Đề tài công nghệ sản xuất dextran

Đề tài công nghệ sản xuất dextran

MỤC LỤC

1 Giới thiệu chung về dextran 2

2 Ứng dụng dextran 6

II NGUYÊN LIỆU 1 Mía 7

2 Vi sinh vật 9

III QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT DEXTRAN A Sơ đồ khối 10

B Giải thích quy trình công nghệ: 12

IV SẢN PHẨM 1 Tính chất dextran: 42

2 Chỉ tiêu chất lương sản phẩm: 42

V BÀI BÁO KHOA HỌC VÀ THÀNH TỰU CÔNG NGHÊ

1 Các nghiên cứu khoa học: 44

2 Lên men dextran từ dịch chiết carob và đường lactose: 45

3 phương pháp sản xuất dextran mới: 48

VI TÀI LIỆU THAM KHẢO: 50

I GIỚI THIỆU CHUNG:

1 Giới thiệu chung về dextran:

a Định nghĩa dextran:

Dextran là một polymer sinh học, phần lớn được tổng hợp từ các vi khuẩn Lactic,

có các monomer là các gốc glucose liên kết với nhau nhờ liên kết 1,6-glucoside Những

vi sinh vật khác nhau thường tạo nên những dextran khác nhau về trọng lượng phân tử,

về sự phân bố nhánh trong cấu trúc phân tử Cấu trúc này còn phụ thuộc vào điều kiện nuôi cấy những vi sinh vật sản sinh ra dextran Các polysaccharide kiểu dextran không bắt màu với iod, phân tử lượng của chúng rất lớn và không cố định, dao động trong một phạm vi rộng, từ 1000 – 2.000.000 Da

Dextran chỉ được tổng hợp từ saccharose, không thể tổng hợp từ glucose hay bất

kỳ các loại đường nào khác Các loại đường khác trong môi trường lên men chỉ đóng vai trò như nguồn cung cấp cacbon cho vi khuẩn phát triển

b Công thức cấu tạo:

Dextran là một loại polysaccharide tương tự như amylopectin, nhưng mạch chính được hình thành bởi liên kết α-1,6 glucoside và các nhánh bên được gắn với nhau bởi liên kết α-1,3 hoặc α-1,4 glucoside

Hình 1: Công thức cấu tạo Dextran

c Cơ chế hình thành:

Đa số các polysaccharide ngoại bào từ vi sinh vật đều là sản phẩm của sự chuyển hóa nội bào cơ chất thành các sản phẩm trung gian, và cuối cùng thành polymer Dextran khác các polysaccharide này, cơ chất không thâm nhập vào tế bào vi sinh vật mà nó được

chuyển hóa bên ngoài tế bào thành α-D-glucan phân nhánh, tức là dextran Chỉ có saccharose được dùng làm cơ chất cho phản ứng này

Như vậy, polysaccharide có thể được sản xuất bởi các tế bào nguyên vẹn trong môi trường nuôi hoặc có thể được tạo ra từ các chế phẩm phi tế bào chứa phức hệ enzyme dextransaccharase (α -1,6-glucan : D-fructose 2-glucosyltransferase) Enzyme này giải phóng fructose và chuyển gốc glucose lên một phân tử chất nhận cũng đã được liên kết với enzyme :

(1,6- α -D-glucosyl)n + saccharose  (1,6- α -D-glucosyl)n+1 + fructose

Hình 2: Cơ chế hoạt động của enzym dextransaccharase X1,X2,X là ký hiệu thay thế cho

enzym hoạt động

Enzym giải phóng fructose ra khỏi saccharose và kết hợp tạo phức với gốc glucose Sau đó nhóm C-6 OH của một gốc phức khác kết hợp với C-1 và giải phóng X, kết quả là hai gốc glocose liên kết lại với nhau bởi liên kết α-1,6-glucoside Trong quá trình polymer hóa chuỗi dextran đang dài ra vẫn liên kết chặt chẽ với enzyme, mức độ polymer hoá tăng cho đến khi phân tử chất nhận (trong trường hợp đơn giản nhất là một phân tử cơ chất) giải phóng chuỗi polymer khỏi enzyme

Năng lượng tự do của lên kết glucoside trong phân tử disaccharide nằm vào khoảng 23 kJ trong khi năng lượng tự do của liên kết glucoside bên trong dextran thấp hơn một chút (12-17 kJ) Do vậy phản ứng diễn ra theo chiều từ trái sang phải đi kèm với một sự giảm năng lượng tự do Fructose có thể chuyển thành acid lactic, acid acetic, ethanol

Đáng lưu ý là trong chuỗi phản ứng còn có sự xuất hiện của một chất cho H+ trong phản ứng giải phóng fructose và nhận H+ trong phản ứng liên kết hai gốc glucoside lại với nhau Đó là hai nhóm imidazolium(C3H4N2) của histidine rất cần thiết cho quá trình tổng hợp dextran

Các loại đường khác ngoài saccharose (như là maltose) tham gia phản ứng tạo thành các oligosaccharide thay vì các dextran cao phân tử Các gốc glucosyl còn sót lại trong quá trình tổng hợp dextran được chuyển thành các gốc tự do đóng vai trò như là chất nhận có ảnh hưởng lớn đến phản ứng Trong tất cả các chất nhận thì maltose và isomaltose được xem là có ảnh hưởng lớn nhất đến phản ứng Các chất nhận này tương tác cùng hoá trị với phức enzym-glucosyl hoặc enzym-dextranosyl để giải phóng glucose hay mạch dextran ra khỏi enzym hoạt động, đồng thời tạo liên kết với glucose hay dextran ngay tại vị trí của enzym

Hình 3: Cơ chế ngưng phản ứng tổng hợp dextran của chất nhận

Các thành viên thấp nhất của các oligosaccharide không phải là các phân tử chất nhận có hiệu quả, ái lực đối với enzyme tăng dần theo độ dài chuỗi Tuy nhiên, sự hạn chế về độ khuếch tán cũng tăng theo trọng lượng phân tử

Dựa vào cơ chế này người ta có thể khống chế được độ dài mạch dextran trong quá trình sản xuất bằng cách điều khiển sự thuỷ phân dextran để tạo các chất nhận

Khi chất nhận là dextran cao phân tử, C-3 của dextran làm chất nhận kết hợp với C-1 của phức glucosyl-enzyme hoặc dextranosyl-enzyme để giải phóng glucose hay dextran và hình thành một liên kết nhánh giữa dextran chất nhận và glucose hay dextran giải phóng tại vị trí của enzyme

Hình 4: Cơ chế ngưng phản ứng tổng hợp dextran của chất nhận

Phản ứng này đã tạo thành liên kết nhánh cho mạch dextran, dạng α(1,3)-glucosyl Ngoài ra vẫn có liên kết nhánh dạng α(1,2)-glucosyl nhưng rất ít gặp trong cấu trúc dextran

2 Ứng dụng:

Dextran đươc biết đến từ thế kỷ mười chín, nó được tìm thấy trong khối cầu đặc trong suốt quá trình sản xuất đường mía và đường củ cải Dextran có nhiều ứng dụng trong công nghệ thực phẩm, y dược, hóa công nghiệp chẳng hạn như tá dược, chất nhũ hóa, chất mang, chất ổn định

Liên kết ngang trong dextran chẳng hạn như sephadex được sử dụng rông rãi trong phân riêng, sắc ký lọc gel và tinh sạch rất nhiều sản phẩm khác nhau như protein trong nghiên cứu và công nghiệp

Trong công nghệ thực phẩm: Dextran được sử dụng nhiều tuy nhiên phạm vi ứng dụng của nó rất hẹp Dextran được sử dụng trong sản xuất sữa bột, yoghurt, nước xốt cà, mayonnaise, chất làm đặc mức đông và kem Nó được sử dụng để ngăn chặn quá trình kết tinh đường, cải thiện khả năng hút ẩm, duy trì hương và hình dạng của thực phẩm

Ngoài ra dextran còn được dùng để chế thành thức ăn kiêng đối với một số bệnh như đái tháo đường, làm chất đồng hóa, chất ổn định, chất tạo màng trong bảo quản và chế biến thực phẩm

Trong y học và thú y: dextran có phân tử lượng khoảng 80000 được dùng làm chất thay thế huyết tương Dextran được gắn với Fe thành phức dextran Fe làm thuốc trị bệnh thiếu máu và một số triệu chứng có liên quan dến suy dinh dưỡng, rối loạn tiêu hoá Dextran còn được dùng chế tạo chỉ sinh học, băng dính sinh học dùng trong phẫu thuật

