Các sơ đồ thiết bị - Dụng cụ sản xuất các sản phẩm tổng hợp từ phương pháp vi sinh vật

04 tháng 06 2019

Các sơ đồ thiết bị - Dụng cụ sản xuất các sản phẩm tổng hợp từ phương pháp vi sinh vật

Các sơ đồ công nghệ để sản xuất bằng phương pháp vị sinh gồm một số lớn công đoạn. Có thể chia ra những công đoạn quan trọng, tại đó xảy ra sự biến đổi nguyên liệu hay là sự biến đổi các sản phẩm trung gian. Toàn bộ các thiết bị, dụng cụ được ứng dụng để thực hiện các công đoạn cơ bản và các công đoạn phụ được gọi là sơ đồ thiết bị - dụng cụ.

Sau đây chúng ta sẽ khảo sát cụ thể công nghệ sản xuất axit xitric để làm rõ vấn đề trên.

1.1. SẢN XUẤT AXIT XITRIC

Axit xitric là một axit hữu cơ rất phổ biến trong thực vật. Nó có nhiều trong nước chanh (6%), nước lựu (9%), trong quả cam, quýt, dứa, dâu tây, … axit xitric được dùng nhiều trong thực phẩm làm nước giải khát, bánh kẹo, đồ hộp, trong y dược, dệt, nhuộm, nghề ảnh, nghề in,…

Trước kia axit xitric chỉ được sản xuất từ chanh, nhưng giá thành cao và hiệu xuất thu hồi rất thấp. Hiện nay dùng oxy hóa gluxit để tạo thanh axit nitric do nấm mốc, hơn 90% axit nitric đã được sản xuất theo phương pháp lên men.

1.1.1. Các loại vi sinh vật để sản xuất axit nitric

Aspergillus (Asp) niger, Asp, clavarus, Penicillium luteum, Penicillium citrinum, Mucor piriformis và những loài Mucor khác. Những chủng của Asp, niger cho kết quả cao nhất.

1.1.2. Cơ chế hình thành axit xitric

Phương trình chung của quá trình chuyển hóa đường thành axit xitric là:

Cơ chế của sự chuyển hóa này có thể được biểu diễn như sau:

1.1.3. Các yếu tố quyết định đến quá trình sản xuất axit nitric

- Môi trường thức ăn: Bao gồm đường, các hợp chất hữu cơ, vô cơ. Để nuôi cấy Asp. Niger sử dụng môi trường có thành phần (g/l):

  • PH của môi trường:

Để nấm mốc phát triển tốt giữ PH = 6

Để lên men tốt giữ PH = 3.4 : 3.5

Để điều chỉnh PH thường dùng HCL

Vì điều kiện môi trường để nấm phát triền và để thu axit nitric là khác nhau nên trong sản xuất phải chuẩn bị môi trường cho nấm phát triển đầy đủ, sau đó điều chỉnh môi trường thích hợp để lên men xitric.

Sự thoáng khí: Tất cả mixen của nấm mốc là loại hiếu khí điển hình, rất cần oxy tự do. Trong sản xuất có thể thực hiện được bằng quạt gió vô trùng vào phòng lên men hoặc thổi khí vô trùng vào dịch lên men.

Ảnh hưởng của nhiệt độ: Nhiệt độ thích hợp khoảng 31 : 37oC. Sinh khối nấm mốc phát triển mạnh ở 34 : 37Oc. Để tạo ra nhiều axit cần duy trì nhiệt độ 31 : 32oC. Nhiệt độ thấp hơn thì tích lũy nhiều axit gluconic. Nhiệt độ cao hơn thì

việc tạo axit xitric bị kìm hãm

Thời gian nuôi cấy cần từ 7 đến 10 ngày.

  • Công nghê sản xuất axit xitric

Sản xuất axit xitric có thể thực hiện theo phương pháp bề mặt hoặc cấy chìm. Trong phương pháp nổi ( bề mặt ) mốc tạo thành màng nổi trên môi trường thức ăn; Trong phương pháp chìm ( cấy sâu ) mốc tạo thành sợi nằm trong toàn bộ môi trường lỏng. Phương pháp chìm có nhiều ưu việt hơn phương pháp nổi,cho phép tăng năng suất. Hiền nay nuôi cấy chủ yếu bằng phương pháp chìm vì các công đoạn đều được thanh trùng, tạo được chế độ công nghệ bền vững, rút ngắn được thời gian lên men, để tự động hóa, giảm được lao động nặng nhọc.

