Thiết bị và kỹ thuật sản xuất enzyme protease tái tổ hợp

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

Tháng 10 năm 2023

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

TS Huỳnh Văn Biết Đỗ Tiến Đạt MSSV: 21126299

KS Trương Quang Toản Nguyễn Lê Lợi MSSV: 21126399

Võ Quốc Kiệt MSSV: 21126382

Tháng 10 năm 2023

MỤC LỤC

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ ENZYME PROTEASE 1

1.1 Nguồn gốc cấu tạo 1

1.2 Phân loại 2

1.4 Nguồn gốc 2

Chương 2: THIẾT BỊ KỸ THUẬT VÀ QUY TRÌNH SẢN XUẤT ENZYME PROTEASE 4

2.1 Môi trường 4

2.2 Nuôi cấy 4

2.3 Chế phẩm thô 6

2.4 Trích ly 6

2.5 Kết tủa enzyme 6

2.6 Ly tâm 7

2.7 Hệ thống sấy phun 8

2.8 Nồi hấp khử trùng môi trường 8

2.9 Máy nghiền búa 9

2.10 Máy trích ly 9

2.11 Máy sấy phun sương 9

2.12 Thiết bị lọc 10

Tài liệu tham khảo 11

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ ENZYME PROTEASE

- Enzyme Protease là một loại enzyme có bản chất là protein được sinh vật tổng hợp

nên, tham gia vào các phản ứng hóa sinh học

- Protease cần thiết cho các sinh vật sống, rất đa dạng về chức năng từ mức độ tế bào, cơ quan đến cơ thể nên được phân bố rất rộng rãi trên nhiều đối tượng từ vi sinh vật (vi khuẩn, nấm và virus) đến thực vật (đu đủ, dứa…) và động vật (gan, dạ dày bê…) Do là phức hệ gồm nhiều enzyme khác nhau nên protease vi sinh vật thường có tính đặc hiệu rộng rãi cho sản phẩm thuỷ phân triệt để và đa dạng

1.2 Phân loại

1.3 Công dụng.

- Hỗ trợ một hệ thống miễn dịch khỏe mạnh

- Thúc đẩy quá trình chữa lành các mô

- Khuyến khích phục hồi cơ bắp

- Hỗ trợ chức năng tiêu hóa (đặc biệt trong quá trình tiêu hóa protein)

- Cải thiện hệ tiêu hóa trong chứng khó tiêu

Enzyme Protease là protein được sinh vật tổng hợp trong tế bào và là chất tham gia xúc tác cho mọi phản ứng hóa học Chính vì thế, mọi sinh vật đều được xem là nguồn thu nhận để sản xuất enzyme Nhưng vẫn chủ yếu là 3 nguồn chính, động vật, thực vật, vi

sinh vật

- Nguồn thực vật: Nhựa củ lá, thân, quả đu đủ, chồi dứa, quả dứa, nhựa cây cọ,

- Nguồn động vật: Tụy tạng, dạ dày bê, cá basa,

- Nguồn vi sinh vật: vi sinh vật là nguồn thu nhận enzyme khổng lồ Enzyme Protease

phân bố chủ yếu vi khuẩn( sản xuất 59% lượng enzyme tiêu thụ), nấm mốc và xạ

khuẩn, gồm các loài thuộc Aspergillus, Bacillus, Penicillium, Clotridium,

Streptomuces và một số loại nấm men

=> Có thể nói vi sinh vật là nguồn thích hợp nhất để sản xuất enzyme ở quy mô lớn dùng trong công nghệ và đời sống Dùng nguồn vi sinh vậy có những lợi ích chính như sau:

- Chủ động về nguyên liệu nuôi cấy vi sinh vật mà giống vi sinh vật

- Chu kì sinh trưởng của vi sinh vật ngắn: 16 – 100 giờ nên có thể thu hoạch nhiều lần trong năm

- Có thể điều khiển sinh tổng hợp enzyme dễ dàng theo hướng có lợi (định hướng sử dụng và tăng hiệu suất tổng thu hồi)

- Giá thành tương đối thấp vì môi trường tương đối rẻ, đơn giản để tổ chức sản xuất