II NGUYÊN LIỆU

1 Mía:

Cây mía thường trồng ở khu vực nhiệt đới, chủ yếu là các nước đang phát triển Thời điểm thu hoạch: Thu hoạch tốt nhất khi cây mía đạt độ chín công nghiệp, có hàm lượng đường đo được ở phần gốc và phần ngọn là gần tương đương và phải đảm bảo các chỉ tiêu: độ Brix >20%, độ Pol >19%, Rs<0,5%, AP>87%, ECS (chữ đường)>11 Nên thu hoạch các ruộng mía cần trồng mới lại trước các ruộng mía lưu gốc Không thu hoạch mía trong các ngày rét đậm, trời mưa to, đất còn ẩm ướt Thu mía theo đặc tính giống: giống chín sớm phải thu hoạch trước, giống chín muộn thu sau bằng cách chặt thủ công hoặc thu bằng máy Thu đến đâu chuyển nhanh về nhà máy trong ngày

Bảng 1: Thành phần các chất dinh dưỡng trong mía

Thành phần Tính theo trọng

lượng mía(%)

Tính theo nước mía hỗn hợp(%)

Tính theo phần trăm chất khô(%)

Bảng 2: Thành phần khoáng trong nước mía:

CH OH2

O O

4H H

6

1 2

3

1

2 3

4

5 6

Hình 5: Công thức cấu tạo saccharose

2 Vi sinh vật

a Giống vi sinh vật:

Vi sinh vật dùng để lên men dextran là các chủng thuộc Streptobacterium

mesenteroides, L.citrovorus… Trong môi trường chứa saccharose vi khuẩn tiết ra enzym

dextran-saccharase (α-1,6-glucan: D-fructose 2-glucosyltransferase, khối lượng phân tử 170kDa) phân giải saccharose ngoại bào thành glucose và fructose đồng thời tổng hợp glucose thành dextran

Sản phẩm phụ thuộc cả vào chủng lẫn vào các điều kiện sử dụng cho sinh trưởng

và tổng hợp polymer Ở một số chủng, dextransaccharase nằm ở dạng hòa tan trong khi ở các chủng khác, nó liên kết một phần hay hầu như hoàn toàn với tế bào

Sản xuất dextran công nghiệp dùng Leuconostoc mesenteroides để tạo ra một

polymer chứa khoảng 95% liên kết α-1,6 (phần còn lại là liên kết α -1,3) và một trọng lượng phân tử là 4-5 x 107 dalton

Hình 6: Vi khuẩn Leuconostoc mesenteroides

Leuconostoc mesenteroides là cầu khuẩn gram âm, kích thước 1-1.5µm không có

khả năng sản sinh catalase, ky khí hoặc vi hiếu khí, có khả năng lên men đường, không tổng hợp acid lactic từ D- và L-arabinose, D- và L-xylose, D- và L-ribose

 Trong quá trình nuôi cấy chúng được xếp thanh chuỗi Trên môi trường rắn

có chứa saccharose chúng mọc lên thành các khuẩn lạc và được phủ một lớp màng nhầy

 Có giống tổng hợp được acid lactic từ đường lactose và có giống không tổng được acid lactic

 Nhiệt độ sống tối ưu là 30oC, pH tối ưu là 7.0

Giống Leuconostoc mensenteroides có thể được phân lập từ các loại rau lên men

như cải bắp, súp lơ, bí ngô, cà rốt, và khoai tây Giống sau khi được phân lập sẽ được duy trì trong môi trường dinh dưỡng chứa saccharose ở 40C

b Yêu cầu chọn giống:

 Khả năng sinh độc tố : không có

 Khả năng sinh tổng hợp sản phẩm chính: sản lượng dextran tạo thành là lớn nhất

 Khả năng thích nghi và tốc độ sinh trưởng: dễ nuôi cấy, thích nghi tốt với môi trường, tốc độ sinh sản nhanh

 Điều kiện nuôi cấy: môi trường nuôi cấy dễ kiếm, rẻ tiền

 Yêu cầu khác : Dextran tạo thành bởi giống vi sinh vật phải dễ dàng lọc và kết lắng tốt

III QUY TRÌNH SẢN XUẤT DEXTRAN:

A Sơ đồ khối

Sấy phun

Hòa tan trong nước

Ly tâm Ethanol

B Giải thích quy trình công nghệ :

1 Tách nước mía :

Mục đích: Khai thác Tách nước mía ra khỏi mía

Biến đổi:

+Vật lý: Giảm kích thước mía

+Sinh học: số lượng vi sinh vật tăng

Phương pháp thực hiện:

