Trang 1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NƠNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA KHOA HỌC SINH HỌC TIỂU LUẬN Trang 2 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ M
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA KHOA HỌC SINH HỌC TIỂU LUẬN CHỦ ĐỀ: THIẾT BỊ VÀ KỸ THUẬT SẢN XUẤT ENZYME PROTEASE TÁI TỔ HỢP Ngành học : CÔNG NGHỆ SINH HỌC Mã ngành : D420201 Chuyên ngành : CƠNG NGHỆ SINH HỌC Nhóm thực hiên : NHĨM (chiều thứ 2) Niên khóa : 2021 - 2025 Tháng 10 năm 2023 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NƠNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA KHOA HỌC SINH HỌC TIỂU LUẬN CHỦ ĐỀ: THIẾT BỊ VÀ KỸ THUẬT SẢN XUẤT ENZYME PROTEASE TÁI TỔ HỢP Giảng viên hướng dẫn TS Huỳnh Văn Biết KS Trương Quang Toản Sinh viên thực Đỗ Tiến Đạt MSSV: 21126299 Nguyễn Lê Lợi MSSV: 21126399 Võ Quốc Kiệt MSSV: 21126382 Tháng 10 năm 2023 MỤC LỤC Chương 1: TỔNG QUAN VỀ ENZYME PROTEASE 1.1 Nguồn gốc cấu tạo 1.2 Phân loại 1.4 Nguồn gốc Chương 2: THIẾT BỊ KỸ THUẬT VÀ QUY TRÌNH SẢN XUẤT ENZYME PROTEASE 2.1 Môi trường 2.2 Nuôi cấy 2.3 Chế phẩm thô 2.4 Trích ly 2.5 Kết tủa enzyme 2.6 Ly tâm 2.7 Hệ thống sấy phun 2.8 Nồi hấp khử trùng môi trường 2.9 Máy nghiền búa 2.10 Máy trích ly 2.11 Máy sấy phun sương 2.12 Thiết bị lọc 10 Tài liệu tham khảo 11 Chương 1: TỔNG QUAN VỀ ENZYME PROTEASE 1.1 Nguồn gốc cấu tạo - Enzyme Protease loại enzyme có chất protein sinh vật tổng hợp nên, tham gia vào phản ứng hóa sinh học Hình 1.1 Mơ hình enzyme Protease thủy phân phân tử proetin - Protease cần thiết cho sinh vật sống, đa dạng chức từ mức độ tế bào, quan đến thể nên phân bố rộng rãi nhiều đối tượng từ vi sinh vật (vi khuẩn, nấm virus) đến thực vật (đu đủ, dứa…) động vật (gan, dày bê…) Do phức hệ gồm nhiều enzyme khác nên protease vi sinh vật thường có tính đặc hiệu rộng rãi cho sản phẩm thuỷ phân triệt để đa dạng 1.2 Phân loại Hình 1.2.1 Sơ đồ phân loại protease 1.3 Cơng dụng - Hỗ trợ hệ thống miễn dịch khỏe mạnh - Thúc đẩy q trình chữa lành mơ - Khuyến khích phục hồi bắp - Hỗ trợ chức tiêu hóa (đặc biệt q trình tiêu hóa protein) - Cải thiện hệ tiêu hóa chứng khó tiêu 1.4 Nguồn gốc Enzyme Protease protein sinh vật tổng hợp tế bào chất tham gia xúc tác cho phản ứng hóa học Chính thế, sinh vật xem nguồn thu nhận để sản xuất enzyme Nhưng chủ yếu nguồn chính, động vật, thực vật, vi sinh vật - Nguồn thực vật: Nhựa củ lá, thân, đu đủ, chồi dứa, dứa, nhựa cọ, - Nguồn động vật: Tụy tạng, dày bê, cá basa, - Nguồn vi sinh vật: vi sinh vật nguồn thu nhận enzyme khổng lồ Enzyme Protease phân bố chủ yếu vi khuẩn( sản xuất 59% lượng enzyme tiêu thụ), nấm mốc xạ khuẩn, gồm loài thuộc Aspergillus, Bacillus, Penicillium, Clotridium, Streptomuces số loại nấm men => Có thể nói vi sinh vật nguồn thích hợp để sản xuất enzyme quy mô lớn dùng công nghệ đời sống Dùng nguồn vi sinh có lợi ích sau: - Chủ động nguyên liệu nuôi cấy vi sinh vật mà giống vi sinh vật - Chu kì sinh trưởng vi sinh vật ngắn: 16 – 100 nên thu hoạch nhiều lần năm - Có thể điều khiển sinh tổng hợp enzyme dễ dàng theo hướng có lợi (định hướng sử dụng tăng hiệu suất tổng thu hồi) - Giá thành tương đối thấp mơi trường tương đối rẻ, đơn giản để tổ chức sản xuất - Enzyme Protease từ nguồn động vật thực vật hai loại endopeptidase exopeptidase, riêng vi khuẩn chứa hai loại trên, Protease từ nguồn vi khuẩn có tính đặc hiệu chất cao Chúng có khả phân hủy đến 80% liên kết peptide phân tử protein Chương 2: THIẾT BỊ KỸ THUẬT VÀ QUY TRÌNH SẢN XUẤT ENZYME PROTEASE 2.1 Mơi trường Mục đích: Chuẩn bị mơi trường ni cấy cho vi sinh vật phát triển tốt Cách tiến hành: Nguồn tinh bột cám gạo chứa khoảng 20% tinh bột 10%-20% chất béo, 1014% protein, 8-16% cellulose, chất hịa tan khơng chứa nito 37%-59% Cám khơng hàm lượng tinh bột 20%, khơng có vị chưa hay đắng không hôi mùi mốc, độ ẩm không q 15%, tạp chất độc khơng q 0.05%, bổ sung thêm nguồn nitơ vô (NH4)2so4, (NH4)2CO, photpho, nito hữu chất kích thích sinh trưởng mait, nước chiết nô, nước lọc bã rượu Các phụ phẩm thêm vào để thống khí cho mơi trường ni cấy bề mặt trấu, mùn cưa Hình 2.1.1 Quy trình sản xuất enzyme protease 2.2 Ni cấy Mục đích: Tạo điều kiện tối ưu cho vi sinh vật phát triển sinh enzyme Cách tiến hành: sau trộn giống, môi trường rải khay với chiều dài 23cm, đưa vào phòng nuôi cấy, đặt giá đỡ Các giá đỡ thiết kế cho lượng khơng khí lưu thồn thường xun Phịng ni cấy phải có thệ thống điều chỉnh nhiệt đọ độ ẩm khơng khí, nhiệt độ thích hợp cho vi sinh vật sợi nấm phát triển từ 28°C -32°C nhiệt đọ cao thấp ảnh hưởng đến phát triển sợi nấm Trong q trình ni cấy ta không cần phải điều chỉnh pH Môi trường bán rắn môi trường tĩnh nên thay đổi pH vùng ảnh hưởng đến khối mội trường Thời gian nuôi với sợi nấm thhu nhận enzyme vào khoảng 36-60 Hình 2.2.1 Thiết bị: khay nuôi cấy bề mặt Thông số kỹ thuật + Dày 4-5cm + Cao 1-1,2m Giai đoạn 1: Giai đoạn kéo dài từ 10-14 giời kể từ thời gian bắt đầu ni cấy Ở giai đoạn có thay đổi sau nhiệt độ tăng châm, sợi nấm bắt đầu hình thành có màu trắng màu sữa, thành phần dinh dưỡng bắt đầu thay đổi, khối mơi trườn cịn rời rạc, enzyme bắt đầu hình thành Trong giai đoạn khơng đưa nhiệt độ cao 30độC thời kỳ đầu giống mẫn cảm với nhiệt độ Giai đoạn 2: Giai đoạn kéo dài từ 14- 18 Trong giai đoạn có thay đổi sau Tồn bào tử phát triển thành sợi nấm phát triển mạnh tạo thành mạng chằng chịt bao quanh hạt mơi trường, nhìn rõ sợi nấm màu trắng xám mắt thường, môi trường kết lại chặt, độ ẩm môi trường giảm dần,nhiệt độ mơi trường tăng nhanh lên 40-500°C, chất dinh dưỡng giảm nhanh đồng hóa sợi nấm, enzyme prorease tổng hợp mạnh, lượng O2 khơngkhí giảm lượng CO2 tăng dần, cần phải