- Enzyme Protease từ nguồn động vật và thực vật chỉ chứ một trong hai loại

endopeptidase hoặc exopeptidase, riêng vi khuẩn chứa cả hai loại trên, do đó Protease

từ nguồn vi khuẩn có tính đặc hiệu cơ chất cao hơn Chúng có khả năng phân hủy đến 80% các liên kết peptide trong phân tử protein

Chương 2: THIẾT BỊ KỸ THUẬT VÀ QUY TRÌNH SẢN XUẤT

ENZYME PROTEASE

2.1 Môi trường

Mục đích: Chuẩn bị môi trường nuôi cấy cho vi sinh vật phát triển tốt

Cách tiến hành: Nguồn tinh bột như cám gạo

chứa khoảng 20% tinh bột 10%-20% chất béo,

10-14% protein, 8-16% cellulose, các chất hòa tan

không chứa nito 37%-59% Cám không được chứ

hàm lượng tinh bột dưới 20%, không có vị chưa

hay đắng không hôi mùi mốc, độ ẩm không quá

15%, tạp chất độc không quá 0.05%, có thể bổ

sung thêm nguồn nitơ vô cơ (NH4)2so4,

(NH4)2CO, photpho, nito hữu cơ và các chất kích

thích sinh trưởng như mait, nước chiết nô, nước

lọc bã rượu Các phụ phẩm thêm vào để thoáng

khí cho môi trường nuôi cấy bề mặt như trấu, mùn

cưa

2.2 Nuôi cấy

Mục đích: Tạo điều kiện tối ưu cho vi sinh vật phát triển và sinh enzyme

Cách tiến hành: sau khi đã trộn giống, môi trường được rải đều ra các khay với chiều dài

2-3cm, rồi được đưa vào phòng nuôi cấy, đặt trên các giá đỡ Các giá đỡ này được thiết kế sao

cho lượng không khí được lưu thồn thường xuyên Phòng nuôi cấy phải có thệ thống điều

chỉnh nhiệt đọ và độ ẩm không khí, nhiệt độ thích hợp cho vi sinh vật hoặc sợi nấm phát triển

là từ 28°C -32°C nhiệt đọ quá cao hoặc quá thấp đều ảnh hưởng đến sự phát triển của sợi

nấm

Trong quá trình nuôi cấy ta không cần phải điều chỉnh pH Môi trường bán rắn là môi

trường tĩnh nên sự thay đổi pH ở một vùng nào đó ít ảnh hưởng đến cả khối mội trường

Thời gian nuôi với sợi nấm thhu nhận enzyme vào khoảng 36-60 giờ

Hình 2.1.1 Quy trình sản xuất

enzyme protease

Thông số kỹ thuật

+ Dày 4-5cm

+ Cao 1-1,2m

Giai đoạn 1: Giai đoạn này kéo dài từ 10-14 giời kể từ thời gian bắt đầu nuôi cấy Ở

giai đoạn này có những thay đổi sau như nhiệt độ tăng rất châm, sợi nấm bắt đầu hình thành có màu trắng hoặc màu sữa, thành phần dinh dưỡng cũng bắt đầu thay đổi, khối môi trườn còn rời rạc, enzyme mới bắt đầu được hình thành Trong giai đoạn này không được

đưa nhiệt độ cao quá 30độC vì thời kỳ đầu giống rất mẫn cảm với nhiệt độ

Giai đoạn 2: Giai đoạn này kéo dài từ 14- 18 giờ Trong giai đoạn này có những thay

đổi cơ bản sau Toàn bộ bào tử đã phát triển thành sợi nấm và phát triển mạnh tạo thành những mạng chằng chịt bao quanh các hạt môi trường, có thể nhìn rõ sợi nấm màu trắng xám bằng mắt thường, môi trường kết lại khá chặt, độ ẩm môi trường giảm dần,nhiệt độ môi trường có thể tăng nhanh lên 40-500°C, các chất dinh dưỡng giảm nhanh do sự đồng hóa của sợi nấm, enzyme prorease được tổng hợp mạnh, lượng O2 trong khôngkhí giảm

và lượng CO2 tăng dần, cần phải thông khí mạnh và duy trì mức nhiệt độ từ 29-300°C là