 Xử lý mía trước khi ép:

Mục đích: Tạo điều kiện ép dễ dàng hơn, nâng cao năng suất và hiệu suất của công đoạn ép

Cây mía thường không thẳng, đổ xuống băng lộn xộn, mía có vỏ cứng, có sức đề kháng lớn, ngoài vỏ có nhiều phấn trơn trượt khó ép Bởi vậy nên san bằng và băm nhỏ mía để mía được dễ kéo vào máy, mật độ mía trên băng đồng đều để mía trên băng đầy tải và máy ép mía làm việc ổn định

Các thiết bị xử lý mía thường dùng là máy san bằng, máy đánh tơi

Máy san bằng:

Máy gồm một trục quay gồm 24 đến 32 cánh cong được lắp trên một mặt bằng, quay ngược chiều với chiều băng mía đi Chiều cao từ mặt bằng đến cánh tay máy tùy theo yêu cầu độ dày của lớp mía Máy được dùng để san đều lớp mía vừa đổ xuống băng Tốc độ quay khoảng 40-50 vòng/ phút

Máy băm:

Máy băm mía thành những mảnh nhỏ, phá vỡ các tế bào mía, san mía thành lớp dày ổn định trên băng, nâng cao mật độ mía trên băng từ 125-150 kg/m3 lên đến 250-350 kg/m3

Công dụng máy băm:

- Nâng cao năng suất ép, do san mía thành lớp dày đông đều, mía dễ được kéo vào máy ép, không dễ bị trượt, tắc nghẽn

- Nâng cao hiệu suất ép do vỏ mía đã được xé nhỏ, tế bào mía đã được phá vỡ, lực

ép phân bố đều mọi điểm nên máy ép luôn đầy tải và nước mía chuyển ra dễ dàng

Khi lắp một máy băm năng suất máy ép tăng lên 12-20%, hiệu suất ép tăng 0.2%

Máy băm gồm một trục lớn lồng cố định vào các tấm đĩa có khe để lắp các lưỡi dao được đỡ trên hai đầu bằng ổ bi Trên mỗi dĩa lưỡi dao được lắp đối nhau và cân bằng trọng lượng

Hình 7: Máy băm mía

Khoảng cách của các lưỡi dao kề nhau thường là 50mm và có nhiều kiểu lưỡi dao băm như: lưỡi dao rọc giấy, kiểu răng cưa, kiểu lưỡi vuông

h r

Hình 8: Cự li lắp dao băm

Máy đánh tơi:

Sau khi qua máy băm thì còn nhiều cây mía chưa được băm nhỏ, cần được xé và đánh tơi ra để mía vào máy ép dễ dàng hơn, hiệu suất ép cao hơn Do đó người ta đã xử dụng thêm máy đánh tơi dể giải quyết vấn đề đó và làm cho hiệu suất tăng lên khoảng 1%

Máy đánh tơi kiểu búa: là một dạng máy dập bằng các búa xoay lắp thành hàng song song xung quanh trục quay bằng thép, đặt trong vỏ máy hình trụ, mặt cắt ngang hình máng Bên sườn trong của vỏ có gắn nhiều miếng sắt dọc thân máy và được coi là các tấm kê của búa đập

Búa đập với tốc độ khoảng 1200v/ph theo chiều chuyển động của mía Khi lắp một máy đánh tơi kiểu búa, tỉ lệ tế bào bị xé tăng lên 95%

Mía vào

Mía ra

1 2 4

Hình 9: Máy đánh tơi kiểu búa

1 Thân vỏ máy 2 Búa dập 3 Trục dĩa quay 4 Tấm kê Máy đánh tơi kiểu dĩa:

Kiểu này gồm hai trục ép lại bởi nhiều dĩa răng cưa hình nón lắp từng đôi một úp vào nhau, hai trục quay tốc độ khác nhau, do đó mía được xé tơi

Trục trên khoảng 150v/ph, trục dưới nhanh hơn khoảng 460v/ph

Cấu tạo:

Máy ép dập có những rãnh trên thân trục hình chữ V, góc mở 60o, chiều sâu của rãnh khoảng 3/2của khoảng cách giữa các rãnh với nhau

Hình 11: Trục ép dập kiểu Krajewski.

