Các thiết bị lên men nuôi cấy chìm vi sinh vật trong các môi trường dinh dưỡng lỏng. docx

Các thiết bị lên men nuôi cấy chìm vi sinh ật trong các môi trường dinh dưỡng lỏng Ratings allow you to judge the quality of modules. If other users have ranked the module then its average rating is displayed below. Ratings are calculated on a scale from one star (Poor) to five stars (Excellent). How to rate a module Hover over the star that corresponds to the rating you wish to assign. Click on the star to add your rating. Your rating should be based on the quality of the content. You must have an account and be logged in to rate content. Summary: Nuôi cấy vi sinh vật để sản xuất các sản phẩm của các chất hoạt hoá sinh học là quá trình tinh vi và phức tạp nhất để thu nhận các sản phẩm tổng hợp vi sinh. Tổng hợp sinh học các chất hoạt hoá sinh học do vi sinh vật tạo ra phụ thuộc vào một số yếu tố như nhiệt độ, pH của môi trường và canh trường phát triển, nồng độ hoà tan, thời gian nuôi cấy, kết cấu và vật liệu thiết bị Trong chương này chúng tôi sẽ giới thiệu một số thiết bị lên men công nghiệp được ứng dụng để cấy chìm vi sinh vật. Nội dung: Phụ thuộc vào các phương pháp ứng dụng để đánh giá hoạt động thiết bị lên men dùng để cấy chìm vi sinh vật và được chia ra một số nhóm theo các dấu hiệu sau: - các thiết bị hoạt động liên tục và gián đoạn.Theo phương pháp nuôi cấy Theo độ tiệt trùng - các thiết bị kín và các thiết bị không đòi hỏi độ kín nghiêm ngặt. Theo kết cấu - các thiết bị lên men có bộ khuếch tán và tuabin, có máy thông gió dạng quay, có bộ đảo trộn cơ học, có vòng tuần hoàn bên ngoài; các thiết bị lên men dạng tháp, có hệ thông gió kiểu phun. Theo phương pháp cung cấp năng lượng và tổ chức khuấy trộn, thông gió - các thiết bị cung cấp năng lượng cho pha khí, pha lỏng và pha tổng hợp. Trong công nghiệp vi sinh thực tế hầu như tất cả các quá trình nuôi cấy sản xuất ra các chất hoạt hoá sinh học được tiến hành bằng phương pháp gián đoạn trong các điều kiện tiệt trùng. CÁC THIẾT BỊ LÊN MEN NUÔI CẤY VI SINH VẬT TRONG ĐIỀU KIỆN TIỆT TRÙNG Nuôi cấy các vi sinh vật phần lớn được tiến hành trong các điều kiện tiệt trùng. Độ tiệt trùng của quá trình được đảm bảo bằng phương pháp tiệt trùng thiết bị lên men, các đường ống dẫn, cảm biến dụng cụ; nạp môi trường dinh dưỡng tiệt trùng và giống cấy thuần chuẩn vào thiết bị lên men đã được tiệt trùng; không khí tiệt trùng để thông gió canh trường và chất khử bọt tiệt trùng; các dụng cụ cảm biến tiệt trùng trong thiết bị lên men để kiểm tra và điều chỉnh các thông số của quá trình; bảo vệ vật đệm kín trục của bộ chuyển đảo, các đường ống công nghệ và phụ tùng trong quá trình nuôi cấy. Thiết bị lên men có bộ đảo trộn cơ học dạng sủi bọt Dạng thiết bị lên men này được sử dụng rộng rãi cho các quá trình tiệt trùng để nuôi cấy vi sinh vật - sản sinh ra các chất hoạt hoá sinh học. Thiết bị lên men có thể tích 63 m3. Dạng thiết bị lên men này là một xilanh đứng được chế tạo bằng thép X18H10T hay kim loại kép có nắp và đáy hình nón (hình 10.1). Tỷ lệ chiều cao và đường kính bằng 2,6:1. Trên nắp có bộ dẫn động cho cơ cấu chuyển đảo và cho khử bọt bằng cơ học; ống nối để nạp môi trường dinh dưỡng, vật