

3.1.1 Acid lactic

a) Khái niệm chung: C3H6O5

3.1 Sản xuất acid hữu cơ

Dạng bột màu từ trắng đến vàng, tan trong nước

và cồn, có mùi nhẹ Chất lỏng

không màu

Trang 30

b) Cơ sở lý thuyết của quá trình lên men lactic

Là quá trình chuyển hóa đường

Nhờ vi sinh vật

Thành acid lactic

Trang 31

b) Cơ sở lý thuyết của quá trình lên men lactic

Lên men đồng hình Lên men dị hình

Trang 34

-5-Acid lactic (50 %), sản phẩm phụ (acid acetic, etanol, CO2 )

Trang 35

Công nghệ sản xuất acid lactic truyền thống

Chuẩn bị giống

và môi trường lên men

Điều khiển quá trình lên men

Tạo Calci lactate và thu nhận acid lactic

Trang 36

Vi sinh vật: Lactobacillus delbruckii

• Trực khuẩn dài 0,5-0,8 m, 2-9 m, không di động, G+

• Lên men đường: xylose, arabinose, rhamnose, raffinose, trehalose, inunil, mannital, không lên men lactose

• Nhiệt độ: 18-55 o C, t (opt) = 45-50 o C

• pH 5,0- 6,5

• Hiệu suất chuyển hóa đường: 70 %

Trang 37

Chuẩn bị môi trường lên men: mật rỉ

Bảng Thành phần hóa học của mật rỉ

(xem lại chương 2)

Trang 38

Chuẩn bị môi trường lên men: xử lý mật rỉ

Phân loại mật rỉ

Mật rỷ hydrol: thu được sau khi kết tinh glucose trong quá trình thủy phân bột bằng acid để SX glucose, chứa 40-50 % glucose, và NaCl

Rỉ đường: Nước cốt tách ra sau khi kết tinh đường

Trang 39

Chuẩn bị môi trường lên men: mật rỉ

• Đun nóng trong 6h, pha loãng 5-

10 đường, pH 6,3-6,5, làm nguội xuống 50

o C

Ly tâm

• Thu dung dịch trong

• Cho lên bồn lên men

Trang 40

Điều khiển quá trình lên men

Trang 41

Tạo calci lactate và thu nhận acid lactic

Trang 42

Đun nóng (80…90  C)

Xử lý dung dịch bằngCa(OH)2 Điều chỉnh pH 10-11, 3-5 h

Lọc (80…90  C), loại bỏ chất lắng Tinh thể hóa Calci lactat (10-16 h)

Thu kết tủa Thêm H2SO4Lọc thu acid lactic Tẩy màu (than hoạt tính) Sấy chân không lần 1 đến 50 %

Lọc Sấy chân không lần 2 đến 80 %

Lọc

Trang 43

Công nghệ sản xuất acid lactic hiện đại

(tự nghiên cứu)

Trang 44

e) Ứng dụng: trong công nghiệp thực phẩm

Acid lactic

Sản xuất sản phẩm rau quả chua

Sản xuất sản phẩm lên men

từ sữa Sản xuất

đậu hũ

Trang 45

3.1.1 Acid citric

a) Khái niệm chung:

Trang 46

Trang 47

3.2.3 Acid citric С 6 Н 8 О 7

c) Kỹ thuật lên men

Thông số quá trình Giá trị

Vi sinh vật Aspergillus niger,

Varrowia lipolyticaThành phần môi trường

nuôi cấy

Rỉ đường, NH4Cl,MgSO4, K2HPO4

pH môi trường nuôi cấy 7,0 7,2

Nhiệt độ nuôi cấy 34 3632 34 C

Thời gian nuôi cấy 5 7 ngày đêm

Lượng acid trong canh

trường

5 12 %

Trang 48

3.2.3 Acid citric С 6 Н 8 О 7

48

Lên men Lọc loại bỏ sợi ty thể Trung hòa môi trường Ca(OH)2

Lọc Rửa tinh thể citrate và oxalate calci (nước nóng)

Tách citrate calci (H2SO4) Lọc (than hoạt tính) Sấy lần 1 dung dịchC6H7O8

Lọc Sấy lần 2 dung dịch C6H7O8Tinh thể hóa (nước lạnh)

Ly tâm Rửa tinh thể (nước lạnh) Sấy tinh thể (<35 oC)

Acid citric

Trang 49

CHƯƠNG 4: CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG SINH HỌC VÀ CÔNG NGHỆ SINH HỌC