Máy ép dập hai trục: Giá máy có đọ nghiêng từ 60-75o sao cho máy vào mía làm với đường nối giữa hai tâm trục một góc 75odể mía vào máy và nước tháo ra dễ dàng

Thông số :

+ Tốc độ máy ép dập bao giờ cũng nhanh hơn các máy ép sau khoảng 25% như vậy mới cung cấp đủ mía cho máy ép vì mía vào máy còn lộn xộn, chưa đều

+ Lực nén trên trục đỉnh:

- Đối với máy ép dập hai trục: lực nén bằng 50-75% lực nén trên máy ép sau

- Đối máy ép dập ba trục: lực nén bằng 65-75% lực nén máy ép sau

+ Năng suất máy ép :

- Máy ép dập hai trục: 45-55% nước mía trong cây mía

- Máy ép dập ba trục: 65-75% nước mía trong cây mía

 Ép mía :

Mục đích: lấy kiệt lượng nước mía có trong mía tới mức tối đa cho phép

Cấu tạo máy ép: Gồm các bộ phận chính :

- Giá máy: là bộ khung chịu lực rất lớn từ 3500-7000F, đúc bằng thép, trên lắp tất

cả chi tiết của máy

- Các trục ép: trục đỉnh, trục trước, trục sau Trục ép thường có lõi trục bằng thép, một đầu gắn một bánh xe răng cao chân truyền chuyển động lồng chặt trong áo trục bằng gang đặc biệt Khi đúc người ta phải tạo ra mạng kết tinh lớn để mặt gang nhám kéo mía

dễ Mặt vỏ trục được xẻ nhiều rãnh quanh trục để kéo mía tốt hơn tạo thuận lợi cho bộ ép sau Thường dùng phổ biến nhất là loại răng có tiết diện hình tam giác Ở các trục trước

và trục sau để thoát nước mía nhanh ta tiện thêm những rãnh sâu 25 mm và rộng khoảng

5 mm, khoảng 4 răng tiện một rãnh đối với trục trước và 6 răng đối trục sau

- Bộ gối đỡ trục và bộ điều chỉnh vị trí lắp trục Hầu hết không sử dụng đỡ trục bằng bi mà dùng các gối đỡ có đường dẫn nước làm nguội và được lót bằng vòng lót kim loại mềm (Cu), có rãnh dẫn dầu bôi trơn thường xuyên

- Bộ phận nén trục đỉnh: được gọi là bình tụ sức tạo ra lực nén trên trục đỉnh, tăng khả năng lấy nước mía Thường dùng thiết bị nén bằng khí, diện tích đặt thiết bị nhỏ, tác dung tăng dễ dàng, điều chỉnh lực khí nén nhanh, có thể lập tức xả van khí nén khi mía vào trục ép khó khăn để giảm lực nén, mía đi qua trục dễ dàng

Hình 14: Thiết bị nén bằng khí

- Tấm dẫn mía (lược đáy) và các lược khác Được lắp trên giá máy nằm giữa hai trục dưới Mía ép từ miệng trước được chuyển sang miệng sau nhờ tấn dẫn mía Tâm dẫn mía phải dày, vì nó phải chịu một lực nén nhất định và có độ cong mặt lược thích hợp để dẫn mía dễ dàng Khi làm việc, tấm dẫn mía chịu tác dụng của hai lực: một lực đẩy của mía vào và một lực nén từ trên trục đỉnh xuống Bởi vậy khi xác định hình dáng mặt lược người ta phải xác định phương của tổng hợp của hai lực trên

Thông số :

 Lực nén của máy ép :

Trước đây và ngay cả hiện nay ở các xí nghiệp làn đường bán cơ giới, các trục ép khi làm việc không tự thay đổi được vị trí Trong quá trình làm việc, lớp mía vào lúc dày lúc mỏng Lúc dày mía được ép kiệt, công suất động cơ kéo máy tăng cao; nhưng lúc mỏng mía không được ép kiệt, công suất động cơ kéo máy lại giảm thấp Do đó, hiệu suất

ép không cao, các động cơ làm việc không ổn định công suất, gây lãng phí vốn đầu tư và

dễ có sự cố trong sản xuất Để khắc phục nhược điểm trên, hiện nay trong các máy ép hai hoặc ba trục, trục đỉnh đều được thiết kế có thể tự nâng lên hạ xuống được tuỳ thuộc lớp mía Nhưng để lớp mía được ép với một lực nhất định, trên trục đỉnh người ta lắp các bộ phận tăng lực nén