thơng khí mạnh trì mức nhiệt độ từ 29-300°C tốt Giai đoạn 3: Giai đoạn kéo dài từ 10-20 Trong giai đoạn có nhữngthay đổi sau Quá trình trao đổi chất yếu dần, mức độ tiêu hao c hấ t dinh dưỡngsẽ giảm lại, nhiệt độ môi trường giảm, lượng enzyme tạo giảm xuống Do đócần xác định thời gian để thu nhận enzyme hiệu 2.3 Chế phẩm thơ Mục đích: Thu chế phẩm enzyme protease, chế phẩm gọi enzyme thô ngồi thành phần enzyme chúng cịn chứa sinh khối vi sinh vật, thành phần môi trường nước Cách tiến hành: Để đảm bảo enz yme không bị hoạt tính nhanh người ta thường sấy enzyme đến độ ẩm thấp (thường dùng máy sấy chân không) Nhiệt độ sấy vào khoảng 38-400°C, enzyme protease bị hoạt tính 60-760°C, độ ẩm sau kết thúc sấy nhỏ 10%.Tùy thuộc vào mục đích sử dụng mà ta sử dụng enzyme mà khôngcần phải tinh sạch.Trong trường hợp khác ta phải tiến hành tinh enzyme để bảo quan lâu 2.4 Trích ly Mục đích: Tách enzyme khỏi khối môi trường Cách tiến hành: Sau nhiền mịn người ta cho nước vào để trích ly enzyme Các loại enzyme thủy phân có khả tan nước nên người ta sử dụng chúng dung mơi hịa tan Cứ phần chế phẩm thô cho 4-5 phần nước, khuấy nhẹ lọc lấy dịch, phần bã loại bỏ để làm thức ăn cho gia súc Thiết bị: Thiết bị trích ly kiểu thùng quay Thơng số kỹ thuật: + Nhiệt độ trích ky 25°C + Thời gian 40-60 phút Hình 2.4.1 Thiết bị trích ly kiểu thùng quay 2.5 Kết tủa enzyme Mục đích: Thu nhận dung dịch enzyme Cách tiến hành: Trong công nghiệp tinh chế enzyme người ta sử dụng cồn sunfatmon Trong trình người ta làm lạnh dung dịch thơ tác nhân kết tủa để tránh làm hoạt tính enzyme Cứ phần dung dịch enzyme thô cho 2-2.5 phần cồn sunfat amon, cần nhẹ nhàng để tránh tượng biến tính, khuấy nhẹ để điều kiện lạnh từ 4-70°C thời gian, enzyme tạo thành kết tủa lắng xuống, người ta thu nhận kết tủa (Độ ẩm > 70%) Người ta tiếp tục sấy kết tủa 400°C độ ẩm giảm xuống 5-8% Thông số kỹ thuật: + Nhiệt độ: Tiến hành nhiệt độ phòng + Muối:amoni sunfat 80% + Thời gian: 10-18 + Hoạt độ riêng: 162 IU/mg + Hiệu suất: 74% Hình 2.5.1 Thiết bị kết tủa 2.6 Ly tâm Mục đích : Tách sinh khối vi sinh vật bã canh trường Các biến đổi: Sự thay đổi thể tích, khối lượng riêng, nhiệt độ dung dịch, thay đổi hàm lượng chất khơ chất hịa tan pha rắn-lỏng, tách huỳnh phù thành pha rắn-lỏng yếu tố ảnh Hình 2.6.1 Thiết bị ly tâm lắng hưởng: + Sự chênh lệch khối lượng riêng pha rắn lỏng: Chênh lệch nhiều trình diễn dễ dàng hơn, tốc độ quay roto + Tốc độ nhanh trình diễn tốt Thông số kỹ thuật: + Tốc độ quay 10000 rpm +Thời gian 10 phút + Nhiệt độ 40C + Hoạt độ riêng 80.1IU/mg + Độ tinh sạch: 2.7 Hệ thống sấy phun Mục đích: Tách nước khỏi dung dich mà khơng làm thay đổi tính chất enzyme nhằm bảo quản lâu Các yếu tố ảnh hưởng: Nồng độ chất khô nguyên liệu, nồng độ cao làm giảm thời gian bốc hơi, tăng độ nhớt nguyên liệu gây khó khăn cho trình sấy