liệu cấy, chất khử bọt, nạp và thải không khí; các cửa quan sát; cửa để đưa vòi rửa; van bảo hiểm và các khớp nối để cắm các dụng cụ kiểm tra. Hình 1 3000 lỗ theo kiểu bàn cờ. 200 mm được định vị ở 2 tầng, còn tuabin hở thứ ba được gắn chặt trên bộ sủi bọt 13 để phân tán các bọt không khí. Bộ sủi bọt có dạng hình thoi được làm bằng những ống đột lỗ. Ở phần trên của bộ sủi bọt có khoảng 2000 1000 mm với các cánh rộng 150 Khớp xả 16 ở đáy của thiết bị dùng để tháo canh trường. Bên trong có trục 6 xuyên suốt. Các cơ cấu chuyển đảo được gắn chặt trên trục. Cơ cấu chuyển đảo gồm có các tuabin 8 có đường kính 600 Hình 10.1. Thiết bị lên men với bộđảo trộn cơ học dạng sủi bọt cósức chứa 63 m3: 1- Động cơ; 2- Hộp giảm tốc; 3- Khớp nối; 4- Ổ bi; 5- Vòng bít kín; 6- Trục; 7- Thành thiết bị ; 8- Máy khuấy trộn tuabin; 9- Bộ trao đổi nhiệt kiểu ống xoắn; 10- Khớp nối; 11- Ống nạp không khí; 12- Máy trộn kiểu cánh quạt; 13- Bộ sủi bọt; 14- Máy khuấy dạng vít; 15- Ổ đỡ; 16- Khớp để tháo; 17- Áo; 18- Khớp nạp liệu; 19- Khớp nạp không khí 200 vòng/ phút.Động cơ - bộ truyền động làm quay trục 6 và các cơ cấu đảo trộn 8, 12, 14. Sử dụng bộ giảm tốc và bộ dẫn động có dòng điện không đổi để điều chỉnh vô cấp số vòng quay trong giới hạn 110 60 mm. Diện tích làm việc của áo 60 m2. Bề mặt làm việc bên trong 45 m2 gồm ống xoắn 9 có đường kính 600 mm với số vít 23 khi tổng chiều cao của ruột xoắn 2,4 m. 8 ô. Mỗi ô có 8 rãnh được chế tạo bằng thép góc có kích thước 120Thiết bị lên men được trang bị áo 17, gồm từ 6 6 m khi chiều cao của thiết bị hơn 8 m. 1400C, cũng như để hoạt động dưới chân không. Trong quá trình nuôi cấy vi sinh vật, áp suất bên trong thiết bị 50 kPa; tiêu hao không khí tiệt trùng đến 1 m3/ (m3/phút). Chiều cao cột chất lỏng trong thiết bị 5 Thiết bị lên men được tính toán để hoạt động dưới áp suất dư 0,25 MPa và để tiệt trùng ở nhiệt độ 130 Để tiện lợi cho việc thao tác và tránh những sai lầm cần dán vào thiết bị sơ đồ chỉ dẫn thao tác (hình 10.2). 2500C và số vòng quay của trục đến 500 vòng/ phút. Nhờ các vòng đệm này mà ngăn ngừa được sự rò rỉ môi trường hay sự xâm nhập không khí vào khoang thiết bị ở vị trí nhô ra của trục.Để đảm bảo tiệt trùng trong suốt quá trình (giữ được hơi), các trục của cơ cấu chuyển đảo phải có vòng bít kín. Các vòng bít kín được tính toán để hoạt động ở áp suất 0,28 MPa và áp suất dư không nhỏ hơn 2,7 kPa, nhiệt độ 30 Vòng bít kín khi tiếp xúc với môi trường làm việc được chế tạo bằng thép X18H10T và X17H13M2T, cũng như bằng titan BT-10. Thời gian hoạt động ổn định của các vòng này không nhỏ hơn 2000 h khi tuổi thọ 8000 h. Độ đảo hướng kính cho phép của trục trong vùng đệm kín không lớn hơn 0,25 mm, độ đảo chiều trục của trục không lớn hơn 0,250. Để sản xuất lớn các chất hoạt hoá sinh học bằng tổng hợp vi sinh, việc ứng dụng các thiết bị lên men có thể tích 63 m3 là không kinh tế. Thiết bị lên men có thể tích 100 m3 được sản xuất ở Đức. Loại này thuộc thiết bị xilanh có bộ dẫn động ở dưới cho cơ cấu đảo trộn. Cơ cấu đảo trộn với hai số vòng quay của trục - 120 và 180 vòng/ phút. Theo dấu hiệu về kết cấu nó gần giống với thiết bị lên men có thể tích 63 m3. Bảo vệ vòng bít kín của trục bằng cửa van dầu, được