KIM LOẠI

Trang 50

4.1 Công nghệ sản xuất năng lƣợng sinh học

4.1.1 Nhiên liệu sinh học là gì?

NLSH là loại nhiên liệu được hình thành từ các hợp chất có

nguồn gốc động thực vật (sinh học)

50

Trang 51

4.1.1 Nhiên liệu sinh học là gì?

Nguồn nguyên liệu sản xuất NLSH

1

• Chất béo của động thực vật: mỡ động vật, dầu dừa,

2 • Ngũ cốc: lúa mỳ, ngô, đậu tương

Trang 52

4.1.2 Ƣu nhƣợc điểm của nhiên liệu sinh học

52

1 • Thân thiện với môi trường

2 • Nguồn nhiên liệu tái sinh

3

• Giá thành cao hơn nguồn nhiên liệu

truyền thống

Trang 53

4.1 Tổng quan về nhiên liệu sinh học

4.1.3 Phân loại nhiên liệu sinh học

NLSH

Trang 54

Trang 55

b) Nhiên liệu khí

NL khí (biogas): hỗn hợp khí methane (CH4) và một số khíkhác phát sinh từ sự phân huỷ các vật chất hữu cơ trong môitrường yếm khí

Thành phần biogas

CH4 60%)

(50-CO2(>30%)

H2O, N2,

O2, H2S,

CO, …

Trang 56

c) Nhiên liệu rắn

56

NL rắn: nhiên liệu sinh học rắn mà các nước đang phát triển

sử dụng hàng ngày trong công việc nấu nướng hay sưởi ấm

là gỗ, và các loại phân thú khô

Trang 57

4.1.4 Lợi ích của sử dụng nhiên liệu sinh học

a) NLSH có thể giảm thiểu sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa

thạch đắt đỏ, đang cạn kiệt:

Trang 58

b) NLSH có thể giải quyết các vấn đề biến đổi khí hậu

58

Trang 59

c) NLSH có thể tăng cường an ninh năng lượng quốc gia

Trang 60

d) NLSH có thể hình thành sự tham gia của các xí nghiệp nhỏ

và vừa

60

Trang 61

f) NLSH có thể đóng góp vào phát triển kinh tế- xã hội của

các cộng đồng địa phương và các ngành kinh tế đang

phát triển

Trang 62

4.1 Công nghệ sản xuất nhiên liệu sinh học

4.1.5 Công nghệ sản xuất bio-butanol

a) Khái niệm chung: C 4 H 10 O

62

Có khả năng gây

mê khi hít ở nồng độ cao

Tan trong dung môi hữu cơ, không tan trong

nước

Là chất lỏng không màu, dễ cháy, có mùi thơm

Trang 63

b) Cơ sở lý thuyết của công nghệ sản xuất

Lignocellulogic biomass Cellulose Hemicellulose

Glucose Xylose, arabinose

Pyruvate Acetyl-CoA Ethanol Acetoacetyl-CoA Acetone Butyrate Butyryl-CoA Butanol

Trang 64

c) Quy trình công nghệ sản xuất Giống VSV: Clostridium acetobutylicum

Trang 65

c) Quy trình công nghệ sản xuất

Môi trường lên men

Trang 66

c) Quy trình công nghệ sản xuất

Quy trình sản xuất

66

Trang 67

4.1.6 Công nghệ sản xuất biogas

c) Quy trình công nghệ sản xuất Giống VSV: Clostridium acetobutylicum

Trang 68

CHƯƠNG 5: CÔNG NGHỆ THỦY LUYỆN KIM

SINH HỌC

Trang 69

5.1 Quá trình ngâm chiết kim loại bằng VSV

5.1.1 Ngâm chiết sinh học là gì?

Ngâm chiết sinh học (Bioleaching): quá trình chuyển hóa

các kim loại từ dạng rắn (dạng quặng) sang dạng tan đượctrong nước nhờ vi sinh vật

Trang 70

5.1.1 Vi khuẩn ngâm chiết

Trang 71

Leptospirillum ferrooxidans

1

• Hóa tự dưỡng vô cơ, oxi hóa Fe2+

Trang 72

Thiobacillus acidophilus

72

1

• VK hóa tự/dị dưỡng vô cơ, oxi hóa lưu huỳnh nguyên

tố ở pH 3,0 – 3,5, không oxi hóa Fe2+ và các hợp chất sulfur kim loại không tan

Trang 73

Trang 74

5.1.2 Cơ chế biến đổi kim loại

Trang 75

5.1.2 Cơ chế biến đổi kim loại

Mô hình cơ chế ngâm chiết

Mô hình

Trực tiếp Gián tiếp

Định dạng
Số trang	80
Dung lượng	3,68 MB