Khi làm việc dưới tác dụng của bộ phận tăng lực nén, trục đỉnh tác dụng lên lớp bã mía một lực Lực đó được biểu thị bằng quan hệ sau :

P = k.L.D Trong đó : P: tổng lực nén (N)

k: hệ số

L: chiều dài trục nén (m)

D: đường kính trục ép (m)

Với cách biểu thị trên, công thức này không thể hiện được ý nghĩa thực tế Khi làm việc lớp bã chịu một áp suất rất lớn do tổng lực nén P chỉ phân bố trên một bề mặt có chiều dài L và chiều rộng bằng D/10

Vì vậy, lực nén trên đơn vị diện tích của máy ép được xác định theo quan hệ :

p =

L D

P

1 0

Chọn và phân phối lực nén của dàn ép: chọn lực nén của dàn ép thường phải căn

cứ vào những điểm sau:

- Số lượng máy ép trong dàn ép, số máy ép nhiều có thể hạ thấp lực nén

- Công suất kéo của motor hoặc máy hơi nước, công suất cao cho phép sử dụng lực nén cao

- Sự bền vững của các bộ phận trong máy ép

- Đặc điềm của nguyên liệu: mía nhiều xơ cần dùng lực nén cao mới đạt được hiệu suất cao

Nếu thiết bị tốt, ở máy ép dập có thể dùng tới 148.105 N/m2 và các máy ép kiệt có thể dùng tới 296.105 N/m2 Hiên nay có nhiều quan điểm khác nhau về việc phân phối lực nén trên các máy ép:

- Dùng lực nén tăng dần từ bộ đầu đến bộ cuối, hiệu suất ép đạt cao

- Dùng lực nén giảm dần, khắc phục được nhược điểm trên

- Dùng lực nén như nhau

Nhưng nói chung hiên nay hầu hết các nhà máy đều dùng lực nén tăng dần

Sự phân phối lực nén ở một số nhà máy (105 N/m2)

D: đường kính trục ép

Hiện nay cũng có những vấn đề sau :

- Tốc độ nhanh ép lớp mía mỏng Lực nén xuống đều, trở lực nhỏ, nước mía ít bị bã hút trở lại, nước thẩm thấu phun vào được thấm đều

- Tốc độ chậm, lớp mía dày Tốc độ chậm, thiết bị lâu mòn, công suất tiêu hao ít Nhưng về mặt công nghệ học có nhược điểm là sự phân bố lực nén không đều, bã mía dễ hút nước mía trở lại do đó ảnh hưởng đến hiệu suất ép

Với hai quan điểm trên có một số nhà máy dùng tốc độ máy ép tăng dần từ máy đầu đến máy cuối, một số nhà máy khác dùng tốc độ chậm dần từ máy đầu đến máy cuối

2 Lọc:

Mục đích: chuẩn bị cho quá trình lên men Tách cặn còn lại trong nước mía sau khi

ép

Thiết bị: thiết bị lọc khung bản

Nhà máy Máy dập Máy I Máy II Máy III Máy IV Philipin(hệ máy ép 15 trục) 212.87 230.535 235.27 269.77 272.71

3 Chuẩn bị môi trường :

Mục đích: chuẩn bị cho quá trình lên men

Biến đổi:

+ Hóa học: Thay đổỉ hàm lượng các chất dinh dưỡng, pH tăng

+ Các chỉ tiêu còn lại biến đổi không đáng kể

Phương pháp thực hiện:

Môi trường lên men là môi trường nước mía có bổ sung dưỡng chất, khoáng và các yếu tố cần thiết cho vi khuẩn sống

Pha loãng: nước mía sau khi đã được loại bỏ tạp chất được đem pha loãng với

hàm lượng đường ban đầu khoảng 17%

Chỉnh pH: pH của môi trường lên men ban đầu là 7, đó là pH tối kích cho L.mesenteroides tăng sinh trong giai đoạn đầu của quá trình lên men

Bổ sung nguồn khoáng: Môi trường cần được bổ sung muối phosphat, muối amon

và ion Mg2+, các loại khoáng này có ảnh hưởng trực tiếp đến cấu trúc của dextran

K2HPO4 0.2%

Việc trung hòa định kỳ môi tường lên men sẽ làm tăng sản lượng dextran có phân

tử lượng lớn vì khả năng sinh tổng hợp enzym của vi khuẩn đạt giá trị lớn nhất là 6.5-7.2