tiệt trùng ở nhiệt độ đến 1400C. Ngoài ra còn có bít kín dự phòng để mở một cách tự động khi trục ngừng hoạt động, nhằm bảo vệ vòng bít kín chính của trục và cho phép thay đổi vòng bít kín chính trong quá trình nuôi cấy để không phá huỷ độ tiệt trùng của canh trường. Trên trục lắp ba máy khuấy đảo kiểu tuabin dạng mở với đường kính từ 820 đến 1100 mm. Thiết bị lên men có bề mặt trao đổi nhiệt ở bên trong và bên ngoài để thải nhiệt. Hình 2 HơiKhông khí tiệt trùngRót nước ngưngLấy mẫuNước3336NướcTháoNướcKhông khí thảiDung dịch chuẩn độCấyTháoNạp liệu40363334 Hình 10.2. Sơ đồ chỉ dẫn thao tác của thiết bị lên men: 1- Hơi vào; 2- Không khí tiệt trùng vào; 3- Không khí tiệt trùng hay hơi vào vùng bít kín; 4- Thoát hơi hay không khí tiệt trùng tới bộ sủi bọt; 5- Hơi hay không khí tiệt trùng vào thiết bị ở phần trên; 6- Thải hơi hay không khí tiệt trùng tới bộ lấy mẫu thử nghiệm; 7- Thải hơi hay không khí tiệt trùng; 8- Cơ cấu ống nhánh có van điều chỉnh bằng khí động học; 9- Nạp hơi hay không khí tiệt trùng vào thiết bị ở phần dưới; 10- Tháo nước ngưng; 11- Áp kế; 12- Van; 13- Ống tháo; 14- Van khoá; 15- Van lấy mẫu; 16- Nạp hơi hay không khí tiệt trùng khi lấy mẫu; 17- Đoạn ống để nối áp kế kiểm tra; 18, 25- Các áp kế; 19- Van để nạp vật liệu cấy; 20- Nạp canh trường; 21, 23- Nạp dung dịch chuẩn; 22- Thải hơi hay không khí từ vùng bít kín; 24- Ống nhánh để nạp dung dịch chuẩn; 26- Cung cấp khí thải từ thiết bị; 27- Cung cấp nước; 28- Van rót; 29- Van để rót nước từ áo; 30- Van để nạp nước lạnh; 31- Ống nhánh để nạp nước lạnh; 32- Lược; 33- Áp kế; 34- Van an toàn; 35- Cảm biến nhiệt độ; 36, 37- Các dụng cụ thứ cấp để đo nhiệt độ và độ pH; 38- Cảm biến pH met; 39- Thiết bị lên men; 40- Cơ cấu để làm sạch không khí Đặc tính kỹ thuật của thiết bị lên men được sản xuất ở Đức: Thể tích, m3: hình học:100 làm việc: 70 Diện tích bề mặt, m2: bên ngoài:89 bên trong: 77 Áp suất làm việc, MPa: trong thiết bị: 0,29 trong ống xoắn: 0,4 Công suất của bộ dẫn động, kW: 120/180 Đường kính, mm: 3600 Chiều cao thiết bị và bộ dẫn động, mm: 14270 0,4 MPa. 340. Hình 10.3 mô tả sơ đồ bít kín trục nhờ 6 lớp đệm vòng khít được gia công sơ bộ dung dịch 0,5 % phenol tinh thể. Các lớp ép chặt lại trong ống bọc nhờ các gugiông (vít cấy). Đệm vòng khít 2 chèn lắp giữa trục 1 và cốc đột lỗ 3. Hai khớp nối 8 được dẫn tới các lỗ cốc. Hơi nạp theo các khớp nối này để tiệt trùng các vòng bít. Tiệt trùng ở nhiệt độ 1350C trong 1 h. Nước ngưng chảy vào phần dưới và được thải ra qua khớp nối 9. Khi kết thúc quá trình tiệt trùng khớp tháo nước ngưng được đóng lại và không khí tiệt trùng qua khớp 5 vào cơ cấu bít kín. Trong thời gian của quá trình nuôi cấy, áp suất không khí được giữ ở mức 0,2 Thiết bị lên men của Hãng Nordon (Pháp). Kết cấu của loại thiết bị lên men này khác với các loại đã nêu ở chổ cơ cấu phần đảo nằm ở dưới trục gồm 6 cánh điều chỉnh có tiết diện hình chữ nhật, còn cơ cấu cơ học để khử bọt nằm ở phía trên gồm hai cánh (tiết diện hình chữ nhật) có các gờ cứng. Khi nuôi cấy nấm mốc, các cánh của cơ cấu chuyển đảo được nghiêng dưới một góc 33 Sau khi tiệt trùng thiết bị và hạ áp suất đến áp suất khí quyển thì nạp tự động không khí tiệt trùng để tạo áp suất 0,2 