Công nghệ sản xuất cụ thể bao gồm các công đoạn sau:

1. Nuôi cấy nấm mốc (nuôi cấy trong phòng thí nghệm và nhân giống trong sản xuất)

Chuẩn bị dung dịch rỉ đường 3:4% trong thùng nuôi cấy ở nhiệt độ 35:38oC. Bổ sung dung dịch các chất dinh dưỡng vào thùng nuôi cấy. Chuyển men giống từ phòng thí nghiệm và theo tỷ lệ 3 gam bào tử khô / 2:3 lít dung dịch rỉ đường. Sau đó mở cánh khuấy và cung cấp không khí vô trùng nạp không khí và đảo trộn suốt quá trình nhân giống. Duy trì áp suất trong thungf.1 : 0.2 at, P = 34 ; 35oC và thời gian 28 : 36h. Thời kỳ đầu cho oxy vào với lượng 9 : 10m3/h, thời kỳ cuối (24;30h) là 90:100m3/h

2. Chuẩn bị dịch lên men

Trước hết phải dùng hơi cao áp để tiệt trùng thiết bị và đường ống.

Rỉ đường được pha thành hai loại nồng độ: nồng độ 3 : 4% để nuôi cấy mốc giống và lên men ban dầu: Nồng độ 25 : 28% để bổ sung trong quá trình lên men.

Để pha chế dịch lên men, dùng nước vô trùng trộn với dung dịch các muối dinh dưỡng và rỉ đường rồi khuấy đều.

Môi trường 3 : 4% được pha chế trong thiết bị lên men. Sau đó cho mốc giống thiết bị nuôi cấy vào và tiếp tục khuấy trong 30 phút.

3. Lên men

Trong quá trình lên men, lượng đường giảm nhanh, để bù lại dung dịch rỉ có nống độ 25 : 28% để bổ sung gián đoạn vào thiết bị lên men.

Thời kỳ đầu giữ ở 33 : 34oC, khi tạo axit manh thì giữ ở nhiệt độ 31 : 32oC.

Thời kỳ đầu cung cấp 100m3/h (thể tích thiết bị 50m3). Thời kỳ cuối 800:1000m3/h

4. Tách nấm mốc

Kết thúc quá trình lên men bằng cách kiểm tra mẫu. Nếu hai mẫu kiểm tra cách nhau 4:6h mà có độ axit như nhau thì coi như kết thúc quá trình lên men.

Thời gian lên men có thể kéo dài 5:10 ngày, phụ thuộc vào hoạt lực của nấm mốc. Khi kết thúc quá trình lên men thì đun nóng dịch lên men 60:65oC và chuyển vào thùng trung gian để tách nấm mốc. Nấm mốc được tách trên máy lọc chân không.

5. Tạo canxi xitrat

Dung dịch đã lên men là hỗn hợp gồm: axit xitric, axit gluconic, axit oxalic, đường không lên men và các hợp chất khoáng.

Tách axit xitric bằng cách cho liên kết với cation canxi để tạo muối ít tan canxi xitrat. Dung dịch đã lên men cho vào thiết bị trung hòa và đun sôi. Sau đó mở cánh khuấy và cho sữa vôi vào để trung hòa. Qúa trình trung hòa được kết thục khi PH = 6.8 : 7.5

Khi trung hòa tạo thành:

Dùng thiết bị lọc chân không tách các chất kết tủa canxi xitrat oxalate rồi đem sấy khô.

6. Tách canxi xitrat

Dùng H2SO4 để tách canxi xitrat (trong thiết bị tách có cánh khuấy, ống phun hơi và thoát hơi). Đầu tiên cho nước vào thiết bị 0.25 : 0.5 m3/1 tấn axit xitric chứa trong xitrat, mở cánh khuấy và cho chất kết tủa vào. Để làm trong axit xitric dùng than hoạt tính với lượng 2% so với lượng axit trong xitrat. Sau đó đem đun nóng lên 60oC và cho H2SO4 có tỷ trọng 1.8:1.84 vào (0.425 lít H2SO4/ 1kg axit xitric có trong xitrat). Khuấy đều rồi đun sôi 10:15 phút

Để tách canxi oxalate khi có mặt axit xitric, sử dụng 1 lượng dư axit sucfuric, khi đó canxi oxalate sẽ kết tủa cùng với thạch cao được tạo thành và lúc đó trong dung dịch chỉ còn axit xitric. Để tách dung dịch axit xitric khỏi kết tùa có chứa thạch cao, canxi oxalat, than, các hợp chất sunfua của kim loại nặng. Chuyển hỗn hợp vào lọc chân không, dung dịch sau khi lọc đem sấy.

