1 CHƯƠNG 3 Kỹ thuật và phương pháp chung I. Những ưu điểm của vi sinh vật trong công nghệ sinh học II. Sơ đồ tổng quát và các công đoạn chính của quá trình lên men công nghiệp III. Kỹ thuật và phương pháp cơ bản 3.1. Giống cho sảnxuất 3.2. Nguồndinhdưỡng và môi trường lên men 3.3. Hệ thống thiếtbị 3.4. Thiếtkế công nghệ 3.4. Khử trùng 3.5. Thu nhậnsảnphẩmlênmen Saccharomyces cerevisiae Lactic acid bacteria Lactobacillus acidophilus Brevibacterium linens Wine, vinegar, beer, yogurt Bacillus subtilis Penicillium Trichoderma Spirulina platensis Aspergillus oryzae Streptomyces Antibiotics, enzymes, vitamins 2 QUY TRÌNH LÊN MEN 3.2. Nguồndinhdưỡng và môi trường lên men •Nước •Nguồn carbon •Nguồnnitơ • Các nguyên tố khác và vitamin Chấtdinhdưỡng đốivới VSV Yếutố quyết định đến nhu cầudinhdưỡng Nước ¾Nước là thành phần chính củatế bào và thể hiện nhiều vai trò khác nhau ¾Chấtlượng nướcrất quan trọng trong sản xuấtcácsảnphẩmtừ vi sinh. • Độ cứng •Khả năng oxi hóa •Vi sinhvật (VSV gây bệnh) VD: SX rượuBầu Đá, rượu vang 3.2. Nguồndinhdưỡng và môi trường lên men 3 Nước Lên men trong nước ¾ Ưu điểm • Độ đồng nhấtcao •Dễ dàng theo dõi pH, t o ¾ Nhược điểm •Khókhăn trong tách chiết 3.2. Nguồndinhdưỡng và môi trường lên men Nguồn carbon ¾Carbon là nguồndinhdưỡng quan trọng • Thành phầncấutrúctế bào (50% vậtchất khô). • Cung cấpnăng lượng ¾Nguồn cung cấp • Các nguyên liệu đường: mậtrỉ, các loạinước trái cây, đường đơn, đường kép • Các nguyên liệuchứa tinh bột 3.2. Nguồndinhdưỡng và môi trường lên men Nguồnnitơ ¾ Là thành phầncủanhiềuchất có trong tế bào ¾ Nguồn cung cấp •Vôcơ muối ammonium, VD: ammonium phosphate •Hữucơ Amino axit, sảnphẩmthủy phân từ protein 3.2. Nguồndinhdưỡng và môi trường lên men 4 Nguồnnitơ ¾ Nguồnnitơ tổng hợp: SA (sulffat ammonuim), DAP (Diammonium phosphate), urê. ¾ Nguồn nitrogen tự nhiên: -Bột đậutương được dùng như là một nguồnnitơ kĩ thuậttương đốiphổ biến trong nhiềumôitrường dinh dưỡng. -Nướcchiếtbắp, cao bắp, cao nấm men. - Ngoài ra. Có thể sử dụng bột đậu nành hay bột đậu khác giàu đạm 3.2. Nguồndinhdưỡng và môi trường lên men Các nguyên tố khác và vitamin ¾Ngoài nguồnC vàN, môitrường dinh dưỡng cần đủ các nguyên tốđalượng và vi lượng khác như:P, S, K, Na, Ca, Mg, Fe, Mn, Zn, Co,… ¾Ngoài các vitamin có sẵntrongcơ chất ban đầu, trong mộtsố qui trình cầnbổ sung vitamin như biotin. 3.2. Nguồndinhdưỡng và môi trường lên men Môi trường lên men ¾Môi trường nghèo dinh dưỡng ¾Môi trường có hàm lượng dinh dưỡng trung bình ¾Môi trường giàu dinh dưỡng 5 Môi trường lên men Các thành phần chính củamôitrường lên men •Nguồn Cacbon •Nguồnnitơ •Nguồn khoáng đalượng: K,P, Ca, Mg, Fe •Nguồn khoáng vi lượng •Cácvitamin •Chất kích thích sinh trưởng: 2,4D, α-naptylacetic acid,… Ảnh hưởng củamôitrường lên men đếnchấtlượng sảnphẩm? 3.3. Hệ thống thiếtbị •Trướclênmen • Lên men • Sau lên men II. Sơ đồ tổng quát và các công đoạn chính của quá trình lên men công nghiệp Sơđồkhái quát quá trình lên men 6 3.3. Hệ thống thiếtbị Trướclênmen -Bể hay bồnchứacơ chất ban đầu để trữ nguyên liệuchosảnxuất -Thiếtbị nghiền nguyên liệuthô -Thiếtbị trộn nguyên liệuvàphachế môi trường nuôi -Thiếtbị khử trùng 3.3. Hệ thống thiếtbị Lên men Fermentor là gì? Nơixảyraquátrìnhbiến đổi hóa học, sinh học Sinh khối Môi trường nuôi cấy Vi sinh vật Phân tử sinh học Sp bậchai Alcohol Acetic Acid, etc 7 