tốt nhất

Giai đoạn 3: Giai đoạn này kéo dài từ 10-20 giờ Trong giai đoạn này có nhữngthay

đổi như sau Quá trình trao đổi chất yếu dần, do đó mức độ tiêu hao c hấ t dinh dưỡngsẽ giảm lại, nhiệt độ của môi trường giảm, lượng enzyme tạo ra sẽ giảm xuống Do đócần

xác định thời gian để thu nhận enzyme hiệu quả nhất

Hình 2.2.1 Thiết bị: khay nuôi cấy bề mặt

2.3 Chế phẩm thô

Mục đích: Thu được chế phẩm enzyme protease, chế phẩm này được gọi là enzyme

thô vì ngoài thành phần enzyme chúng còn chứa sinh khối vi sinh vật, thành phần môi trường và nước

Cách tiến hành: Để đảm bảo enz yme không bị mất hoạt tính nhanh người ta thường

sấy enzyme đến một độ ẩm thấp (thường dùng là máy sấy chân không) Nhiệt độ sấy vào khoảng 38-400°C, enzyme protease bị mất hoạt tính ở 60-760°C, độ ẩm sau khi kết thúc sấy nhỏ hơn 10%.Tùy thuộc vào mục đích sử dụng mà ta có thể sử dụng ngay enzyme này

mà khôngcần phải tinh sạch.Trong những trường hợp khác ta phải tiến hành tinh sạch

enzyme để bảo quan lâu hơn

2.4 Trích ly

Mục đích: Tách enzyme ra khỏi khối môi trường

Cách tiến hành: Sau khi nhiền mịn người ta cho nước vào để trích ly enzyme Các loại

enzyme thủy phân có khả năng tan trong nước nên người ta sử dụng chúng như dung môi hòa tan Cứ 1 phần chế phẩm thô cho 4-5 phần nước, khuấy nhẹ và lọc lấy dịch, phần bã

được loại bỏ để làm thức ăn cho gia súc

Thiết bị: Thiết bị trích ly kiểu

thùng quay

Thông số kỹ thuật:

+ Nhiệt độ trích ky 25°C

+ Thời gian 40-60 phút

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 hoặc

sunfatmon Trong quá trình này người ta làm lạnh cả dung dịch thô và các tác nhân kết tủa để tránh làm mất hoạt tính của enzyme Cứ 1 phần dung dịch enzyme thô cho 2-2.5 phần cồn hoặc sunfat amon, cần nhẹ nhàng để tránh hiện tượng biến tính, khuấy nhẹ và để

Hình 2.4.1 Thiết bị trích ly kiểu thùng quay

trong điều kiện lạnh từ 4-70°C trong một thời gian, các enzyme tạo thành kết tủa và lắng xuống, người ta thu nhận kết tủa (Độ ẩm > 70%) Người ta tiếp tục sấy kết tủa ở 400°C

và độ ẩm giảm xuống 5-8%

Thông số kỹ thuật:

+ Nhiệt độ: Tiến hành ở nhiệt độ phòng

+ Muối:amoni sunfat 80%

+ Thời gian: 10-18 giờ

+ Hoạt độ riêng: 162 IU/mg

+ Hiệu suất: 74%

2.6 Ly tâm

Mục đích : Tách sinh khối vi sinh

vật và bã của canh trường

Các biến đổi: Sự thay đổi về thể tích, khối

lượng riêng, nhiệt độ của dung dịch, sự thay

đổi hàm lượng chất khô và chất hòa tan

trong 2 pha rắn-lỏng, tách huỳnh phù ra

thành 2 pha rắn-lỏng các yếu tố ảnh

hưởng:

+ Sự chênh lệch khối lượng riêng của 2 pha rắn lỏng:

Chênh lệch nhiều thì quá trình diễn ra dễ dàng hơn, tốc độ quay của roto

+ Tốc độ càng nhanh quá trình diễn ra càng 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: 1