MPa, và chỉ có sau đó mới nạp nước làm lạnh vào thiết bị. Tháo chất lỏng canh trường ra khỏi thiết bị nhờ không khí nén được tiệt trùng. Hình 3 Hình 10.3. Bít kín trục của thiết bị lên men: 1- Trục; 2- Đệm vòng kín; 3- Cốc đột lỗ; 4- Vỏ của bộ nút kín; 5- Khớp nối để dẫn không khí tiệt trùng; 6- Ống lót ép; 7- Gugiông; 8- Khớp nối để nạp khí; 9- Khớp nối để thải nước ngưng Bảng 10.1. Đặc điểm kỹ thuật của các thiết bị lên men của Hãng Nordon có đảo trộn cơ học Thể tích, m3 Số vòng quay của cơ cấu trộn vòng/phút Đường kính, mm Chiều cao, mm Công suấ t động cơ, kW 23153 26012 0 Từ 150 dến 50025017 01751601 20 20001100190 02400290028 00 326039106350 829910650121 50 7,518,522 ,530,0225 ,0 (1)225,0 BẢNG 1 Ghi chú: (1) Công suất điện đã được nêu trên chỉ trong trường hợp sử dụng thiết bị lên men để nuôi cấy nấm mốc - cho sản phẩm amiloglucozidaza. Các thiết bị lên men có đảo trộn bằng khí động học và thông gió môi trường Hình 4 Các thiết bị mà bên trong nó có trang bị các vòi phun, ống khuếch tán, các bộ làm sủi bọt để nạp không khí đều thuộc loại này. Không khí vào được sử dụng để khuấy trộn canh trường, để đảm bảo nhu cầu oxy cho vi sinh vật và để thải các chất chuyển hoá tạo thành. Thiết bị lên men dạng xilanh. Thiết bị loại này về kết cấu bên ngoài tương tự như thiết bị lên men có khuấy trộn bằng cơ học, nhưng bên trong không có cơ cấu khuấy trộn bằng cơ học. Ống khuếch tán dạng xilanh 9 có miệng loa ở đáy, được lắp bên trong thiết bị. Máy thông gió 2 được lắp theo đường tâm của thiết bị. Nhờ các cánh hướng, không khí có áp suất được đưa vào máy thông gió theo tiếp tuyến đến tán phễu tròn làm Hình 10.4. Thiết bị lên men dạng xilanh có đảo trộn bằng khí động học và thổi khí môi trường: [...]... của các môi trường dinh dưỡng ở trong giới hạn , hệ số dẫn nhiệt , độ nhớt động học Bước đầu cần phải xác lập khối lượng thể tích 0,65.Để tiệt trùng môi trường dinh dưỡng bên trong thiết bị, cần phải tạo ra áp suất làm vi c không nhỏ hơn 0,2 MPa Hệ số chứa đầy môi trường dinh dưỡng của thiết bị phụ thuộc vào thành phần của môi trường và vào dạng vi sinh vật nuôi cấy k = 0,5 Tính toán kết cấu của thiết. .. Theo kết cấu các thiết bị lên men, để sản xuất nấm men tương tự như các thiết bị để sản xuất enzim, các kháng sinh chăn nuôi, các aminoaxit và các sản phẩm tổng hợp khác, nhưng không có sự bảo vệ hơi và không khí của trục quay và một số bộ phận kết cấu Trong nhiều trường hợp để sản xuất nấm men gia súc, ứng dụng các thiết bị đã được sử dụng trong các quá trình tiệt trùng Các thiết bị lên men có đảo trộn... vọng trong công nghiệp vi sinh Các thiết bị lên men có hệ thông gió dạng phun Loại thiết bị này được ứng dụng để nuôi cấy chủng nấm men đặc biệt trên môi trường dinh dưỡng chứa parafin lỏng Thiết bị lên men В-50 Kết cấu của thiết bị có dạng dung lượng xilanh đứng với sức chứa 800 m3 (hệ số chứa đầy 0,4), được chia thành 12 ngăn (hình 10.8) Mỗi ngăn có cơ cấu khuấy trộn và thổi khí Thiết bị được trang bị. .. của thiết bị Vr tính theo công thức: Vr = Vx + 2Vd Thể tích của phần xilanh: 2VdVx = Vr Chiều cao phần xilanh của thiết bị: Hx= Vr−2Vd F trong đó : F - diện tích tiết diện của thiết bị theo đường kính trong: F=0,785D2B Chiều cao chung