Fermenter Types 9Shaking Tank 9Bubble Column 9Airlift 9Packed Bed 9Fluidized Bed Fermentor: Shaking tank 9Working volume = (60-70) % of tank volume 9 Height – Diameter ratio H/D =1 H/D > 1 9 Heat transfer ** Vách ngăn Phun không khí Phá bọt Nước vào Nước ra Không khí ra Không khí vào Fermentor: Shaking tank các dạng vật đẩy Chân vịt (Propeller Mỏ neo (Anchor) Rushton Turbine Palette Rake anchor Coiled helix ** 8 Fermenter: Bubble column Vậnchuyển không khí (Airlift) Packed bed 9 Fluidized bed 3.3. Hệ thống thiếtbị Sau lên men -Thiếtbị tách tế bào -Thiếtbị phá vỡ tế bào: Dùng thu nhậncácsảnphẩmnội bào -Thiếtbị cô đặc: Làm bốchơi, lọc màng, trao đổi ion, hấpthu -Thiếtbị dùng cho phản ứng tạosảnphẩm -Thiếtbị kết tinh: bộtngọt, citric acid… -Sắckí: tinh chế sảnphẩm -Thiếtbị sấy -Các thiếtbịđểchế biếnvàbảoquảnsảnphẩmnhư rửa, sấy… 3.4. Thiếtkế công nghệ Thiếtkế công nghệ Thiếtkế nhà máy Thiếtkế máy móc 10 Nguyên tắc •Dựavàođặc điểm sinh lý củagiống VSV •Dựavàođặc tính sinh hóa •Dựavàođặc điểmsảnphẩm 3.4. Thiếtkế công nghệ 3.4. Thiếtkế công nghệ Lên men Công nghệ (+) o 2 Công nghệ (-) o 2 Lên men hiếukhí Lên men khị khí Lên men hiếu khí – Lên men kị khí Giống nhau •2 qt đềusinhnăng lượng, NL này dùng cung cấp cho các hoạt động sống, các PUSH trong & ngoài TB và mộtphầnNL đượcthảiramôitrường ngoài dướidạng nhiệtnăng •Sảnphẩm trung gian ban đầu đềulàa. pyruvic • Các phản ứng trong 2 qt đều do enzym thựchiện. [...]... trùng Loại bỏ các nguồn vấy nhiễm (không khí, nước, nguyên liệu ) Các phương pháp khử trùng • Nhiệt ướt • Nhiệt khô • Lọc: bông đá, bông thủy tinh, màng lọc • Hóa chất (NaoH, H2O2…) • Tia UV • Phóng xạ Phương pháp thường được sử dụng trong quá trình CNSH 13 3.5 Thu nhận sản phẩm Thu nhận sinh khối VSV • Phương pháp lọc • Phương pháp ly tâm • Phương pháp lắng Thu nhận các sản phẩm trao đổi chất bậc hai •... động gián tiếp: thẩm thấu vào trong tế bào-> tham gia pứ oxh, quá trình tổng hợp tế bào 3.4 Thiết kế công nghệ Lên men hiếu khí Lượng oxi hòa tan phụ thuộc Chiều cao của thiết bị lên men: h = 2Φ Kích thước của bọt khí 3.4 Thiết kế công nghệ Lên men hiếu khí Các phương pháp nuôi Phương pháp nuôi cấy bề mặt • Nuôi cấy trên môi trường lỏng • Nuôi cấy trên môi trường đặc Phương pháp nuôi cấy chìm: mt lỏng... Tại sao cần phải khử trùng trong công nghệ lên men? Trình bày các phương pháp khử trùng thường dùng trong công nghệ lên men? Thiết bị lên men có cánh khuấy có sử dụng trong lên men kị khí được không? Giải thích? Trình bày tác dụng thổi khí của thiết bị lên men? Trình bày các phương pháp thu nhận sinh khối vi sinh vật? Trình bày các phương pháp thu nhận sản phẩm trao đổi chất bậc hai? 14 ...Khác nhau Lên men hiếu khí • Lên men hiếu khí là quá trình oxi hóa rất chậm, sản phẩm cuối cùng là CO2, H2O và E • Năng lượng tự do cao hơn Lên men kị khí • Lên men kỵ khí hoàn toàn không có oxy, LMKK là qt oxh không hoàn toàn, SP cuối là các chất trung gian và E • Năng lượng tự do thấp hơn 3.4 Thiết kế công nghệ Lên men hiếu khí Là quá trình chuyển hóa vật chất khi có mặt o2 Oxi ở . 1 CHƯƠNG 3 Kỹ thuật và phương pháp chung I. Những ưu điểm của vi sinh vật trong công nghệ sinh học II. Sơ đồ tổng quát và các công đoạn. của quá trình lên men công nghiệp III. Kỹ thuật và phương pháp cơ bản 3.1. Giống cho sảnxuất 3.2. Nguồndinhdưỡng và môi trường lên men 3.3. Hệ thống thiếtbị 3.4.