phun Nồng độ thấp làm tốn nhiều thời gian lượng cho trình Nhiệt độ sấy lưu ý đến nhiệt độ biến tính Hình 2.7.1 Hệ thống sấy phun enzyme để điều chỉnh nhiệt độ sấy thích hợp Thơng số kỹ thuật: + Nhiệt độ: 30-300°C + Điện thế: 380V-50Hz-3 pha + Điều kiện: Chống nhiệt + Chế độ làm việc: Liên tục 2.8 Nồi hấp khử trùng mơi trường Mục đích: Là tiêu diệt hồn tồn vi sinh vật tạp nhiểm cịn mơi trường dinh dưỡng, ngồi q trình gia nhiệt làm cho mơi trường dinh dưỡng chuyển hóa vi sinh vật dễ dàng đồng hóa chất dinh dưỡng môi trương nuôi cấy Ta tiến hành trùng thời gian 45- 60 phút, áp suất 1at, nhiệt độ 118 – 125°C Hình 2.8.1 Nồi hấp khử khử trùng môi trường 2.9 Máy nghiền búa Loại thiết bị dùng để nghiên cứu chủng nấm mốc Sản phẩm ban đầu có kích thước tiểu phần nhỏ đến 50 mm qua đoạn ống nắp thiết bị, cho vào tâm Hình 2.9.1 Máy nghiền búa roto cách liên tục, tác động lực ly tâm sản phẩm qua khoảng búa bị va đập nhiều lần bị vỡ 2.10 Máy trích ly Để trích ly enzyme, acid amin câc chất khác từ vật liệu rắn điều kiện sản xuất lớn, người ta ứng dụng trích ly tác động liên tục Bộ nạp liệu kiểu vít tải chuyển pha rắn canh trườngnấm mốc vào phần cột nạp liệu Canh trường nấm mốc từ cột nạp liệu qua cột chuyển nằm ngang vào cột nâng sau vắtthì thải ngồi Nước dâng lên cột nạp liệu bảo hòa liên tục sau qua bộlọc đưa ngồi.Thời gian trích ly 40-60 phút 25°C Hình 2.10.1 Máy trích ly kiểu tải 2.11 Máy sấy phun sương Khơng khí qua lọc gia nhiệt đưa vào phân phối khơng khí ởtrên đỉnh thiết bị; khí nóng đưa vào buồng sấy theo hình xốy trôn ốc Nguyên liệu dạng lỏng từ máng nguyên liệu qua lọc bơm lên phun sương đỉnh buồng sấy làm nguyên liệu trở thành dạng hạt sương cực nhỏ, tiếp xúc vớ ikhí nóng, lượng nước có ngun liệu nhanh chóng bay hơi, ngun liệu dạng lỏngđược sấy khơ thành thành phẩm thời gian cực ngắn Thành phẩm phần đẩy buồng sấy phân li gió xốy đùn ngồi, phần khí thừa cịn lại quạt gióhút đẩy ngồi Hình 2.11.1 Máy sấy phun sương 2.12 Thiết bị lọc Máy lọc chân không dạng thùng quay: Loại ứng dụng để tách sinh khối vi sinh vật khỏi dung dịch canh trường Chất lỏng canh trường chảy vào nhánh băng tải chuyển dịch phịng chân khơng, phần chiết qua lỗ lọc vào khoảng, tiểu phần rắn huyền phù bị giữ lại bề mặt băng tải Hình 2.12.1 Máy lọc chân không 10 Tài liệu tham khảo - https://luanvan.co/luan-van/tieu-luan-su-tong-hop-va-ung-dung-cua-enzymeprotease-46035/ - https://sciencevietnam.com/enzyme-protease/ https://www.medigoapp.com/hoat-chat/protease - https://www.ecovet.com.vn/tong-quan-ve-quy-trinh-san-xuat-enzyme-tech- 3498.aspx https://www.researchgate.net/profile/TemamAbrar/publication/318642540_Bacterial_Protease_Enzyme_Safe_and_Good_Alternative _for_Industrial_and - https://congnghiepsinhhocvietnam.com.vn/tin-tuc/t1354/thuy-phan-phe-pham- nong-nghiep-bang-che-pham-enzyme-protease.html 11