7. Sấy dung dịch axit xitric trong thiết bị sấy chân không

Giai đoạn đầu sấy đến tỷ trọng 1.24 : 1.26

Giai đoạn hai sấy đến tỷ trọng 1.32 : 1.36 tương ứng với nồng độ 80%

8. Kết tinh và sấy khô axit xitric

Khi nhiệt độ của dung dịch 35 : 37oC thì cho mầm kết tinh (tinh thể axit xitric) vào để kết tinh và tiếp tục làm nguội 8 : 10oC và cho khuấy liên tục trong 30 phút. Sau đó cho qua thiết bị ly tâm để tách tinh thể rồi đă đi sấy khô (dùng thiết bị sấy kiểu băng tải , tác nhân sấy là không khí với nhiệt độ không quá 35Oc)

Toàn bộ quy trình công nghệ bao gồm các công đoạn cơ bản và thiết bị ứng dụng tương ứng được trình bài trong bảng sau 1.1.

Bảng 1.1

Bảng 1.2. Thu nhận axit xitric từ chất lọc

Các sơ đồ dưới đây cho phép thu nhận được các sản phẩm quan trọng nhất bằng phương pháp tổng hợp vi sinh học

1.2. SẢN XUẤT VITAMIN B12

1.3. SẢN XUẤT NẤM MEN GIA SÚC TỪ CÁC PHẾ LIỆU TRONG CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM

Nguyên liệu sử dụng chủ yếu là các phế liệu trong sản xuất đường – rỉ đường

Bảng 1.4

1.4. SẢN XUẤT NẤM MEN GIA SÚC TỪ NGUỒN KHÍ HYDROCACBON

Bảng 1.5

1.5. SẢN XUẤT CÁC CHẾ PHẨM ENZIM

Các chế phẩm enzim vi sinh được sản xuất theo hai sơ đồ thiết bị sau: phương pháp nuôi cấy bề mặt trên môi trường dinh dưỡng rắn và phương pháp nuôi cấy chìm trong môi trường dung dịch.

1.5.1. Sản xuất các chế phẩm enzim bằng phương pháp bề mặt trên môi trường dinh dưỡng rắn

Bảng 1.6

1.5.2. Sản xuất các chế phẩm enzim bằng phương pháp cấy chìm trong môi trường dinh dưỡng lỏng.

Bảng 1.7

1.6. SẢN XUẤT CÁC CHẾ PHẨM VI KHUẨN

Bảng 1.8

Tất cả những thiết bị công nghệ trong công nghiệp vi – sinh học có thể kết hợp lại thành những nhóm sau:

  1. Để bảo quản các nguyên liệu dạng hạt.
  2. Để bảo quản nguyên liệu lỏng.
  3. Để nghiền các dạng nguyên liệu khác nhau
  4. Để trích ly nguyên liệu ra các cấu tử cần thiết cho môi trường dinh dưỡng.
  5. Để trích ly các enzim từ canh trưởng
  6. Để hòa tan các chất rắn trong dung dịch (thiết bị phản ừng)
  7. Để lọc.
  8. Để tiệt trùng các môi trường dinh dưỡng lỏng
  9. Để tiệt trùng các môi trường toi
  10. Để tiệt trùng nước
  11. Để chuẩn bị vật liệu cấy trên môi trường rắn.
  12. Chuẩn bị vật liệu cấy trong môi trường lỏng bằng phương pháp bề mặt
  13. Để chuẩn bị vật liệu cấy trong môi trường dinh dưỡng lỏng bằng phương pháp cấy chìm.
  14. Để cấy vi sinh vật trên môi trường dinh dưỡng rắn.
  15. Để cấy vi sinh vật trên môi trường dinh dưỡng lỏng
  16. Để tách sinh khối khỏi dung dịch canh trưởng
  17. Để làm trong dung dịch canh trưởng
  18. Để lọc tiệt trùng dung dịch canh trưởng
  19. Để cô các chất hoạt hóa sinh học bằng phương pháp tuyến nổi.
  20. Để cô dung dịch chứa các hoạt chất sinh học bằng phương pháp siêu lọc
  21. Để cô dung dịch chứa các chất hoạt hóa sinh học bằng phương pháp cô chân không
  22. Để tiêu huyết tương
  23. Để sấy dung dịch chứa các chất hoạt hóa sinh học bằng sấy phun
  24. Để sấy bột nhào và chất kết tủa chứa các hoạt hóa sinh học.
  25. Để kết tủa enzim từ các dung dịch bằng dung môi hữu cơ và muối trung hòa
  26. Để tách các chất kết tủa chứa các chất hoạt hóa sinh học từ các dung dịch
  27. Để cô các chất hoạt hóa sinh học bằng con đường hấp thụ và nhả trong nhựa trao đổi ion.

>> Xem lại: Cơ sở lý thuyết về kỹ thuật vi sinh vật

>> Xem tiếp: Thiết bị vận chuyển

 Sưu tầm và biên soạn bởi: Valve Men Team./.