của thiết bị: He=Hx+2 he+h Tính toán bộ khuấy trộn của thiết bị lên men Khi nuôi cấy vi sinh vật trong môi trường dinh dưỡng lỏng bằng phương pháp chìm, do tạo sinh. .. thiết bị: 0,1 Công suất bộ dẫn động, kW: cho cơ cấu khuấy trộn: 125 cho cơ cấu khử bọt: 40 Số vòng quay của trục, vòng/phút: cho cơ cấu khuấy trộn: 350 và 200 cho cơ cấu khử bọt: 1500 120002600Kích thước cơ bản, mm: 4600 CÁC THIẾT BỊ LÊN MEN KHÔNG ĐÒI HỎI TIỆT TRÙNG CÁC QUÁ TRÌNH NUÔI CẤY VI SINH VẬT Các quá trình nuôi cấy sản sinh ra các nấm men gia súc thuộc các quá trình nuôi cấy vi sinh vật không... trộn bằng khí động học và đường vi n tuần hoàn bên trong Các thiết bị nuôi cấy nấm men dùng phương pháp bơm dâng bằng khí nén của hệ thống Lephrancia có đường vi n tuần hoàn bên trong được ứng dụng phổ biến nhất Trong sản xuất nấm men thuỷ phân thường ứng dụng các thiết bị loại này có sức chứa 250, 320, 600 và 1300 m3 Kết cấu các thiết bị lên men không có các thiết bị cơ học để khử bọt Bọt được khử... lớn Các thiết bị lên men dạng đứng Loại thiết bị này dùng để tăng cường độ trao đổi khối, giảm tiêu hao đơn vị của không khí nén tiệt trùng và tăng tốc độ tổng hợp sinh học các chất hoạt hoá Kết cấu của các loại thiết bị lên men cho phép thực hiện quá trình nuôi cấy chìm khi vận tốc dài của dòng môi trường bằng 2 m/s và lớn hơn Thiết bị lên men dạng đứng (hình 10.5) bao gồm khối trụ đứng 7, bên trong. .. tan trong môi trường theo sự biến đổi tiêu hao không khí tiệt trùng; tiêu hao môi trường dinh dưỡng - theo sự biến đổi môi trường dinh dưỡng vào thiết bị và nồng độ sinh khối - theo sự biến đổi tiêu hao môi trường dinh dưỡng Kết cấu của thiết bị cũng có khả năng kiểm tra tiêu hao nước lạnh, mức độ đồng hoá nitơ, nồng độ CO2 và O2, độ ẩm không khí, nhiệt độ và áp lực trong những điểm riêng biệt của thiết. .. đặt trên các đĩa 15 Môi trường dinh dưỡng được đẩy vào thiết bị qua khớp 6 Sinh khối được tháo ra khỏi thiết bị qua khớp 11, còn không khí - qua khớp nối 8 và 13 Thiết bị hoạt động như sau: nạp hỗn hợp dinh dưỡng ban đầu vào phòng 19 qua khớp nối 3, còn không khí - vào thiết bị qua khớp nối 6 Trong phòng 19 xảy ra nuôi cấy sinh khối Tuần hoàn và đảo trộn chất lỏng được thực hiện bỡi thiết bị bơm dâng... làm vi c, MPa: 0,2 Hệ số chứa đầy: 0,5 Tốc độ thoát không khí từ thiết bị thông gió, m/s: 25 0,2Tiêu hao không khí, m3 cho 1 m3 canh trường vi sinh vật: 0,5 Loại này có thể tích làm vi c nhỏ hơn so với các thiết bị lên men đảo trộn bằng cơ học, được hoạt động với môi trường lên bọt mạnh Chúng được áp dụng trong những trường hợp khi giống sinh vật không cần phải khuấy trộn mạnh và độ nhớt không lớn Các . mm: 4600 CÁC THIẾT BỊ LÊN MEN KHÔNG ĐÒI HỎI TIỆT TRÙNG CÁC QUÁ TRÌNH NUÔI CẤY VI SINH VẬT Các quá trình nuôi cấy sản sinh ra các nấm men gia súc thuộc các quá trình nuôi cấy vi sinh vật không. pháp gián đoạn trong các điều kiện tiệt trùng. CÁC THIẾT BỊ LÊN MEN NUÔI CẤY VI SINH VẬT TRONG ĐIỀU KIỆN TIỆT TRÙNG Nuôi cấy các vi sinh vật phần lớn được tiến hành trong các điều kiện tiệt. số thiết bị lên men công nghiệp được ứng dụng để cấy chìm vi sinh vật. Nội dung: Phụ thuộc vào các phương pháp ứng dụng để đánh giá hoạt động thiết bị lên men dùng để cấy chìm vi sinh vật