Sự giảm độ nhớt của dextran trong môi trường nuôi cấy là do sự xuất hiện của các

enzym nội bào không bền nhiệt Các enzym này xuất hiện khi tế bào Leuconostoc bị chết

và phân hủy Nhiệt độ thích hợp của môi trường nuôi cấy cho sự hình thành các enzym nội bào là từ 200C đến 300C

CaCl2 không ảnh hưởng tới sinh khối của vi khuẩn nhưng ảnh hưởng đến lượng dextransaccharase tạo thành và hoạt tính của enzym trong quá trình lên men Sau đây là

sơ đồ cho thấy ảnh hưởng của CaCl2 với lượng dùng là 0.05% lên sự tạo thành dextransaccharase

Biểu đồ 1: Ảnh hưởng của CaCl 2 đến sự tạo thành enzym dextransaccharase

K2HPO4 đóng vai trò như nguồn dinh dưỡng, tuy nhiên nếu cho nhiều K2HPO4 quá

sẽ làm giảm lượng Ca++ có trong môi trường

Nồng độ cơ chất :

Nồng độ cơ chất ảnh hưởng đến sản lượng và trạng thái dextran tạo thành Rất ít dextran được tạo thành khi nồng độ cơ chất nhỏ hơn 2% Việc tăng nồng độ saccharose ít ảnh hưởng đến sản lượng dextran tạo thành, nhưng ảnh hưởng đến khối lượng phân tử dextran tạo thành Trong khi đó việc tăng nồng độ glucose và NaCl sẽ làm tăng sản lượng

và ít ảnh hưởng đến lượng dextran tạo thành Nồng độ saccharose càng cao thì khối lượng phân tử dextran tạo thành càng thấp, hay số lượng dextran cao phân tử tạo thành càng thấp, dextran với khối lượng phân tử thấp càng tăng, độ nhớt càng giảm Khi ở nồng

độ đường 30%, tỉ lệ giữa liên kết 1,6 và các liên kết nhánh không phải 1,6 là 29 trong khi tại nồng độ đường 5% thì tỉ lệ là 8.5

Bảng 3: Ảnh hưởng của nồng độ đường saccharose lên sản lượng dextran của giống

L.mesenteroides NRRL B-512F

Nồng độ Succharose

(g/100ml)

Sản lượng dextran (g/100 ml)

Độ nhớt (cp)

Khi nồng độ đường >20-25% thì sự tạo thành dextran xảy ra yếu do vi khuẩn không thể phát triên tốt trong môi trường có áp suất thẩm thấu cao

4 Thanh trùng:

Mục đích: chuẩn bị

Thanh trùng là để tiêu diệt các vi sinh vật khác bị nhiễm vào trong môi trường lên men Ta không thể tiệt trùng vì quá trình tiệt trùng làm phân huỷ các chất dinh dưỡng có trong môi trường lên men Ta cũng không thể tiệt trùng nước mía trước rồi mới bổ sung dưỡng chất vào môi trường lên men vì một số dưỡng chất có sẵn trong nước mía dễ bị phân hủy ở nhiệt độ cao và nguy cơ tái nhiễm vi sinh vật là rất cao trong quá trình bổ sung dưỡng chất

Biến đổi:

+ Vi sinh: Vi sinh vật bị tiêu diệt hoặc ức chế

+ Vật lý: Nhiệt độ tăng

+ Hóa học: Một số chất dinh dưỡng bị mất

+ Hóa lý: Độ hòa tan tăng

+ Hóa sinh: Một số enzym bị ức chế

Thiết bị: để thanh trùng môi trường nước mía ta dùng hệ thống máy thanh trùng và làm nguội dạng bản mỏng

Cơ chế: Lưu chất môi trường đi vào thiết bị bên trong bản mỏng theo một đường ống, hơi nước đi vào thiết bị theo một đường ống khác Hơi nước và dịch môi trường qua

các bản mỏng khác nhau và thực hiện trao đổi nhiệt với nhau Các bản mỏng có vách ngăn đặc biệt chỉ cho một loại lưu chất đi qua bản Bản mỏng có bề mặt gợn sóng làm tăng diện tích bề mặt truyền nhiệt và tạo chế độ chảy rối để tăng tốc độ truyền nhiệt

Hình 15: Sơ đồ cấu tạo thiết bị truyền nhiệt bản mỏng

Hình 16: Nguyên lý làm việc của thiết bị bản mỏng