Hình 2.5.1 Thiết bị kết tủa

Hình 2.6.1 Thiết bị ly tâm lắng

2.7 Hệ thống sấy phun

Mục đích: Tách nước ra khỏi dung dich mà không làm thay đổi tính chất của enzyme nhằm

bảo quản lâu hơn

Các yếu tố ảnh hưởng: Nồng độ chất

khô của nguyên liệu, nồng độ cao làm

giảm thời gian bốc hơi, tăng độ nhớt của

nguyên liệu gây khó khăn cho quá trình

sấy phun Nồng độ thấp làm tốn nhiều thời

gian và năng lượng cho quá trình Nhiệt độ

sấy lưu ý đến nhiệt độ biến tính của

enzyme để điều chỉnh nhiệt độ sấy thích

hợp

Thông số kỹ thuật:

+ Nhiệt độ: 30-300°C

+ Điện thế: 380V-50Hz-3 pha

+ Điều kiện: Chống quá nhiệt

+ Chế độ làm việc: Liên tục

2.8 Nồi hấp khử trùng môi trường

Mục đích: Là tiêu diệt hoàn toàn vi sinh vật tạp nhiểm

còn tại trong môi trường dinh dưỡng, ngoài quá trình gia

nhiệt sẽ làm cho môi trường dinh dưỡng chuyển hóa vi sinh

vật dễ dàng đồng hóa chất dinh dưỡng trong môi trương

nuôi cấy

Ta tiến hành thanh trùng trong thời gian 45- 60 phút, áp

suất 1at, nhiệt độ 118 – 125°C

Hình 2.7.1 Hệ thống sấy phun.

Hình 2.8.1 Nồi hấp khử khử trùng

môi trường

2.9 Máy nghiền búa

Loại thiết bị này được dùng để

nghiên cứu các chủng nấm mốc Sản

phẩm ban đầu có kích thước các tiểu

phần nhỏ đến 50 mm qua đoạn ống ở

trên nắp của thiết bị, được cho vào tâm

roto một cách liên tục, dưới tác động của

lực ly tâm sản phẩm qua khoảng giữa các búa bị va đập nhiều lần và bị vỡ ra

2.10 Máy trích ly

Để trích ly enzyme, acid amin và câc chất khác từ

vật liệu rắn trong điều kiện sản xuất lớn, người ta

ứng dụng trích ly tác động liên tục Bộ nạp liệu kiểu

vít tải chuyển pha rắn của canh trườngnấm mốc vào

phần trên của cột nạp liệu Canh trường nấm mốc từ

cột nạp liệu qua cột chuyển nằm ngang vào cột nâng

và sau khi vắtthì thải ra ngoài Nước dâng lên trong

cột nạp liệu được bảo hòa liên tục và sau khi qua

bộlọc thì đưa ra ngoài.Thời gian trích ly 40-60 phút ở

25°C

2.11 Máy sấy phun sương

Không khí đi qua bộ lọc và bộ gia nhiệt được đưa vào bộ phân phối không khí ởtrên đỉnh thiết bị; khí nóng được đưa vào buồng sấy đều theo hình xoáy trôn ốc

Hình 2.9.1 Máy nghiền búa

Hình 2.10.1 Máy trích ly kiểu tải

Nguyên liệu dạng lỏng từ máng nguyên liệu đi qua bộ lọc được bơm lên bộ phun sương ở trên đỉnh của buồng sấy làm nguyên liệu trở thành dạng hạt sương cực nhỏ, khi tiếp xúc vớ ikhí nóng, lượng nước có trong nguyên liệu nhanh chóng bay hơi, nguyên liệu dạng lỏngđược sấy khô thành thành phẩm trong thời gian cực ngắn Thành phẩm được phần đẩy của buồng sấy và bộ phân li gió xoáy đùn ra ngoài, phần khí thừa còn lại được quạt gióhút và đẩy ra

ngoài

2.12 Thiết bị lọc

Máy lọc chân không dạng thùng quay: Loại này được ứng dụng để tách sinh khối vi sinh vật khỏi dung dịch canh trường Chất lỏng canh trường chảy vào nhánh trên của băng tải và khi chuyển dịch trên các phòng chân không, phần chiết qua lỗ lọc vào các khoảng, còn các

tiểu phần rắn của huyền phù bị giữ lại trên bề mặt của băng tải

Hình 2.12.1 Máy lọc chân không

Hình 2.11.1 Máy sấy phun sương

Tài liệu tham khảo

-

https://luanvan.co/luan-van/tieu-luan-su-tong-hop-va-ung-dung-cua-enzyme-protease-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/Temam-Abrar/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